半导体的导电性
第四章半导体的导电性本章重点1.迁移率2.载流子的散射3.电导率4.迁移率和电阻率与杂质浓度和温度的关系§ 4.1 载流子的漂移运动迁移率4.1.1 欧姆定律S E S E S l l E R V I σρρ====/为电导率，单位：西门子/米, 西门子/厘米ρσ1=mm c ⋅Ω⋅Ω，的单位电阻率ρ欧姆定律的微分形式EJ σ=4.1.2 漂移速度和迁移率载流子在电场力作用下作定向运动叫漂移运动，平均漂移速度。
dv −(2)d J nq v −=−E v d ×1sAO 电子浓度为n 的导体，电子漂移运动形成电流1d I nq v s−=−××−−==dv nq J E J 又增大电流密度随电场增加而，σ/(3)d d v Ev E μμ−−==Enq J μ=)4(μσnq =为电子迁移率，表示单位电场下电子的平均漂移速度。
描述载流子在电场中漂移运动的难易程度。
单位：（m 2/V.s 或cm 2/V.s ）μ漂移电流示意图电场方向4.1.3 半导体的电导率和迁移率复杂性：电子和空穴两种载流子，且其浓度随温度、掺杂而变化。
空穴漂移方向电子电流空穴电流电子漂移方向电子& 空穴的电流方向均与电场方向相同半导体中电流EE pq nq J J J p n p n σμμ=+=+=)(半导体中电导率与载流子浓度和迁移率的关系：pn pq nq μμσ+=导带中电子自由运动形成电流，大。
n μ价带空穴导电，实际共价键上的电子在价键间运动形成电流，小。
p μn nq σμ=对N 型半导体n>>pppq σμ=对P 型半导体p>>n 对本征半导体p ＝n ＝n i()i n p n q σμμ=+电子迁移率大于空穴迁移率，高速开关器件主要依靠电子导电。
电导率主要取决于多子§ 4.2 载流子的散射J E σ=，电场一定，电流密度恒定应不断增加，，载流子受电场力加速J v nq J d −−=矛盾的两方面：原因所在：载流子与晶格原子或电离杂质等发生碰撞而交换能量，从而改变载流子速度的大小和方向4.2.1 载流子散射与漂移运动1、载流子的散射——改变速度的方向和大小处在外电场中的载流子运动：散射+漂移运动。
散射：运动的载流子与热振动的晶格原子/电离/载流子的杂质离子发生碰撞，并改变载流子速度的大小和方向的过程。
平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程。
平均自由时间τ：连续两次散射间自由运动的平均时间。
−l 散射几率P：单位时间内一个载流子被散射的几率。
2、载流子的漂移运动外场作用下，载流子的两种运动：受晶格、杂质和缺陷向各个方向散射，速度大小和方向变化d v −两种运动结果：电场一定, J 恒定电场力下的定向运动,速度增加——漂移运动4.2.2 半导体的主要散射机构散射的根本原因：周期性势场遭到破坏，产生了附加势场。
附加势场使能带中载流子在不同k 状态间跃迁。
只有当附加场的线度具有电子波长的量级才能有效地散射电子（室温下电子的波长为100Å量级。
）电子＋电离杂质中心空穴－电离杂质中心空穴＋电离杂质中心电子速度小速度大电子1、电离杂质散射库仑散射¾电离杂质N i 越大，载流子受散射的机会越多;¾电离杂质散射几率。
23−∝TN P i i ¾温度越高，载流子热运动的平均速度越大，可很快掠过，散射几率小。
散射几率¾A D i A D i N N N n n N +=+=−+杂质全电离，,2、晶格振动的散射(1)声学波和光学波声学波——频率低，含一支纵波和两支横波。
光学波——频率高，3×(n-1)支.格波中纵波和横波比例1：2。
格波波矢数目＝晶体中原胞数目N每一波矢对应的格波数＝3×n (原胞内原子数目)2q πλ=晶格中原子的振动是由若干基本波按叠加原理组合而成，这些基本波称为格波。
格波波矢q金刚石晶格振动沿[110]方向传播的格波的频率与波矢的关系αϖq光学波声学波纵纵横横长波横波:原子位移方向和波传播方向垂直。
纵波:原子位移方向和波传播方向平行。
长光学波中2个原子向相反方向振动，代表原胞中原子的相对运动，其频率近似为常数。
长声学波中2个原子向同一方向振动，代表原胞质心的运动，频率与波数成正比，弹性波。
