2022-2023学年高二物理竞赛课件:杂质半导体的载流子浓度(共13张PPT)

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2022-2023学年高二物理竞赛课件:杂质半导体的载流子浓度(共13张PPT)

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(共13张PPT)
杂质半导体的载流子浓度
2023/3/10
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杂质半导体的载流子浓度
可以证明
见补充材料:电子占据杂质能级的几率
(1)电子占据施主能级的几率
讨论:1° 当ED>>EF时,fD(E)→0
2° 当ED<3° 当ED=EF时, fD(E)=2/3
(2)空穴占据受主能级的几率
E-EF
ED-EF
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杂质半导体的载流子浓度
电子占据杂质能级的几率*
杂质能级最多只能容纳某个自旋相反的电子
gD和gA分别是施主和受主的基态简并度
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杂质半导体的载流子浓度
请分别说明施主和受主杂质能级位于费米能级之上、之下和等于费米能级时的杂质电离情况
施主:杂质能级位于费米能级之上 全电离
杂质能级位于费米能级之下 几乎不电离
杂质能级等于费米能级 1/3电离
受主:杂质能级位于费米能级之上 几乎不电离
杂质能级位于费米能级之下 全电离
杂质能级等于费米能级 1/3电离
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杂质半导体的载流子浓度
几个概念
施主能级上的电子浓度nD
电离的施主浓度nD+
(未电离的施主浓度)
受主能级上的空穴浓度pA
电离的受主浓度pA-
(未电离的受主浓度)
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杂质半导体的载流子浓度
单一杂质半导体中的载流子浓度
以n型半导体为例
电中性条件和EF
假设只含一种杂质,杂质浓度为ND,施主能级为ED。在热平衡条件下,半导体是电中性的:
导带电子浓度
价带空穴浓度
电离施主浓度
总的负电荷浓度
总的正电荷浓度
只要T确定,EF就能确定,n0、p0随即确定
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杂质半导体的载流子浓度
分不同温区进行讨论
(1)低温弱电离区
≈0
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杂质半导体的载流子浓度
(2)中等电离区
=χ2
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杂质半导体的载流子浓度
讨论:
→0时,低温弱电离区
>>1时,强电离区
(3)强电离区
电中性方程
χ
χ
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杂质半导体的载流子浓度
注意a
低温弱电离区
强电离区
EF在ED上
EF在ED下
当EF=ED,
1/3的杂质电离
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杂质半导体的载流子浓度
注意b
弱电离与强电离的区分
决定因素
杂质电离能
杂质浓度
温度
一般认为:
室温下杂质全部电离
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杂质半导体的载流子浓度
(4)过渡区(强电离区→本征激发区)
此时需要考虑本征激发
电中性条件
EF!
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杂质半导体的载流子浓度
n0、p0的另一种表达
双曲正弦函数

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