半導(dǎo)體物理第一章4ppt

1、遷移率和電導(dǎo)率隨溫度和雜質(zhì)濃度的變化遷移率和電導(dǎo)率隨溫度和雜質(zhì)濃度的變化 載流子的散射載流子的散射強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)四、半導(dǎo)體中的載流子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、漂移運(yùn)動(dòng)和漂移速度一、漂移運(yùn)動(dòng)和漂移速度外加電壓時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部的外加電壓時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子受到電場(chǎng)力的作用載流子受到電場(chǎng)力的作用，作定向運(yùn)動(dòng)形成電流。作定向運(yùn)動(dòng)形成電流。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)：載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。：載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。 漂移速度漂移速度：載流子定向漂移運(yùn)動(dòng)的速度。：載流子定向漂移運(yùn)動(dòng)的速度。二、歐姆定律二、歐姆定律 金屬：金屬： RVI 電子電子 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體： 電子、空穴

2、電子、空穴 微分形式微分形式電流密度 J（A/m2): 通過垂直于電流方向的單位面積的電流。E 為電場(chǎng)強(qiáng)度為電場(chǎng)強(qiáng)度電流 I(A): 單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于電流方向的某一面積的電量。EJ三、電導(dǎo)率三、電導(dǎo)率 的表達(dá)式的表達(dá)式 設(shè)設(shè) ：Vdn和和Vdp分別為電子和空穴的平均漂移速度。分別為電子和空穴的平均漂移速度。以柱形以柱形 n 型半導(dǎo)體為例，分析半導(dǎo)體的電導(dǎo)現(xiàn)象型半導(dǎo)體為例，分析半導(dǎo)體的電導(dǎo)現(xiàn)象 )(1)/(mmSds表示表示A處與電流垂直的小面積元，小柱體的高為處與電流垂直的小面積元，小柱體的高為 Vdndt在在dt 時(shí)間內(nèi)通過時(shí)間內(nèi)通過ds的截面電荷量，就是的截面電荷量，就是A、B面面間小

3、柱體內(nèi)的電子電荷量，即間小柱體內(nèi)的電子電荷量，即 AVdndtBdsVdndsdtnqVdQdn其中其中 n 是電子濃度，是電子濃度，q 是電子電荷是電子電荷 電子漂移的電流密度電子漂移的電流密度 Jn 為為 dnnnqVdsdtdQJ在在電場(chǎng)不太強(qiáng)電場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，漂移電流遵守歐姆定律，即時(shí)，漂移電流遵守歐姆定律，即 EJdnEnqV dnVEnq其中其中為材料的電導(dǎo)率為材料的電導(dǎo)率 E 恒定，恒定，Vdn 恒定恒定 E , J , Vdn 平均漂移速度的大小與平均漂移速度的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，其比電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，其比值稱為值稱為電子遷移率電子遷移率。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以V

4、dn一般應(yīng)和一般應(yīng)和 E 反向，習(xí)慣上遷移率只取正值，即反向，習(xí)慣上遷移率只取正值，即上式為電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系上式為電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系dnVEJnq Enqnq單位場(chǎng)強(qiáng)下電子單位場(chǎng)強(qiáng)下電子的平均漂移速度的平均漂移速度對(duì)于空穴，有對(duì)于空穴，有 ：dppVEn和和p分別稱為電子和空穴遷移率，分別稱為電子和空穴遷移率， 單位為單位為 cm2V-1s-1 對(duì)對(duì) n 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體： nnq對(duì)對(duì) p 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 ：ppq在飽和電離區(qū)：在飽和電離區(qū)： n 型，單一雜質(zhì)：型，單一雜質(zhì)： no=NDnDqN補(bǔ)償型：補(bǔ)償型：no=NDNAnADqNN)()(pniiqnnpn 本征：本征： 補(bǔ)償型