Cq =⇒=∝λϖλϖαα1声学波横波光学波横波纵长光学波的极化电场产生极化势场＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－EE纵长声学波的畸变势E CE v禁带宽度随原子间距的变化能量EE VE C导带价带原子间距(平衡位置)(电子能带)2p 2sE g导带价带E g =7eV在平衡位置附近，间距增大，E g 减小；间距减小，Eg 增大；()αααϖϖϖ===⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+1exp 1210T k αϖ=)21(+n 频率为的一格波，其能量是量子化的：αϖ频率为的一格波，平均能量：αϖ平均声子数()1exp 10−=−T k n q αϖ=把格波的能量子称为声子，声子的引入便于描述晶格与物质的相互作用αϖ=电子与声子的碰撞遵守正号对应吸收声子，负号表示发射声子。
αϖ=±=−±=−−−−E E q h k h k h ''和能量分别表示声子的准动量和αϖ=−q h '−k −k，分别表示电子散射前后的波矢电子声子)2/sin()/(22*'θϖv u v m quE E E n a =±=±=−=Δ==kk ’θ∟q)2sin(2θk q =v m k n*==（对电子）假定散射前后电子的波矢近似大小相等对长声学波，为弹性波，，u 为声子速度qu =αϖ对单极值能带，声学波散射主要是长纵声学波散射mv m h k v m k h nn8**10//1−−−−===⇒=λ电子热运动速度105m/s,估算电子波波长为由准动量守恒，声子动量应与电子在同一数量级或更低。
格波波长应为10-8m 或更低，故长声学波起主要作用。
长声学波散射，弹性散射，，极小0≈ΔE v u 光学波散射，声子很大，非弹性散射αϖ=纵声学波运动时原子疏密变化，产生附加势场。
(2) 声学波散射纵长声学波的畸变势E CE vv c εε和：为形变势常数，单位体变引起导带底的变化。
能带变化：V V E V VE vv cc Δ=ΔΔ=Δεε声学波散射几率32*23/204216()c n s k T m P v T h uπερ=∝对具有多极值、旋转椭球等能面的Si 、Ge ，取状态密度有效质量*n m 横声学波不起原子疏密变化，但对多极值、旋转椭球等能面，会引起切应变，从而引起散射。
对非极性半导体，纵声学散射非常重要。
光学波散射离子晶体极性光学波散射原子晶体光学波形变势散射（3）光学波散射纵长光学波的极化电场产生极化势场＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－EE离子晶体中极化电场引起光学波散射10]1)/[exp(−−∝T k p l o ϖ=¾随温度降低，迅速减小，P o 也迅速降低，故光学波在低温时几乎不起作用；也说明有声子才能发生吸收声子的散射。
¾常温下，GaAs 中长纵光学波散射起作用。
¾较高温度时，Si 、Ge 中，光学波散射有一定的作用。
光学波散射几率：()1exp 10−=−T k n q αϖ=q n −低温时，谷间散射很小。
(1) 等同的能谷间散射极值能量相同的能谷，称为等同的能谷。
电子在等同能谷中分布相同。
电子在等同能谷间发生散射，称为等同的能谷间散射。
发生该散射时k 值和准动量发生较大变化，故为非弹性散射。
1/21/211Re 1q q E EP n n h h ααγγ−−⎛⎞⎛⎞⎛⎞∝+++−⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠吸收声子发射声子3、其他因素引起的散射散射几率：1/21/211Re 1q q E E P n n h h ααγγ−−⎛⎞⎛⎞⎛⎞∝+++−⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠吸收声子发射声子低温时，电子的平均能量为，P e 为0很小；，a a k h T P /)(0ν<<a h E T k ν<,230低温时，谷间散射很小。
(2) 中性杂质散射低温下，杂质未全电离，晶格散射和电离杂质散射微弱，此时重掺杂半导体中中性杂质散射显著发生。
(3) 位错散射位错密度大于104cm -2时，较为显著。
此散射各向异性。
(4) 合金散射是混合晶体特有的散射，主要是两种同族原子无序排列的混合晶体。
