资源简介

(共13张PPT)
迁移率及电导率与杂质浓度和温度的关系
迁移率及电导率与杂质浓度和温度的关系
⑴迁移率
ⅰ 掺杂浓度一定（饱和电离）时,μ大→σ大,即导电能力强;
其中弛豫时间て与散射机构有关（散射几率大时，迁移率小）。
例：一般情况下μn >μp，因此,npn比pnp的晶体管更适合于高频器件. 对于MOS器件, n沟道器件比p沟道器件工作速度快.
ⅱ 迁移率μ的公式为
则有
mc称为电导有效质量.
电导率σ的表示式为
②
③
几种散射同时存在时，有:
实际的弛豫时间て及迁移率μ由各种散射机构中最小的弛豫时间和迁移率决定，此时相对应的散射最强.
①
ⅲ 与温度的关系：
讨论：1. 在高纯材料中：
以上时，㏒μ~ ㏒ T 的关系曲线为线性，表明
μ是 T 的幂函数.
可见，随着T的增大,μ 下降的速度要比声学波散射的T-3/2的规律要快，这是因为长光学波散射也在起作用，是二者综合作用的结果。
2. 在掺有杂质的半导体中：
T一定（室温）时，由 ㏒μ~ ㏒ N 关系曲线，得
GaAs
Ge
Si
㏒μ
102
1018
1019
㏒ N
与掺杂浓度的关系：
若掺杂浓度一定， ㏒μ~ T 的关系为：
-100
200
0
100
1015cm-3
㏑μn
1013cm-3
1016cm-3
1017cm-3
1018cm-3
1019cm-3
T（℃）
（Si中电子迁移率）
与温度的关系：
NI ↑→电离杂质散射渐强→ μ随T 下降的趋势变缓
NI很大时（如1019cm-3）,在低温的情况下, T↑,μ ↑（缓慢）,说明杂质电离项作用显著;在高温的情况下, T↑,μ↓，说明晶格散射作用显著.
NI很小时,[1013(高纯) —1017cm-3(低掺)]. BNI /T3/2<所以，随着温度的升高，迁移率μ下降。即T↑，μ↓。此时晶格散射起主要作用。
-100
200
0
100
1015cm-3
㏑μn
1013cm-3
1016cm-3
1017cm-3
1018cm-3
1019cm-3
总之：低温和重掺杂时，电离杂质散射主要影响因素;
高温和低掺杂时，晶格振动散射为主要影响因素.
电导率
ⅰ 与温度的关系：
1/T
饱和区
本征区
杂质电离
㏑σ
① 低温区：
T↑ n↑ μ↑.(电离杂质散射).
主要由n~T 的变化决定.
㏑σ~ 1/T为一条直线，其斜率为
无补偿
有补偿
确定电离能EI 的方法
② 温度升高到杂质饱和电离区：
n基本不变，晶格振动散射是主要的。随着温度T的升高,迁移率μn下降,电导率σ也下降。即
T↑ → μn↓ → σ ↓
③ 进入本征区后：
随着温度T的升高,载流子浓度n以e指数的形式增加，而迁移率μn以幂指数的形式下降,电导率σ也上升。即
T↑ →n ↑, μn↓ → σ↑
1/T
饱和区
本征区
杂质电离
㏑σ
作lnσ～1/T的关系曲线，为一条直线,根据其斜率-Eg/2k可确定出禁带宽度。
ⅱ 与杂质浓度的关系：
轻掺杂情况下(1016~1018cm-3),可认为300k时，杂质饱和电离.
所以n ≈ Nd, p ≈ Na，或n ≈ Nd – Na , p ≈ Na –Nd (轻补偿).
以N型半导体为例：
㏑ρ=-㏑Nd -㏑eμn
其中,μn随杂质浓度变化不大，低温时才显著。
㏑ρ~㏑Nd 为直线，如书P.121，图5.7所示。
我们可直接进行ρ~Nd之间的换算，这在器件设计时有重要的作用。
图5.7中，当杂质浓度很高时，曲线偏离直线.
其原因是：
① 杂质在室温下未全部电离，重掺时更为严重;
② 迁移率随杂质浓度增加而显著下降.
电导率变小，电阻率变大

展开更多......

收起↑