5、：補(bǔ)償型：po=NANDpDAqNN)(P 型，單一雜質(zhì)：型，單一雜質(zhì)：po=NApAqN1 1. . 無無外外加加電電場(chǎng)場(chǎng)載流子熱運(yùn)動(dòng)示意圖載流子熱運(yùn)動(dòng)示意圖載流子的散射載流子的散射載流子散射：載流子散射：載流子在半導(dǎo)體中載流子在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷地與運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷地與熱振動(dòng)著的晶格原熱振動(dòng)著的晶格原子或電離了的雜質(zhì)子或電離了的雜質(zhì)離子發(fā)生碰撞。離子發(fā)生碰撞。用用波的概念，即電波的概念，即電子波在半導(dǎo)體中傳子波在半導(dǎo)體中傳播時(shí)遭到了散射。播時(shí)遭到了散射。2 2. .有有電電場(chǎng)場(chǎng) 平均自由程： 連續(xù)兩次散射之間的自由運(yùn)動(dòng)的平均路程。 平均自由時(shí)間：連續(xù)兩次散射之間的自由運(yùn)動(dòng)的平均時(shí)間。E平均自

6、由時(shí)間為:NN321二、載流子的平均自由時(shí)間與二、載流子的平均自由時(shí)間與散射幾率散射幾率 P P 的關(guān)系的關(guān)系 tPtNttNtN)()()( )()( )N tN ttN t Pt散射幾率散射幾率 P : 單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)載流子單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)載流子受受 到散射的次數(shù)。到散射的次數(shù)。ooNeNN36. 0)1(1t時(shí)：toteNAetN)()()(tNdttdNt t0， N0 為 t = 0 時(shí)沒有遭到散射的電子數(shù) dteNdttNto)(tdteNtdttNto)(oN10tdteNto平均自由時(shí)間平均自由時(shí)間 :三、三、 遷移率、電導(dǎo)率與平均自由時(shí)間的關(guān)系遷移率、電導(dǎo)率與平均自由時(shí)間的關(guān)系

7、1.1.平均漂移速度平均漂移速度設(shè)電子的熱運(yùn)動(dòng)速度為V Vo，tmqEVatVtVmqEmfaeee*00*)(在 dt 時(shí)間內(nèi)，所有遭到散射的電子的速度總和為： dttVeNdttVtNto)()()(在 0內(nèi)，所有電子運(yùn)動(dòng)速度總和：tdtmqEPeNPdteNVPVdteNePtPtPt*00000000000PdteNVPt其中其中nePteePtnmqEPtdtemqEdtmqEPteNNV*0*000)(12. 遷移率和電導(dǎo)率與平均自由時(shí)間的關(guān)系遷移率和電導(dǎo)率與平均自由時(shí)間的關(guān)系EVnn *nneqm，m*,me*P(1)(1)單極值的半導(dǎo)體材料單極值的半導(dǎo)體材料空穴的遷移率:*pp

8、pmq2*nnnenqnqm空穴電導(dǎo)率:*2ppppmpqpq (2)(2)多極值半導(dǎo)體材料的與多極值半導(dǎo)體材料的與的關(guān)系的關(guān)系 新坐標(biāo)系： yzx111111yxz推導(dǎo)電導(dǎo)有效質(zhì)量示意圖推導(dǎo)電導(dǎo)有效質(zhì)量示意圖z在在111方向，方向， 與與z軸夾角為軸夾角為x在在zz平面上，平面上， 并并z軸軸y同時(shí)同時(shí)x軸和軸和z軸軸以以Ge為例：導(dǎo)帶極值有為例：導(dǎo)帶極值有4個(gè)，即個(gè)，即4個(gè)能谷或個(gè)能谷或 4 個(gè)個(gè) 旋轉(zhuǎn)橢球等能面旋轉(zhuǎn)橢球等能面E 外加電場(chǎng)在 z 方向，zzzEEE31coszzxEEE32)90cos(*1lmqn*32tmqn0 yEzlnozozEmqnEqnJ3141421ztnox

