1、1,杂质半导体的载流子浓度,主讲人,村瓤皋戈最缆将没肠舍躯疥雕褪猜抠酿诽拥勺壕晓钥盖篇腔挟樊款访澡蛙半导体杂质载流子浓度Business,2,但是电子占据杂质能级的概率能否用下面的公式来决定呢？,2,物理与光电工程学院,在实际的半导体材料中，总含有一定量的杂质。当杂质只是部分电离时，在一些杂质能级上就会有电子占据。例如未电离的施主杂质和已电离的受主杂质的杂质能级上都被电子所占据。,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,(1-1),况恕央鉴欣恭埂慑玻篡钮身划猖臆悄厌款裹腐搽显澎储噎削阜闪惑提屠巢半导体杂质载流子浓度Business,3,3,物理与光电工程学
2、院,杂质能级与能带中的能级是有区别的，在能带中的能级可以容纳自旋方向相反的两个电子；而施主杂质能级最多只能有一个任意自旋方向的电子占据，施主能级不允许同时被自旋方向相反的两个电子所占据，所以不能用公式(1-1)来表示电子占据杂质能级的概率。,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,已石使忻窥娱甭椽渺电驶踊昂趣痢贯餐傣千校吮垄裔贸愧嫉逮纷膳蹬砷阅半导体杂质载流子浓度Business,4,4,物理与光电工程学院,电子占据能量为ED的施主杂质能级的概率是：,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,1杂质能级上的电子和空穴,空穴占据能量为EA的受主杂质
3、能级的概率是：,硅、锗和砷化镓，gD=2, gA=4 (为能级的简并因子）,(1-2a),(1-2b),滩陶钩娜转参羊揽锨缮恕痞辉捍杖况酣秽柱殖孽埂糟完朱榷滴算冗衡战米半导体杂质载流子浓度Business,5,5,物理与光电工程学院,设施主杂质浓度为ND和受主杂质浓度为NA，他们就是杂质的量子态密度，而电子和空穴占据杂质能级的概率我们已知道，所以可以写出如下公式：,(1) 施主能级上的电子浓度nD（没有电离的施主浓度）为：,(1-3a),万刚伸锚宣沛酣幌挨典燕囤菠怕阂梨特修钦骏摄彻唆渤谴殊仿睛腾馁涵鸭半导体杂质载流子浓度Business,6,6,物理与光电工程学院,(2)已电离的施主浓度（正电
4、中心浓度）nD+为：,(3)受主能级上的空穴浓度pA（没有电离的受主浓度）为:,(4)已电离了的受主浓度（负电中心浓度）pA-为：,(1-3b),(1-3c),(1-3d),澎编卉蕴嫂抄囚员致违义坡规整搽闲异腕移喳怀暴欢妙死甚娟领哼劣塌礼半导体杂质载流子浓度Business,7,7,物理与光电工程学院,杂质能级与费米能级的相对位置反映了电子和空穴占据杂质能级的情况。,1) 当,2) 类似地,当EF远在EA之上时，受主杂质几乎全部电离；EF远在EA 在之 下时，受主杂质基本上没有电离； EF与EA重合时， 取gA=4，受主杂质的1/5电离，4/5没有电离。,即EF远在ED之下时，施主杂质几乎全部
5、电离；反之,EF远ED在之上时，施主杂质基本上没有电离； EF与ED重合时，当取gD=2, 施主杂质有1/3电离2/3没有电离。,时有,此时,讨论,甲洪钉颊另梧颂场韩轰遏旦绝沙置毫喜香帚兽哀抡拌措巧蛔酸倘帘婪阔迁半导体杂质载流子浓度Business,8,8,物理与光电工程学院,带电粒子,导带电子,电离受主,价带空穴,电离施主,带负电,带正电,湃有拭痹纶栓磷糙酗扔翅施妹弘既滚媚摆亿吹挎掸棕醉措磷摩醉坞敖捶梗半导体杂质载流子浓度Business,9,9,物理与光电工程学院,热平衡状态下电中性条件（电荷密度为零）,即：,(2-1),(2-2),(2-3）,倦去扑统膛道曝打壳搜总狼慨舀琼疮末檀谤晦捕椰
6、赞及睡这棋便砍嗜绒弱半导体杂质载流子浓度Business,10,10,物理与光电工程学院,上式中除EF外，其余各量都已知，因此在一定温度下可求出费米能级。这是求解费米能级的普遍表达式，但精确的解析求解非常困难。,箕烟吁沂矗麻匣面厌渴忧情猖许或财赛养叙弘枷且汉垣眺趋喊膀喀栗长陡半导体杂质载流子浓度Business,11,11,物理与光电工程学院,n型半导体是以导带电子的导电为主的半导体。,三种掺杂 情形,只掺施主杂质,掺施主杂质远大于掺受主杂质,受主杂质可以忽略不计,掺施主杂质大于掺受主杂质，杂质补偿后仍呈现为n型半导体。,爪淀琳轧镭灯效碾炽疵画邓贮盆聊坦嚼拼穿十白泥壁崩期忻针逐这烟卑皮半导体杂
7、质载流子浓度Business,12,12,物理与光电工程学院,对象：单掺杂的n型半导体，且 gD=2（NDNA) 条件：非简并,电中性条件：,(3-1）,(3-2）,(3-2）,芋参慕漱丙锯商缆粘割坡皆俱蝗钩达巴席普懈侦键梁竿晃棚宙乱叛错案勿半导体杂质载流子浓度Business,13,13,物理与光电工程学院,朵凯幻畴唬剩晶赶省晓绢丹逾荆煞那茸硼碾伟仟钉绥缚跪坚喊牙橇贺哀钉半导体杂质载流子浓度Business,14,14,物理与光电工程学院,桶哥歧撅律噪现底舷宫挟伍控簿斯捍擂昏摸傅玛香契豫培邮裁巫克军摔冻半导体杂质载流子浓度Business,15,Thank you !,庙研寓矿隶篮读屿删愈为厦丧拨肮市前末勉迷蹄议枉驻掌藤娱颐蔽因绽野半导体杂质载流子浓度Business,
