春季学期微电子器件基础第四章优秀课件
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电子课件 电子电路基础(第四版)第四章
若将反相放大器中的反馈电阻 Rf 用电容C代替，便构成积分运算 电路，如图所示。
积分运算电路
第四章 集成运算放大器的应用
设电容C上初始电压为零，当输入阶跃信号时输出电压波形如图 a所示，当输入方波信号时输出电压波形如b所示。
积分运算电路输入、输出波形
a)输入阶跃信号 b)输入方波信号 c)输入、输出信号实测波形
4. 共模抑制比KCMR 开环差模电压放大倍数与闭环共模电压放大倍数之比的绝对值。 因为集成运放的共模抑制比数值很大，故通常用分贝表示。即
5. 最大输出电压UOPP 集成运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰—峰值。 6. 最大差模输入电压UIDM 集成运放两个输入端之间所能承受的最大差模输入电压。
又因为理想集成运放输入电阻ri→∞,所以两个输入端输入电流也 均为零,即iP = iN = 0，这一特性称为“虚断”。
第四章 集成运算放大器的应用
四、集成运放组成的两种基本放大器
1. 反相放大器 (反相比例运算放大器)
反相放大器
第四章 集成运算放大器的应用
放大器的电压放大倍数为 式中，负号表示uo与ui反相，故称为反相放大器。又由于uo与ui 成 比例关系，故又称反相比例运算放大器。若取Rf = R1 = R，则比例系 数为–1，电路便成为反相器。
取决于电阻R和电容C乘积的大小(τ=RC称为时间常数)。
第四章 集成运算放大器的应用
电容两端的电压uC流过电容的电流iC之间存在积分的关系， 即 它反映了uC在输入脉冲宽度时间内的累积变化情况。
第四章 集成运算放大器的应用
积分电路及其波形
a)原理电路 b)输入、输出信号波形
第四章 集成运算放大器的应用
图中，同相输入端所接电阻R′ 必须满足平衡要求，取R′ =R1 ∥R2 ∥R3 ∥Rf。
积分运算电路
第四章 集成运算放大器的应用
设电容C上初始电压为零，当输入阶跃信号时输出电压波形如图 a所示，当输入方波信号时输出电压波形如b所示。
积分运算电路输入、输出波形
a)输入阶跃信号 b)输入方波信号 c)输入、输出信号实测波形
4. 共模抑制比KCMR 开环差模电压放大倍数与闭环共模电压放大倍数之比的绝对值。 因为集成运放的共模抑制比数值很大，故通常用分贝表示。即
5. 最大输出电压UOPP 集成运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰—峰值。 6. 最大差模输入电压UIDM 集成运放两个输入端之间所能承受的最大差模输入电压。
又因为理想集成运放输入电阻ri→∞,所以两个输入端输入电流也 均为零,即iP = iN = 0，这一特性称为“虚断”。
第四章 集成运算放大器的应用
四、集成运放组成的两种基本放大器
1. 反相放大器 (反相比例运算放大器)
反相放大器
第四章 集成运算放大器的应用
放大器的电压放大倍数为 式中，负号表示uo与ui反相，故称为反相放大器。又由于uo与ui 成 比例关系，故又称反相比例运算放大器。若取Rf = R1 = R，则比例系 数为–1，电路便成为反相器。
取决于电阻R和电容C乘积的大小(τ=RC称为时间常数)。
第四章 集成运算放大器的应用
电容两端的电压uC流过电容的电流iC之间存在积分的关系， 即 它反映了uC在输入脉冲宽度时间内的累积变化情况。
第四章 集成运算放大器的应用
积分电路及其波形
a)原理电路 b)输入、输出信号波形
第四章 集成运算放大器的应用
图中，同相输入端所接电阻R′ 必须满足平衡要求，取R′ =R1 ∥R2 ∥R3 ∥Rf。
微电子器件基础PPT全套课件
电子管的发明
1883年，美国发明家爱迪生 （T· A· Edison，1847—1931）发现了 热的灯丝发射电荷的现象，并被称之为 “爱迪生效应”。 1897年，英国物理学家汤姆逊 （J· J· Thomson1856～1940 ）解释了 这种现象，并把带电的粒子称为“电 子”。 1904英国伦敦大学电工学教授弗莱明 （S· J· A· Fleming1849～1945）研制出检测 电波用的第一只真空二极管，从而宣告 人类第一个电子二极管的诞生。
SW uP
MPEG ROM
PCB
ROM ATM ASIC
SW
FPGA
SW
SW
SRAM ROM
uP Core
MPEG ROM
FPGA A/D Block
ATM Glue Logic
SOC
SoC Example
R O M
D R A M
CPU
DSP
FPGA
SRAM
Flash
Switch
Fabric
Al V Rc Rb in out n SiO2 E n+ p n n+ B