9、oxEmqnEqnJ32414220 yJ設(shè)導(dǎo)帶電子濃度設(shè)導(dǎo)帶電子濃度 no，一個(gè)能谷的電子形成的，一個(gè)能谷的電子形成的電流密度在電流密度在 x y z 中的分量中的分量ztlnoxzizEmmqnJJJ)3231(40sincos2總電流:ztlnoizzEmmqnJJ)3231(42 令:*32311tlmmmc一個(gè)能谷的電子在電場(chǎng)一個(gè)能谷的電子在電場(chǎng)Ez方向形成的電流密度：方向形成的電流密度：ccnonqmqn2cncmqzzcnozEEmqnJ2四、載流子的散射機(jī)構(gòu)四、載流子的散射機(jī)構(gòu)1.1.電離雜質(zhì)的散射電離雜質(zhì)的散射 低溫、摻雜濃度高低溫、摻雜濃度高電離的雜質(zhì)在它的周圍鄰近地區(qū)形成

10、庫(kù)侖場(chǎng)，電離的雜質(zhì)在它的周圍鄰近地區(qū)形成庫(kù)侖場(chǎng)，其大小為：其大小為：rZqVor42Z Z電離雜質(zhì)的電荷數(shù)+VV電離雜質(zhì)散射示意圖電離雜質(zhì)散射示意圖vv電離電離施主施主散射散射電離電離受主受主散射散射2/3TNPiiN Ni是摻入的所有雜質(zhì)濃度的總和。2/31TNii平均自由時(shí)間：DAiNNN對(duì)補(bǔ)償型半導(dǎo)體： 2. 2.晶格散射晶格散射（格波散射）（格波散射）格波的波矢 q = 2/, 方向?yàn)楦癫ǖ膫鞑シ较颉Ｒ粋€(gè)晶體中具有同樣一個(gè)晶體中具有同樣 q 的格波不止一個(gè)，其數(shù)目的格波不止一個(gè)，其數(shù)目取決于晶胞中的原子數(shù)。取決于晶胞中的原子數(shù)。晶胞中有一個(gè)原子，則對(duì)應(yīng)于每個(gè)晶胞中有一個(gè)原子，則對(duì)應(yīng)于每

11、個(gè) q 有有3個(gè)格波。個(gè)格波。晶胞中有兩個(gè)原子，則對(duì)應(yīng)于每個(gè)晶胞中有兩個(gè)原子，則對(duì)應(yīng)于每個(gè) q 有有6個(gè)格波。個(gè)格波。光學(xué)波聲學(xué)波橫波縱波波的傳輸方向與原子的振動(dòng)方向相同橫縱光學(xué)波聲學(xué)波縱橫長(zhǎng)波aq110金剛石晶格振動(dòng)沿金剛石晶格振動(dòng)沿110 方向傳播的方向傳播的格波的頻率與波矢格波的頻率與波矢的關(guān)系的關(guān)系hnhhh)21(25,23,21qhkhkh(2)(2)聲學(xué)波的散射聲學(xué)波的散射 橫聲學(xué)波平衡時(shí)平衡時(shí)波的傳播方向波的傳播方向振動(dòng)時(shí)振動(dòng)時(shí)平衡時(shí)平衡時(shí)振動(dòng)方向振動(dòng)方向 振動(dòng)方向振動(dòng)方向12345678910 疏疏密密疏疏波波振動(dòng) 縱聲學(xué)波縱聲學(xué)波膨脹狀態(tài)-原子間距增大壓縮狀態(tài)原子間距減小縱

