半導體雜質載流子濃度

1、雜質半導體的載流子濃度主講人1 但是電子占據雜質能級的概率能否用下面的公式來決定呢？2物理與光電工程學院 在實際的半導體材料中，總含有一定量的雜質。當雜質只是部分電離時，在一些雜質能級上就會有電子占據。例如未電離的施主雜質和已電離的受主雜質的雜質能級上都被電子所占據。1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴(1-1)23物理與光電工程學院 雜質能級與能帶中的能級是有區(qū)別的，在能帶中的能級可以容納自旋方向相反的兩個電子；而施主雜質能級最多只能有一個任意自旋方向的電子占據，施主能級不允許同時被自旋方向相反的兩個電子所占據，所以不能用公式(1-

2、1)來表示電子占據雜質能級的概率。1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴34物理與光電工程學院電子占據能量為ED的施主雜質能級的概率是：1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴1雜質能級上的電子和空穴空穴占據能量為EA的受主雜質能級的概率是：硅、鍺和砷化鎵，gD=2, gA=4 (為能級的簡并因子）(1-2a)(1-2b)45物理與光電工程學院 設施主雜質濃度為ND和受主雜質濃度為NA，他們就是雜質的量子態(tài)密度，而電子和空穴占據雜質能級的概率我們已知道，所以可以寫出如下公式：(1) 施主能級上的電子濃度n

3、D（沒有電離的施主濃度）為：(1-3a)1雜質能級上的電子和空穴56物理與光電工程學院(2)已電離的施主濃度（正電中心濃度）nD+為：(3)受主能級上的空穴濃度pA（沒有電離的受主濃度）為:(4)已電離了的受主濃度（負電中心濃度）pA-為：(1-3b)(1-3c)(1-3d)1雜質能級上的電子和空穴67物理與光電工程學院 雜質能級與費米能級的相對位置反映了電子和空穴占據雜質能級的情況。1) 當2) 類似地,當EF遠在EA之上時，受主雜質幾乎全部電離；EF遠在EA 在之 下時，受主雜質基本上沒有電離； EF與EA重合時， 取gA=4，受主雜質的1/5電離，4/5沒有電離。 即EF遠在ED之下時，

4、施主雜質幾乎全部電離；反之,EF遠ED在之上時，施主雜質基本上沒有電離； EF與ED重合時，當取gD=2, 施主雜質有1/3電離2/3沒有電離。時有此時,討論1雜質能級上的電子和空穴78物理與光電工程學院帶電粒子導帶電子電離受主價帶空穴電離施主帶負電帶正電2 雜質半導體的電中性條件89物理與光電工程學院熱平衡狀態(tài)下電中性條件（電荷密度為零）把和代入得：即：(2-1)(2-2)(2-3）2 雜質半導體的電中性條件910物理與光電工程學院 上式中除EF外，其余各量都已知，因此在一定溫度下可求出費米能級。這是求解費米能級的普遍表達式，但精確的解析求解非常困難。2 雜質半導體的電中性條件1011物理與光電工程學院 n型半導體是以導帶電子的導電為主的半導體。三種摻雜情形只摻施主雜質摻施主雜質遠大于摻受主雜質,受主雜質可以忽略不計摻施主雜質大于摻受主雜質，雜質補償后仍呈現(xiàn)為n型半導體。3 n型半導體的載流子濃度1112物理與光電工程學院對象：單摻雜的n型半導體，且 gD=2（NDNA)條件：非簡并電中性條件：3 n型半導體的載流子濃度(3-1）(3-2）