300 Cu Strained Si high-K metal
300 ? Strained Si high-K metal
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
The limit for oxide -0.8 nm Dielectrics with high k= HfO2, ZrO2… Polysilicon metal
2009 0.045 64G 520 620 2500 8-9 0.6-0.9 300
微电子器件第四章功率特性
J ne
nb (0) 2qDnb Wb
图4-2 大注入下缓变基区晶体管基区电子浓度分布[33]
结论：大注入对缓变基区晶体管基区电子及其电流密度的影 响与对均匀基区晶体管的相似。
这是因为在大注入条件下的缓变基区中，大注入自建电场对基区多
子浓度梯度的要求与基区杂质电离以后形成的多子浓度梯度方向是一致 的，这时杂质电离生成的多子不再象小注入时那样向集电结方向扩散并
注入载流子以及为维持电中性而增加的多子使 得基区电阻率显著下降，并且电阻（导）率随 注入水平变化，称为基区电导调制效应
可见，非平衡少子浓度的变化引起基区电阻率的变化（调制） 实际上，引起电阻率变化的因素包括高浓度的非平衡少子，但 作为基区电导调制效应影响电流放大系数（发射效率）的是基 区多子——空穴
dx dn J n q n pE qDn dx
对多子空穴,动态平衡时,扩散流等于漂移流, J p 0 dp( x) kT 1 dp( x) p ( x) p E D p E dx q p( x) dx
p( x) N B ( x) nb ( x) E dnb kT 1 d kT NB 1 dNB 1 ( N B nb ) ( ) q N B nb dx q N B nb N B dx N B nb dx
建立缓变基区自建电场，而是按照基区大注入自建电场的要求去重新分
布。 因此，不同电场因子的缓变基区在大注入下有相同的电子浓度分布。 可以说，在大注入情况下，大注入自建电场取代（掩盖）了由于杂质分 布不均匀所形成的电场（缓变基区自建电场）。
在(大注入、缓变基区)自建电场E作用下 dp J p q p pE qDp
eWb I neWb Wb2 SASWb (1 ) 2 b b Lpe 2 Ae qDnb N b 4 Lnb 2 Ae Dnb
《微电子与集成电路设计导论》第四章 半导体集成电路制造工艺
4.4.2 离子注入
图4.4.6 离子注入系统的原理示意图
图4.4.7 离子注入的高斯分布示意图
4.5 制技术 4.5.1 氧化
1. 二氧化硅的结构、性质和用途
图4.5.1 二氧化硅原子结构示意图
氧化物的主要作用： ➢ 器件介质层 ➢ 电学隔离层 ➢ 器件和栅氧的保护层 ➢ 表面钝化层 ➢ 掺杂阻挡层
F D C x
C为单位体积掺杂浓度，
C x
为x方向上的浓度梯度。
比例常数D为扩散系数，它是描述杂质在半导体中运动快慢的物理量， 它与扩散温度、杂质类型、衬底材料等有关；x为深度。
左下图所示如果硅片表面的杂质浓 度CS在整个扩散过程中始终不变， 这种方式称为恒定表面源扩散。
图4.4.1 扩散的方式
自然界中硅的含量 极为丰富，但不能 直接拿来用。因为 硅在自然界中都是 以化合物的形式存 在的。
图4.1.2 拉晶仪结构示意图
左图为在一个可抽真空的腔室内 置放一个由熔融石英制成的坩埚 ，调节好坩埚的位置，腔室回充 保护性气氛，将坩埚加热至 1500°C左右。化学方法蚀刻的籽 晶置于熔硅上方，然后降下来与 多晶熔料相接触。籽晶必须是严 格定向生长形成硅锭。
涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。
图4.2.4 动态旋转喷洒光刻胶示意图
3. 前烘
前烘是将光刻胶中的一部分溶剂蒸发掉。使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉， 保持光刻胶干燥。
4. 对准和曝光
对准和曝光是把掩膜版上的图形转移到光刻胶上的关键步骤。
图4.2.5 光刻技术的示意图
图4.2.7 制版工艺流程
4.3 刻蚀
（1）湿法腐蚀
（2）干法腐蚀 ➢ 等离子体腐蚀 ➢ 溅射刻蚀 ➢ 反应离子刻蚀
微电子器件测试与封装-第四章
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内容|半导体器件的测试
8.測試項目(GMP)，測試線路如右：
測試方法： GD Short，從DS間灌入一個電流(一般為250uA)量測IDS及VGS,用ID/VGS 得到GFS
GMP：又叫GFS.代表輸入與輸出的關係即GATE 電壓變化,DRAIN電流變化值,單位為S.當汲極電流愈大,GFS也會增大.在切換動作的電路中,GFS值愈高愈好.
