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有杂质补偿的半导体
有杂质补偿的半导体
一、电中性条件
同时含有一种施主杂质和一种受主杂质情况下的电中性条件为
同时含有施主杂质和受主杂质的半导体中，存在杂质补偿现象。此时即使在极低的温度下，浓度小的杂质也全部是电离的，这使得电中性条件中的nd或pa项为零。
⒈在Nd>Na的半导体中,全部受主都是电离的，电中性条件简化为：
在杂质电离的温度范围内,导带电子全部来自电离的施主,在施主能级上和在导带中总的电子浓度是Nd-Na,这种半导体称为部分补偿的半导体。Nd-Na称为有效的施主浓度. 其与只含一种杂质，施主浓度为Nd-Na的半导体类似。
在电场和磁场作用下，半导体中电子和空穴的运动引起各种电荷输运现象，主要包括电导、霍尔效应和磁阻。
这些现象是研究半导体基本特性和内部机构的重要方面。通过电导和霍尔效应的测量，可以确定半导体中载流子浓度、迁移率和杂质电离能等基本参数。磁阻效应则是研究半导体的能带结构和散射机理的一种重要方法。
⒉在Na>Nd的P型半导体中,全部施主都是电离的,电中性条件简化为
⒊在Na=Nd的半导体中，全部施主上的电子刚好使所有的受主电离，能带中的载流子只能由本征激发产生，这种半导体被称为完全补偿的半导体。
二、N型半导体(Nd>Na)
⒈杂质电离情况下：Nd>Na，则受主完全电离，pa=0
由于本征激发可以忽略，则电中性条件为
则
：电离施主浓度
或改写为
在非简并情况下，将(4.47)式带入，有
式中Ec-Ed是施主电离能。此式就是杂质电离区的电子浓度方程.
讨论: ⑴低温区电离情况，假定Nd>>Na.
在Na<：与一种施主杂质时一致，这种条件下，施主主要是向导带提供电子， 少量受主的作用可以忽略。
(4.84)
(4.85)
将其代入电子浓度公式中，得出费米能级EF为
在这种情况下，当温度趋向于0K时，EF与Ed重合．在极低的温度范围内，随着温度的升高，费米能级线性地上升.
在更低的温度下，电离施主提供的电子，除了填满Na个受主以外，激发到导带的电子只是极少数，即n<这个结果与只含一种施主杂质的形式类似，但还是考虑了受主杂质Na的存在，指数因子上的能量为Ec-Ed，而非其一半，则在利用实验上测得的lnn－1/T的函数关系确定施主电离能时，应该注意区分是否有少量受主杂质存在。
⒋原因:
μ ～ μ(E)。在常温强电场中,v很大,电离杂质散射较弱,μ =μ L.
，所以μ ～て～v(E)，即:
同理可得霍尔角为:
霍尔系数为:
载流子的驰豫时间是速度或能量的函数，因此它们的漂移速度不完全相同。
霍尔电场的作用＝磁场的偏转作用 的条件：
： 磁场的偏转作用大，载流子向侧向移动；
：霍尔电场的作用大，载流子向相反侧向移动
结果：使沿电场方向的电流密度减小。
由于磁场的作用，增加了电阻，这种现象称为磁阻效应
磁阻效应
半导体器件需要金属电极，金属电极的存在不应该影响半导体体内载流子的行为。
§8.14 欧姆接触
作为良好的电极，金属与半导体的接触应该：
电阻小，电阻与电流方向的变化无关。
这种接触称为：欧姆接触
欧姆接触I－V特性
P－N结伏安特性
使金半接触成为欧姆接触：

形成多子积累层：选择合适的金属，使：
一、
但是，满足这种性质的金属和半导体的组合很少，而且这种金半接触多少存在少子注入现象。
，或
图8.7 金属与N型半导体接触
x0
WM
WMS
WS
eV0
(b)
(a)
图8.8 金属与P型半导体接触
x0
WM
WMS
WS
eV0
使金半接触成为欧姆接触：

利用金属与N＋－N或P＋－P结的接触，这时重掺杂半导体中的杂质浓度非常高，使金属和N＋半导体之间形成很窄的耗尽层，则载流子可以通过隧道效应无阻尼地穿过势垒。（图8.24(a)、8.25(a))。由于简并半导体中少子浓度很小，向非简并区的少子注入实际上可以忽略不计。
二、
在金属和半导体之间形成具有载流子复合速度很高的复合中心，使半导体表面附近的多子和少子的浓度近似等于平衡态的浓度。因此，可以先把半导体表面变粗糙，再镀上金属形成欧姆接触。
三、
金半接触工艺：
蒸发法、溅射法、电镀法、合金法
第八章

概念：电子功函数、电子亲和能、接触电势差、表面势
接触：金半接触、P－N结、异质结
接触后：载流子的流动、接触表面层载流子的重新分布，空间电荷区(势垒区)、自建电场、电势的变化，能带的变化。积累层、耗尽层。
P－N结：
平衡P－N结能带图，接触电势差，势垒区，自建电场，载流子的分布；
非平衡P－N结（不同偏压下）能带图、势垒区、准费米能级的变化。

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