12、聲學(xué)波示意圖縱聲學(xué)波示意圖ABEcEv導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶EgggEE縱聲學(xué)波縱聲學(xué)波 原子疏密變化原子疏密變化 Eg 變變化化 附加勢(shì)附加勢(shì) 形變勢(shì)形變勢(shì)縱聲學(xué)波的散射幾率縱聲學(xué)波的散射幾率Ps與溫度的與溫度的關(guān)系為關(guān)系為： 2/32/3TTPss(3) 光學(xué)波的散射光學(xué)波的散射 橫波 縱波平衡時(shí)振動(dòng)方向 振動(dòng)方向12345678910 疏密疏 密疏密+ 縱波-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+離子晶體離子晶體+ + +- + + + +- -+ + +- - -+- - - -+ - - -+ + +- + + + +- -+ + + + +- + + + +- -+ + +- - -+- -

13、 - -+ - - -+ - + - +縱光學(xué)波縱光學(xué)波離子晶體離子晶體極化場(chǎng)極化場(chǎng)縱光學(xué)波的散射幾率縱光學(xué)波的散射幾率 Po: 11kThoep格波散射幾率格波散射幾率 Pc oscppp對(duì)原子晶體：對(duì)原子晶體：主要是縱聲學(xué)波散射；主要是縱聲學(xué)波散射； 對(duì)離子晶體：對(duì)離子晶體：主要是縱光學(xué)波散射。主要是縱光學(xué)波散射。 低溫時(shí)，主要是電離雜質(zhì)的散射；低溫時(shí)，主要是電離雜質(zhì)的散射； 高溫時(shí)，主要是晶格散射。高溫時(shí)，主要是晶格散射。4.3 遷移率和電導(dǎo)率隨溫度和遷移率和電導(dǎo)率隨溫度和 雜質(zhì)濃度的變化雜質(zhì)濃度的變化 一、遷移率與溫度和雜質(zhì)濃度的關(guān)系一、遷移率與溫度和雜質(zhì)濃度的關(guān)系 1. 不同散射機(jī)構(gòu)

14、不同散射機(jī)構(gòu)的表達(dá)式的表達(dá)式 縱聲學(xué)波：縱聲學(xué)波： 2/32/32/3TATTPsss2/3*TmqAmqsss 縱光學(xué)波縱光學(xué)波11kThoep) 1(1kThokThoeAe) 1(*kThoooemqAmq 電離雜質(zhì)的散射 2/3TNPii2/312/31TNATNiiii2/31*TNmqAiii2. 實(shí)際材料實(shí)際材料的表達(dá)式的表達(dá)式 GaAs iosPPPPios1111ios1111 Si、GeisPPPis111is1112/32/3*111TATNAmqsiiisis3. 影響影響的因素的因素 (1) 溫度的影響溫度的影響 低溫時(shí)，主要是電離雜質(zhì)的散射低溫時(shí)，主要是電離雜質(zhì)的散

15、射，T，； 高溫時(shí)，主要是晶格散射高溫時(shí)，主要是晶格散射，T，。TT3/2T -3/2遷移率隨溫度的變化關(guān)系遷移率隨溫度的變化關(guān)系(2) 雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度 Ni 的影響的影響 Ni1017/cm3，與與 Ni 無關(guān)；無關(guān)； Ni1017/cm3，隨隨 Ni 的增加而下降。的增加而下降。Ni1017/cm3s遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系(3) m* 的影響的影響 mn*mp*，npGe：mn*=0.12mo Si: mn*=0.26mon(Ge)n(Si)二、半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度二、半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度 和雜質(zhì)濃度的關(guān)系和雜質(zhì)濃度的關(guān)系 電阻率的一般公式：電阻率的一般公式

16、： pnpqnq1n 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體： nnq1 1. 與與 ND 的關(guān)系的關(guān)系(T 恒定恒定) ND1017/cm3，noND，s sDqN1 ND1017/cm3， no=nD+ND，s1010101010101010101010101010201819151617-314-21013-13210 2.與與T 的關(guān)系的關(guān)系(ND恒定恒定)(1) 本征本征 )(1pniiqnkTEVCigeNNn22/1)( T，ni，i T，i Ti T與與T 的關(guān)系的關(guān)系(2) 正常摻雜的半導(dǎo)體材料正常摻雜的半導(dǎo)體材料 弱電離區(qū) non+D ；i， iDqn1T，nD+，i， TnoTT noND，