VFSD：此為內嵌二極管的正向導通壓降，VFSD=VS-VD
測試目的： 1.檢測晶圓製程中的異常，如背材脫落 2.檢測W/B過程中有無Source wire球脫現象
Remark：Tesec 881中，VFSD+ 可以寫成VGS=0V,VFSD代表G腳Open
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内容|半导体器件的测试
内容|半导体器件测试
热阻测试仪TESEC KT-9614热阻测试仪TESEC KT-9414热阻测试仪EAS测试系统ITC5500 EAS测试系统TESEC 3702LV测试系统觉龙 T331A EAS测试系统SOATESEC SOA测试仪其他DY-2993晶体管筛选仪
内容|半导体器件测试
双极晶体管开关参数测试仪：伏达UI9600 UI9602晶体管测试仪KF-2晶体管测试仪觉龙（绍兴宏邦）晶体管开关参数测试系统肯艺晶体管开关参数测试系统DTS-1000分立器件测试系统MOSFET动态参数测试ITC5900测试系统觉龙 T342栅极等效电阻测试系统
VFVRIR
内容|半导体器件测试
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半导体器件测试的目的：检验产品能否符合技术指标的要求剔除不良品根据参数进行分选可靠性筛选测试内容：静态电参数动态电参数热阻可靠性测试按阶段分芯片测试（中测）成品测试（成测）
《微电子器件》课件
新型微电子器件
随着科技的不断发展，新型微电子器件的研究也 在不断推进。目前，新型微电子器件主要集中在 柔性电子器件、生物可穿戴器件、量子器件等领 域。
生物可穿戴器件
生物可穿戴器件是指能够与人体直接接触并监测 人体生理参数的微电子器件。目前，生物可穿戴 器件的研究重点在于提高其舒适性、准确性和稳 定性。
描述模拟电路性能的参数，表示输入与输出 之间的线性关系。
微电子器件的测试方法与设备
测试方法
包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
测试设备
如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
测试环境
需要控制温度、湿度、电磁干扰等环境因素 。
测试标准
根据不同应用领域制定相应的测试标准。
微电子器件可靠性分析
可靠性定义
02
微电子器件的基本结构与 原理
半导体材料基础
半导体材料的分类
元素半导体、化合物半导体、掺 杂半导体等。
半导体的基本性质
导电性、光学特性、热学特性等。
半导体的能带结构
价带、导带、禁带等概念及其对电 子跃迁的影响。
PN结与二极管
PN结的形成
01
扩散、耗尽层、空间电荷区等概念。
二极管的伏安特性
02
性能和热管理技术。
机械可靠性
微电子器件在受到机械 应力时容易发生损坏， 机械可靠性问题不容忽 视。目前，机械可靠性 的研究重点在于提高微 电子器件的抗冲击和抗
振动性能。
电气可靠性
微电子器件在长时间工 作过程中容易出现电迁 移、氧化等问题，影响 其电气性能。目前，电 气可靠性的研究重点在 于提高微电子器件的稳
柔性电子器件
柔性电子器件具有轻薄、可弯曲、可折叠等特点 ，被广泛应用于可穿戴设备、智能家居等领域。 目前，柔性电子器件的研究重点在于提高其稳定 性、可靠性和生产效率。
随着科技的不断发展，新型微电子器件的研究也 在不断推进。目前，新型微电子器件主要集中在 柔性电子器件、生物可穿戴器件、量子器件等领 域。
生物可穿戴器件
生物可穿戴器件是指能够与人体直接接触并监测 人体生理参数的微电子器件。目前，生物可穿戴 器件的研究重点在于提高其舒适性、准确性和稳 定性。
描述模拟电路性能的参数，表示输入与输出 之间的线性关系。
微电子器件的测试方法与设备
测试方法
包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
测试设备