(5)载流子间的散射强简并时显著。
§ 4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系4.3.1 平均自由时间和散射几率的关系)()()(t t N t N t P t N Δ+−=Δ)(t N 在遭到散射的电子数：为t 时刻未受散射的电子浓度t t t Δ+－N 0是t=0时未受到散射的电子数。
ptt e N t N t PN t t N t t N dt t dN −→Δ=⇒−=Δ−Δ+=⇒00)()()()(lim)(散射几率P：单位时间内一个载流子被散射的几率。
如有多种散射机制同时存在，则：PtdtPe N N dtPe N tdt Pe N n ax n axan dx e x Pta dx e Pt Pt 110!0010000010=⇒⎯⎯⎯⎯⎯→⎯∫=⎯⎯⎯⎯→⎯∫=∫∫∫∞=−=∞−∞−∞+−∞−ττ∑∑===iiii P P ττ11（2）4.3.2 电导率、迁移率与平均自由时间的关系0**0pt x x x nnq E q Ev v tPe dt v mm τ−−−−∞−=−⇒=−∫对单个电子，散射后的初始速度v x 0，经t 时间，再次散射前的速度v x0*x x nq Ev v tm =−采用统计方法，对大量电子而言，平均漂移速度*/nn n m q τμ=电子的迁移率*/pp p m q τμ=空穴的迁移率*nq Ex m v τ−=−Ev x −=μ混合型电导率2*2*//n p n n p pnq pq nq m nq m σμμττ=+=+n 型电导率2*/p p p ppq pq m σμτ==p 型电导率2*/n n nnq nq m σμτ==Si 导带的等能面是6个旋转椭球面，电流由6个能谷中的电子贡献：1231231233331()31()3x x x x x x c x c n n nJ q E q E q E nq E J nq E μμμμμμμμμμμ=++=++=⇒++令＝[100][001][010]xyzE xtn lnm q m q τμμτμ===321]001[]010[,]100[能谷，和能谷，沿x 方向，利用：μc 称为电导迁移率。
半导体的导电能力
半导体具有中等的导电能力，其导电率介于金属和绝缘体之间。
这是因为半导体中的电子和空穴的数量都很少。
在室温下，纯净的半导体材料的导电率通常比铜低几个数量级。
导电率可以通过掺杂少量其他元素来改变。
这种掺杂称为“掺杂”。
掺杂少量可以使半导体材料的导电率提高数十倍。
另外，半导体材料的导电率还可以通过提高温度来提高。
这是因为随着温度的升高，半导体中的电子和空穴的数量都会增加，从而提高导电率。
此外，半导体材料的导电率还可以通过电场，光照等方式来改变。
这种方式被称为电子注入或光电效应。
半导体材料可以被用来制造各种电子器件，如晶体管、光电子器件、太阳能电池、半导体照明等，这些器件的工作原理都是基于半导体材料的导电性能。
在半导体器件中，导电率是十分重要的，因为它直接关系到器件的效率。
因此，在半导体材料的研究和开发中，导电率是一个重要的指标。
半导体的导电性
当前研究的不足与挑战
半导体导电性的调控机制尚不完全清楚，需要进一步深入研究。
一些高性能的半导体材料和器件仍然依赖进口，需要加强自主创新和知识产权保护。
半导体产业的发展面临着技术、环境、资金等多方面的挑战，需要积极应对。
发展智能制造和绿色制造，提高半导体产业的核心竞争力。
加强基础研究和应用研究，推动半导体材料和器件的创新发展。
实现半导体材料和器件的全链条自主可控，保障国家安全和产业安全。
未来发展的趋势与展望
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影响因素
迁移率与材料的晶体结构、杂质和温度等因素有关。
迁移率
载流子密度是衡量半导体材料中载流子数量的参数，定义为材料的电阻率与电阻率的乘积，即n=ρσ，其中ρ为电阻率。
定义
载流子密度与材料的纯度、晶体结构和掺杂等因素有关。
影响因素
载流子密度
03
半导体导电性的测量与实验技术
四探针电阻测量技术是一种非接触式测量方法，通过施加电流和测量电压来计算电阻率。
温度依赖Hall效应