17、 s sDqN1 T， TnoNDTT T，ni， T低溫飽和本征4.4 強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)在強(qiáng)電場(chǎng)中，遷移率隨電場(chǎng)的增加而在強(qiáng)電場(chǎng)中，遷移率隨電場(chǎng)的增加而變化，這種效應(yīng)稱為變化，這種效應(yīng)稱為強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。E(v/cm)J(V)103105EE1/2 二、強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)的理論依據(jù)二、強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)的理論依據(jù)1.定性解釋定性解釋 假設(shè)載流子在兩次碰撞之間的自由路程為l，自由時(shí)間為 t，載流子的運(yùn)動(dòng)速度為 V：Vlt 在電場(chǎng)中：TdVVVVd為電場(chǎng)中的漂移速度，VT為熱運(yùn)動(dòng)速度。 (1)弱電場(chǎng)弱電場(chǎng) VT =107cm/s，VTVd EEVmqVltnT*平均漂移速度 ：TdVVltt， EVl

18、tVVdTd12平均漂移速度Vn隨電場(chǎng)增加而緩慢增大, Vn( J ) E1/2)(11,1常數(shù)又CEVECEEn 平均漂移速度 Vn與電場(chǎng)無關(guān) 載流子載流子晶格振動(dòng)散射晶格振動(dòng)散射能量交換能量交換無電場(chǎng)時(shí)無電場(chǎng)時(shí):載流子與晶格散射時(shí)，將吸收聲子或發(fā)射聲載流子與晶格散射時(shí)，將吸收聲子或發(fā)射聲子，與晶格交換動(dòng)量和能量，最終達(dá)到熱平子，與晶格交換動(dòng)量和能量，最終達(dá)到熱平衡，載流子的平均能量與晶格相同，兩者處衡，載流子的平均能量與晶格相同，兩者處于同一溫度。于同一溫度。2. 強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的散射理論強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的散射理論cfdtddtddtd)()( 電場(chǎng) 與晶格碰撞有電場(chǎng)時(shí)有電場(chǎng)時(shí):載流子從電場(chǎng)中獲得能量，

19、隨后又以聲子載流子從電場(chǎng)中獲得能量，隨后又以聲子的形式將能量傳給晶格。的形式將能量傳給晶格。 設(shè)單位時(shí)間內(nèi)，載流子的平均能量的變化為 d/dt：（ 為能量）VqEdtdf)( 穩(wěn)定后，0dtdcdtdVqE)(*22*2mEqmqqEEqEVqE單位時(shí)間載流單位時(shí)間載流子從電場(chǎng)中獲子從電場(chǎng)中獲得的能量同給得的能量同給予晶格的能量予晶格的能量相同相同*22)(mEqdtdCcdtd)(*22mEq假設(shè)在假設(shè)在時(shí)間內(nèi)，電子交給晶格的能量為時(shí)間內(nèi)，電子交給晶格的能量為E：在強(qiáng)電場(chǎng)下：在強(qiáng)電場(chǎng)下：載流子的平均能量載流子的平均能量熱平衡狀態(tài)時(shí)的熱平衡狀態(tài)時(shí)的載流子和晶格系統(tǒng)不再處于熱平衡狀態(tài)載流子和晶格

