2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系

電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系2024/5/162

電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系補(bǔ)充1.求解Si的空穴電導(dǎo)有效質(zhì)量。補(bǔ)充2.定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。2024/5/163熱平衡狀態(tài)：費(fèi)米分布函數(shù)（玻爾茲曼分布函數(shù)）非平衡狀態(tài)：外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)漂移變化散射作用2024/5/164因此，得到非平衡態(tài)下Boltzmann方程的一般形式：2024/5/165弛豫時(shí)間近似2024/5/166弱場(chǎng)近似下玻爾茲曼方程的解2024/5/167

歐姆定律的偏離2024/5/168

歐姆定律的偏離現(xiàn)象：1.低場(chǎng)下，線性關(guān)系2.中等強(qiáng)度下，亞線性關(guān)系3.強(qiáng)場(chǎng)下，飽和4.電場(chǎng)再增強(qiáng)，發(fā)生擊穿（第六章討論）2024/5/169

歐姆定律的偏離解釋：1.低場(chǎng)下，τ決定于熱運(yùn)動(dòng)速度vT，與vd無(wú)關(guān)。2.中等強(qiáng)度電場(chǎng)，vd可以與vT比擬，τ決定于兩者之和，有所下降，所以μ下降。3.強(qiáng)場(chǎng)下，發(fā)射光學(xué)聲子成為動(dòng)量馳豫和能量馳豫的主要機(jī)制，速度達(dá)到飽和。2024/5/1610

熱載流子強(qiáng)場(chǎng)下，載流子的平均動(dòng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱平衡時(shí)的值，稱為熱載流子。1）熱載流子受電離雜質(zhì)散射弱，但聲子散射（特別是光學(xué)聲子）很強(qiáng)。2）熱載流子可以在等價(jià)或不等價(jià)能谷間轉(zhuǎn)移。一般非平衡載流子和平衡載流子不能區(qū)分開來(lái)，但作為非平衡載流子的熱載流子能夠區(qū)分開來(lái)，由于其溫度比晶格溫度高。2024/5/1611多能谷散射耿氏效應(yīng)耿氏效應(yīng)：1963年，Gunn，n－GaAs，出現(xiàn)電流振蕩。微分負(fù)阻2024/5/1612

多能谷散射耿氏效應(yīng)負(fù)阻效應(yīng)的根源是在強(qiáng)電場(chǎng)下（E>3×103V/cm）電子從能谷1

能谷2的散射，從而使遷移率大大下降，成為負(fù)值，出現(xiàn)負(fù)電導(dǎo)。負(fù)阻效應(yīng)意義是隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增大而電流密度減小2024/5/1613例在半導(dǎo)體Ge材料中摻入施主雜質(zhì)濃度ND

=1×1014/cm3，受主雜質(zhì)濃度NA=7×1013/cm3。設(shè)室溫下本征Ge材料的電阻率ρi=60Ω·cm，電子和空穴的遷移率分別為μn=3800cm2/V·s，μp