通过测量不同温度下半导体内部的霍尔电压，研究温度对载流子浓度和迁移率的影响。
Hall效应测量
深能级瞬态谱技术
利用光脉冲激发半导体中的电子，并测量电子在各个时间点的分布情况，从而了解半导体中的缺陷、杂质等特性。
时间分辨深能级瞬态谱技术
通过使用超快激光脉冲，对半导体内部电子的动态行为进行高时间分辨率的测量，研究电子在半导体中的输运过程。
半导体导电性的基本概念
半导体导电主要通过自由电子和空穴两种载流子实现。
在半导体内部，自由电子和空穴的数量受温度、光照等因素影响。
当加电压时，自由电子和空穴的数量增加，从而导致电流增加。
半导体的特性
半导体的特性
半导体是一种具有介于导体和绝缘体之间的电导性能的材料。
其特
性包括：
1. 导电性：半导体具有介于导体和绝缘体之间的导电性能。
在绝缘
体中，电子无法自由移动，而在导体中，电子可以自由移动。
半导体
的特点是在常温下，其导电性由掺杂与温度控制。
2. 能带结构：半导体的原子排列形成了能带结构，其中包含导带和
价带。
绝缘体的导带与价带之间的能隙非常大，而导体几乎没有能隙。
半导体的能隙介于导体和绝缘体之间，通常为1-3电子伏特。
3. 温度对导电性的影响：与导体不同，半导体的电导性能与温度密
切相关。
随着温度的升高，半导体的电导性能也会增加。
4. 掺杂：通过在半导体晶体中掺入少量的杂质，可以显著地改变其
导电性质。
杂质的掺杂可以分为N型和P型。
N型掺杂引入一个附加
的自由电子，而P型掺杂引入一个附加的空穴。
5. PN结：将N型和P型的半导体材料接触在一起形成PN结。
PN
结具有整流作用，即在正向偏置时，电流可以流动，而在反向偏置时，电流被阻塞。
6. 半导体器件：半导体的特性使其成为制造各种电子器件的理想材料，如二极管、晶体管、场效应管和集成电路等。
总的来说，半导体的特性使其成为现代电子技术的基础，广泛应用于计算机、通信、光电等领域。
半导体的基本特征
半导体的基本特征
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有一些独特的特征。
以下是半导体的基本特征：
1. 导电性能：半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。
在纯净的半
导体中，电子和空穴数量相等，因此电导率很低。
但是，通过掺杂或
施加电场等方法，可以增加半导体的导电性能。
2. 能带结构：半导体的能带结构是其特征之一。
半导体的能带结构由
价带和导带组成。
在纯净的半导体中，价带和导带之间存在能隙，电
子必须获得足够的能量才能跃迁到导带中。
3. 温度特性：半导体的电导率随温度的变化而变化。
在低温下，半导
体的电导率很低，但随着温度的升高，电导率会增加。
这是因为温度
升高会增加电子和空穴的数量，从而增加半导体的导电性能。
4. 光电特性：半导体具有光电效应，即当光照射到半导体上时，会产
生电子和空穴。
这种现象被广泛应用于太阳能电池和光电器件等领域。
5. PN结：PN结是半导体器件的基础。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，具有整流和放大等功能。
6. 控制特性：半导体的电性能受到外部电场的控制。
通过施加电场，可以控制半导体中电子和空穴的数量和移动方向，从而实现对半导体器件的控制。
总之，半导体具有介于导体和绝缘体之间的导电性能，能带结构、温度特性、光电特性、PN结、控制特性等特征。
这些特征使得半导体在电子器件、光电器件、太阳能电池等领域得到广泛应用。
第四章-半导体的导电性
单位时间由于散射而失去的能量： 0v l0
单位时间由电场获得的能量： qvd | E|
稳态时两者应相等,即
qd
E
0
v l0
联立解得：v d
80
3
m n
------与电场无关
2、负微分电导
1）负微分电导
负阻效应产生条件：半导体能带结构中存在多能谷， 且能谷的曲率不同；载流子发生能谷间散射。
负微分电导的 产生机理：对GaAS而言，当电场 达到3×103 V/cm后，低能谷1 中的电子可从电 场中获得足够的能量而开始转移到高能谷2中， 发生能谷间的散射，并伴随发射或吸收一个光学 声子．进入能谷2的电子，有效质量大为增加， 迁移率大大降低，平均漂移速度减小，电导率下 降，产生负阻效应．
