《态密度gEdzdE能量E附近单位能量间隔内电子的量子状态数.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《态密度gEdzdE能量E附近单位能量间隔内电子的量子状态数.ppt（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、,态密度g(E)=dz/dE 能量E附近单位能量间隔内电子的量子状态数,态密度,,Fermi能级,Fermi分布函数 根据量子统计理论，能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率f(E)为,Boltzman分布函数 导带上能量E的量子态被电子占据的概率为 价带上能量E的量子态被空穴占据的概率为,,导带中电子的浓度,导带底电子的有效态密度，是温度的函数,导带中电子集中在导带底附近，其状态密度为Nc，导带中电子浓度为Nc中电子占据的量子状态数,,价带顶空穴的有效态密度，是温度的函数,价带中空穴集中在价带顶附近，其状态密度为Nv，价带中空穴浓度为Nv中空穴占据的量子状态数,价带中空穴的浓度,,浓度乘积
2、,,本征载流子浓度,对本征半导体：,本征载流子浓度： 对一定的半导体材料，ni随温度的升高而升高 对不同的半导体材料，在相同温度下，Eg越大则ni越小,,本征Fermi能级,对本征半导体：,本征半导体的Fermi能级基本上在禁带的中线处,硅： 锑化铟：本征Fermi能级靠近导带底,,掺杂半导体,n型半导体：Fermi能级在Ei上方，ND越大越靠近导带底 p型半导体：Fermi能级在Ei下方，NA越大越靠近价带顶,,,杂质能级,能级E上某个量子状态被电子占据和不被电子占据的概率分别为,,施主能级ED和受主能级EA上的电子和空穴的浓度分别为,已经电离的施主浓度和已经电离的受主浓度分别为,,n型半导
3、体的载流子浓度（只掺一种杂质）,讨论Fermi能级在禁带中的位置？,,低温弱电离区：温度很低，只有少量施主杂质电离 中间电离区：随着温度的升高，部分施主杂质电离 强电离区：温度到达一定值时，施主杂质几乎全部电离。此时载流子浓度为定值，因此，此区也称为饱和区 过渡区：随着温度升高，本征激发不可忽略。载流子一部分源于杂质电离，还有一部分源于本征激发 高温激发区：温度到达某个值时（极限温度），本征激发载流子浓度很大（远大于杂质电离提供的载流子浓度），此时，以本征激发为主，忽略杂质电离提供的载流子,,低温弱电离区 本征激发可以忽略 只有少量施主杂质电离,T0K时，lim(TlnT)0，EF=(Ec+E
4、D)/2，即Fermi能级在导带底和施主能级的中线处,随着T的升高，Fermi能级会怎样变化呢？,,极值点在ln(ND/2Nc)=3/2，即Nc=0.11ND处,讨论： 当Nc3/2，即dEF/dT0，EF随T的升高而上升 当Nc0.11ND时，ln(ND/2Nc)3/2，即dEF/dT0，EF随T的升高而下降,在0K时，Fermi能级位于导带底和施主能级中线处； 随着温度的升高， Fermi能级上升，到极值处； 随后，随着温度的升高， Fermi能级下降。,,中间电离区 本征激发忽略 只有部分施主杂质电离,随着温度升高，使得2NcND，则EF(Ec+ED)/2，即随着温度升高，杂质电离增多，
5、Fermi能级下降,当EF=ED时，n+D=ND/3，即此时，只有1/3的杂质电离,,强电离区（饱和区） 本征激发忽略 施主杂质全部电离 n0=ND,EDEF，且ED-EFkBT，即Fermi能级位于ED下面,一般掺杂：Nc(1019)ND(1016)EFEc T一定时，ND越大，EF越大，即EF向Ec靠近 ND一定时， T越大，EF越小，即EF远离Ec，向Ei靠近,重掺杂：NcEc,Fermi能级进入导带区,,过渡区 本征激发不可忽略 施主杂质全部电离,载流子由杂质电离和本征激发同时提供,n0=ND+p0,当ND/2ni较大时，EF距离Ei较远，向饱和区靠近 当ND/2ni较小时，EF距离E
6、i较近，即接近本征激发情况(向高温激发区靠近),,小结（n型）： ND一定时，随着T升高，载流子从杂质电离为主要来源过渡到以本征激发为主要来源的过程 Fermi能级从位于杂质能级附近逐渐靠近禁带中线附近,,低温弱电离区：温度很低，只有少量施主杂质电离 中间电离区：随着温度的升高，部分施主杂质电离 强电离区：温度到达一定值时，施主杂质几乎全部电离。此时载流子浓度为定值，因此，此区也称为饱和区 过渡区：随着温度升高，本征激发不可忽略。载流子一部分源于杂质电离，还有一部分源于本征激发 高温激发区：温度到达某个值时（极限温度），本征激发载流子浓度很大（远大于杂质电离提供的载流子浓度），此时，以本征激发为主，忽略杂质电离提供的载流子,处在那个区？,,假设不合理,Ex. 9：已知300K硅, ND，Ec-ED=0.01ev，假设杂质全部电离，求EF, 并利用算出的EF来判断假设是否合理。 （已知Nc=2.8*1019）,Exs. 7, 18, 19,