20、系統(tǒng)不再處于熱平衡狀態(tài)載流子溫度載流子溫度Te晶格溫度晶格溫度 TlelTT電場(chǎng)不是很強(qiáng)時(shí)：電場(chǎng)不是很強(qiáng)時(shí)：載流子載流子聲學(xué)波散射聲學(xué)波散射電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)后：電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)后：載流子載流子發(fā)射光學(xué)波聲子發(fā)射光學(xué)波聲子載流子獲得的能量大部分又消失，平均漂移載流子獲得的能量大部分又消失，平均漂移速度可以達(dá)到飽和速度可以達(dá)到飽和 電子與晶格的碰撞主要是電子與聲學(xué)聲子碰撞，把聲學(xué)聲子看成質(zhì)量為 M 的小球。 碰撞后，電子失去的能量為：Mm*2(1) 較強(qiáng)電場(chǎng)（較強(qiáng)電場(chǎng)（V V E E 1/21/2 ）ekT21lkTMU21212（U 為聲子速度）2UkTMl載流子能量載流子能量聲子能量聲子能量leT

21、TUm2*12*leTTUm12*22leTTUmmEqleTTqEUm*22mEq又2*2121VmkTe*2/11mqVTe12/1eT載流子能量載流子能量 設(shè)電子溫度等于晶格溫度時(shí)的遷移率為o 12/1olToleqEUmTTqEUm*2/12/12/12*)(1)(EEUEVEEUEUqEUmmqmqoooo ochdtd)(散射后電子的能量變化為：(2) 強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng) （V 與與 E 無關(guān)）無關(guān)）2/1*2/1*2/1*2211mhEVEEmhmqqEhmhmEqoooo V 與與E無關(guān)無關(guān))(*22mEqdtdC3. 多能谷散射、耿式效應(yīng)、負(fù)阻效應(yīng)多能谷散射、耿式效應(yīng)、負(fù)阻效應(yīng)（自

22、學(xué)）（自學(xué)）754326510101010101010電場(chǎng)強(qiáng)度|E|(V/m)平均漂移速度Vd(cm/s)對(duì)GaAs極值點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)： mn*=0.068mo 極值點(diǎn)在(100)： mn*=1.2mo 稱此效應(yīng)為負(fù)阻效應(yīng) 一、一、P型半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)型半導(dǎo)體霍爾效應(yīng) 4.5 半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)BzdbVHIlBAzyx+_fxfLfEy電場(chǎng)力：f=qEx 磁場(chǎng)力：fL=qVxBz y方向的電場(chǎng)強(qiáng)度為：Ey（霍耳電場(chǎng)）（霍耳電場(chǎng)） 平衡后： 0LyfqEzxyzxLyBVEBqVfqEfExfLqEypqJVpqVJxxxxzxzxyBJpqBJE 令： pqRPH1)(zxPHzxyBJRpqBJ

23、E)(（RH）P為為 P 型材料的霍爾系數(shù)。型材料的霍爾系數(shù)。 2. 求霍爾系數(shù)求霍爾系數(shù)(RH)P和載流子濃度和載流子濃度 p設(shè)樣品長(zhǎng)度為 l，寬度為 b，厚度為 d：bVEbdIJHyxxVH為霍爾電壓 zxHHzxHyHBIdVRdBIRbEV 3.求霍爾角求霍爾角及空穴遷移率及空穴遷移率和電導(dǎo)率和電導(dǎo)率 ExEyqEyfLEP型材料： zPxzxxyPBEBVEEtgZPPBtgJbVElVEHylxlVbVEEtglHxyp/zPHPPzPPHxzxPHxyPBRtgBREBJREEtg)()()(二、二、N 型半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)型半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)假設(shè)對(duì) N 型半導(dǎo)體加的磁場(chǎng)、電場(chǎng)與