角频率为ωa的格波，能量是量子化的，只能是
(
n
1 2
)a
声子：晶格振动的能量量子。
根据统计计 算，格波的 平均能量为
1 2
a
exp(
1
a
)-1
a
k0T
包含平均声子 数为
晶格振动对 载流子的散 射可以看成 载流子与声 子的碰撞。
1 nq = exp( ωa )- 1
koT
k'-k q
E'-Ea
声学波散射概率：
d N t liN m t＋ t－ N t＝ P t － N
dt t 0 t
N（ t）N ＝ 0ex（ p p－ ） t
设N0为t＝0时未遭散射的电子数。所以在t到t ＋dt时间内被散射的电子数为：
d＝ NN0Pepd t t
平均自由时间：
＝1 N0
0N0Pte-pdt ＝ t P 1
半导体和超导体的特点
半导体和超导体的特点半导体和超导体是两种不同类型的材料，它们都在电子和能量传导方面具有很特殊的性质，下面详细介绍它们的特点。
一、半导体的特点1.导电特性：半导体能够在一定条件下表现出良好的导电性能，当半导体中的电子数目增加时，它的导电性能也会相应提升。
2.能带结构：半导体的能带结构独特，其中包含了价带和导带，两者之间有一个带隙。
在带隙范围内，半导体是难以导电的。
3.热激发：半导体可以通过热激发的方式将电子从价带中提取出来，然后进入导带中，使其导电。
4.杂质掺杂：通过掺杂一些杂质元素，可以使半导体导电性发生变化。
n型半导体是通过掺杂五价元素（如磷等）来实现，p型半导体是通过掺杂三价元素（如硼、铝等）来实现的。
5.少数载流子：与金属导电形式不同，半导体的导电是通过少数载流子来实现。
n型半导体电子是载流子，p型半导体空穴是载流子。
二、超导体的特点1.无电阻：超导体的最大特点就是展现出了无电阻状态，电流可以不受电阻和能量损失的限制自由流动。
2.零电阻带：当温度降到超导临界温度以下时，超导体可以形成一条零电阻带，这条带会对电磁波产生反射作用，并导致绕返波的出现。
3.鸣振波：超导体在过渡时通过鸣振波的形式来恢复电阻，当电流超管超过超导体的临界电流时，静态电场会引起振动，从而产生鸣振波。
4.磁场排斥作用：磁场对超导体具有排斥作用，在超导体中，磁场的介入会限制其超导性能。
5.临界温度：超导体的临界温度是它能够表现出超导性的最高温度。
对于高温超导体而言，它们的临界温度要高于-100°C，而对于低温超导体而言，它们的临界温度要低于-100°C。
总体而言，半导体和超导体都是一个致力于推动人类技术进步发挥重要作用的材料。
半导体广泛使用于半导体电子学、信息科技等领域，而超导体则在高速列车、轨道交通等领域有广泛的应用。
随着科技的不断进步，这些材料的应用前景也会更加广阔。
半导体导电性
在电场和磁场作用下，半导体中的电子和空穴的运动会引起各种电荷的输运现象半导体的导电性强弱随温度和杂质的含量变化而变化。
1. 从能带角度理解半导体的导电性半导体在绝对零度时，被电子占据的最高能带为满带，上面临近的能带是空带，当有一定温度时，电子从满带激发到空带，原来的空带变为不满带，在电场作用下，电子的状态在布里渊区中的分布不再对称，半导体导电。
2. 从晶格角度理解半导体的导电性在一定温度下，共价键上的电子e 挣脱了价键的束缚，进入到晶格空间形成准自由电子，这个电子在外电场的作用下运动而形成电子电流。
在价键的电子进入晶格后留下空穴，当这个空穴被电子重新填充后，会在另一个位置产生新的空穴，这一过程为空穴电流3. 载流子的散射理想完整晶体中电子处于严格周期势场中，v (k )不变，实际晶体由于存在缺陷，相当于在原有严格周期性势场上叠加了附加势场，从而引起了载流子状态的改变成为载流子的散射连续两次散射间的平均自由时间，散射主要有晶格振动散射和电离杂质散射。
(1)电离杂质原因是：电离杂质因为形成库仑场，附加在周期场上，局部破坏了周期势场。
散射几率：（2）晶格振动散射：晶体中格波氛围声学支和光学支。
声学支描述原胞的整体运动，光学支描述一个原胞内两个原子的相对运动。
一个原胞有n 个原子，则三维情况下总的格波数为3n ，其中3支声学波，3(n-1)支光学波。
①声学波散射原因：纵波的振动形式使原子形成疏密分布，半导体体积在疏处膨胀，密处压缩，使能带发生振动，产生附加势。
②光学波散射原因：原子的相对运动使电荷分布形成正电荷区和负电荷区，产生电场，形成附加势。
4. 载流子的漂移运动，迁移率(1) 在有外加电场存在时，载流子沿一定方向的有规则运动，称为漂移运动。
它是引起电荷流动的原因。
考虑平均，则电子和空穴的漂移速率分别为 ετ *-=n n n m q v 和 ετ *=pp p m q v ，*p m 和p τ分别为空穴的有效质量和弛豫时间。
半导体的导电特性课件
动画1-1本征半导体的导电特性
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
N型半导体（电子型半导体）
——在本征半导体中掺入五价杂质元素， 例如磷，可形成 N型半导体,也称电子 型半导体。
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导 通电压忽略)
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为 P型半导体的少数载流子，空穴为 P型半 导体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
半导体的导电性
通过升高温度，使半导体材料内部的缺陷和杂质激活，从而改变其导电性能。
退火工艺
将半导体材料加热到一定温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。这种方法可以消 除材料内部的应力，并提高其导电性能。
外加电场与磁场的影响
外加电场
通过外加电场，可以改变半导体材料内部的载流子分布和运动状态，从而影响其导电性能。
测量方法
电导率的测量通常采用四 探针法，通过四个接触材 料表面的探针来直接测量 电流和电压。
应用
电导率的测量可用于研究 半导体材料的晶体结构、 缺陷和掺杂等微观性质。
电极化率的测量
概述
电极化率是衡量半导体材 料在电场作用下极化程度 的重要参数，它与材料的 介电常数密切相关。
测量方法
电极化率的测量通常采用 电容法，通过在材料两端 施加交变电场并测量电容 的变化来计算电极化率。
载流子的产生与复合
载流子的产生
半导体材料中的原子或分子受到外部能量的激发，会释放出电子和空穴。
载流子的复合
电子和空穴在运动过程中，可能会重新结合在一起，从而消失。这种过程称为 载流子的复合。
03
半导体材料的导电性测量与表征
电导率的测量
01
02
03
概述
电导率是衡量半导体材料 导电性能的重要参数，它 反映了材料中载流子的迁 移率。
日期:
半导体的导电性
汇报人：
目 录
• 半导体导电性概述 • 半导体材料的导电原理 • 半导体材料的导电性测量与表征 • 半导体材料的导电性调控 • 半导体导电性的应用
01
半导体导电性概述
半导体材料定义
• 半导体材料定义：半导体材料是一种在导电性能上处于绝缘体 和导体之间的材料，具有独特的电子和空穴导电性。它们通常 在一定的温度和光照条件下，能显著提高其导电性。
半导体物理第四章半导体的导电性
=
(−q)nvd S
J
=
I S
=
−nqvdx
欧姆定律的微分形式：
J=σE
Vd：平均漂移速度，和电场强度成正比
v=at=qE/ m* *t
半导体物理
5
迁移率-mobility
vd = μ E
μ = vd
E
迁移率：单位场强下的电子的平均漂移速度， 单位：m2/V·s, cm2/V·s
J = nqvdx = nqμE
半导体物理
37
Si, Ge：
电离杂质散射
μi
=
e m*
T 3/2 BN i
声学波散射
μa
=
e m*
1 AT 3/ 2
∴ μ= e
1
m*
AT
3/2
+
BN i T 3/2
半导体物理
ND>1017 cm-3
38
室温（300 K）下，高纯 Si、Ge、GaAs 的迁移率
Si Ge GaAs
μn (cm2/V⋅s)
P = PI + PII + PIII + ......
μi
=
e m*
T 3/2 BN i
μa
=
e m*
1 AT 3/ 2
e
hν
m=* Ao (e kT − 1)
而 1 = P = 1 + 1 + 1 + ......
τ
τ I τ II τ III
1 = 1 + 1 + 1 + ......
μ μ I μ II μ III
光学波散射几率 Po ∝ [exp(hωo kBT ) − 1]−1 平均声子数