24、P 型相同，達(dá)到穩(wěn)態(tài)，y 方向無凈電荷流動(dòng)zxyBqVEq)(zxyBVExxnqVJ 又nqJVxx1霍爾效應(yīng)的形成過程霍爾效應(yīng)的形成過程zxzxnHzxyBJBJRBJnqE)(1nqRnH1)(N 型材料的霍爾系數(shù)2霍爾角霍爾角znxzxnxzxxynBEBEEBVEEtgznnBtgznnHnBRtg)(znHnnBRtg)(ExEyEJ兩種載流子兩種載流子同時(shí)存在同時(shí)存在霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) ？三、兩種載流子同時(shí)存在時(shí)霍爾效應(yīng)三、兩種載流子同時(shí)存在時(shí)霍爾效應(yīng) 有三種橫向電流： 空穴在磁場(chǎng)力作用下，漂移運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使電流產(chǎn)生橫向分量，形成的橫向電流BpyJ； 電子在磁場(chǎng)力作用下，漂移運(yùn)動(dòng)

25、發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使電流產(chǎn)生橫向分量，形成的橫向電流BnyJ；1霍爾效應(yīng)的形成過程及霍爾系數(shù)霍爾效應(yīng)的形成過程及霍爾系數(shù) RH(1) y 方向的空穴電流密度方向的空穴電流密度(Jp)y假設(shè)穩(wěn)定后，橫向電場(chǎng)沿+y 方向 洛侖磁力：zxyBqVF電場(chǎng)力：yyqEFzxpypyBpBVpqEpqJ)(y方向洛倫茲力引起的空穴電流密度洛倫茲力引起的空穴電流密度ZxyBVE又xpxEVzxpyBpBEpqJ2)(ypyEpEpqJ)(zxpypyEpyBpypBEpqEpqJJJ2)()()(ynzxnyEnyBnynEnqBEnqJJJ2)()()(+y方向(2) y方向上的電子電流密度方向上的電子電流密度(

26、Jn)yy 方向總的空穴電流密度為方向總的空穴電流密度為穩(wěn)定時(shí)，橫向電流為 00)()(ynypyJJJ0)()(22zxpnypnBEpqnqEpqnqzxnpnpyBEnpnpE22xnpxnxpxEnqpqJJJ)()()(zxzxnpnpyBJBJnpnpqE22212221npnpHnpnpqR令：)(1對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體pnb22)()(1nbpnbpqRH2RH與與 T 的關(guān)系的關(guān)系(1) 本征半導(dǎo)體：n=p=ni)1 (1)1 (122bqnbbqnbRiiH例如：ZnS 0*013. 0mmnsVcmn/7880020*6 . 0 mmpsvcmp/7502100biHqnR11/

27、TRH()本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 RH 與與 T 的關(guān)系的關(guān)系(2) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 飽和區(qū) 2,nbpnNpA01AHqNR 過渡區(qū) 但 p-nb2 0，RH 0，且RH 當(dāng) nb2=p 時(shí)， RH0 T， nb2p，RH0 但nb2，|RH| 當(dāng) 時(shí)，RH達(dá)到負(fù)的最大值 1ANnb1/TRH(+)(+)()() 本征區(qū) 飽和區(qū)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 RH 與與 T 的關(guān)系的關(guān)系(3) N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 飽和區(qū) pNnDpnb201DHqNR2nbp2)(nbpHR無論溫度多高，RH 始終小于0，并且隨T 升高，始終下降。 1/TRH()()飽和區(qū)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 RH 與與 T 的關(guān)系的關(guān)系ND或或NA升高，升高，RH下降，下降，RHT 變化規(guī)律一樣變化規(guī)律一樣 四、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用四、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 1判別極性，測(cè)半導(dǎo)體材料的參數(shù) （n, p, )2霍爾器件 zxyBJE 3探測(cè)器 一、磁阻效應(yīng)的類型一、磁阻效應(yīng)的類型 按電磁場(chǎng)的關(guān)系分 縱向磁阻效應(yīng)：縱向磁阻效應(yīng)： B/E，電阻變化小，不產(chǎn)生VH 橫向磁阻效應(yīng)：橫向磁阻效應(yīng)： BE，電阻變化明顯，產(chǎn)生VH 按機(jī)理分： slR由于電阻率變化引起的R變化 物理