如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
测试环境
需要控制温度、湿度、电磁干扰等环境因素 。
测试标准
根据不同应用领域制定相应的测试标准。
微电子器件可靠性分析
可靠性定义
02
微电子器件的基本结构与 原理
半导体材料基础
半导体材料的分类
元素半导体、化合物半导体、掺 杂半导体等。
半导体的基本性质
导电性、光学特性、热学特性等。
半导体的能带结构
价带、导带、禁带等概念及其对电 子跃迁的影响。
PN结与二极管
PN结的形成
01
扩散、耗尽层、空间电荷区等概念。
二极管的伏安特性
02
性能和热管理技术。
机械可靠性
微电子器件在受到机械 应力时容易发生损坏， 机械可靠性问题不容忽 视。目前，机械可靠性 的研究重点在于提高微 电子器件的抗冲击和抗
振动性能。
电气可靠性
微电子器件在长时间工 作过程中容易出现电迁 移、氧化等问题，影响 其电气性能。目前，电 气可靠性的研究重点在 于提高微电子器件的稳
柔性电子器件
柔性电子器件具有轻薄、可弯曲、可折叠等特点 ，被广泛应用于可穿戴设备、智能家居等领域。 目前，柔性电子器件的研究重点在于提高其稳定 性、可靠性和生产效率。
模拟电子电路及技术基础第四章(ppt)
则当ui在17 V和18 V之间时， 反相电压0.5ui在8.5 V和9 V之 间， 此阶段VDZ截止， 不起稳压作用， uo=［RL/(R+RL)］ ui=0.5ui可变。
3. 晶体管和场效应管 1) 工作状态 晶体管的直流偏置电路中， 首先根据晶体管的类型标出 极电流的实际流向。 发射极直接接地时， 根据基极所接直流 偏置电压源确定基极电压的极性， 继而确定发射结正偏或反 偏， 需要注意NPN型晶体管和PNP型晶体管的发射结方向相 反； 发射极经过电阻接地时， 需要在假设的放大状态下计算 基极电流， 按实际流向， 如果基极电流的计算结果为正值， 则发射结正偏， 否则发射结反偏。 发射结的偏置情况确定后， 接下来的分析参见教材中的图4.1.1进行。 直流偏置电路中， 场效应管工作状态的判断参见教材中的图4.1.2进行， 计算栅 源极电压时需要注意栅极电流为零。
【例4-1】 半导体中载流子通过什么物理过程产生？ 半导体电流与哪些因素有关？
答 本征半导体中的载流子通过本征激发产生。 杂质半 导体中， 多子的绝大部分由掺杂产生， 极少部分由本征激 发产生； 少子则单纯由本征激发产生。
半导体电流分为漂移电流和扩散电流。 漂移电流与电 场强度、 载流子的浓度和迁移率有关， 扩散电流与载流子 沿电流方向单位距离的浓度差即浓度梯度有关。
图4-7 例4-8电路图及传输特性
5) 稳压二极管电路 稳压二极管的工作电流与输入电压、 限流电阻和负载 电阻有关， 工作电流的取值范围确定了上述三个参数的相 互限制关系， 给定其中的一个参数， 则可以由第二个参数 的变化范围确定第三个参数的变化范围。 稳压二极管工作 时加反相电压， 当反相电压不到其稳定电压值时， 稳压二 极管处于截止状态； 只有稳压二极管开路时， 反相电压达 到或超过其稳定电压值， 稳压二极管才进入击穿状态， 提 供稳定电压。
电子科技大学《微电子器件》课件PPT微电子器件(4-4)
由
I Dsat
2
VGS VT
2 可知 ，
IDsat 与 VGS 为线性关系。
测量 MOSFET 在饱和区的 IDsat ~ VGS 关系并绘成直线，其在
横轴上的截距即为 VT ，如下图所示，
I Dsat
I Dsat 2 I Dsat 1
0
斜率 2
VT VGS1VGS2
VGS
3、 1 A 法 类似于测量 PN 结的正向导通电压 VF 或击穿电压 VB ，将 漏极电流达到某一规定值 IDT 时的 VGS 作为阈电压 VT 。
4.4 MOSFET 的亚阈区导电
本节以前的漏极电流公式只适用于 VGS > VT ，并假设当 VGS < VT 时 ID = 0 。但实际上当 VGS < VT 时，MOSFET 仍能 微弱导电，这称为 亚阈区导电。这时的漏极电流称为亚阈电 流，记为 IDsub 。
定义：使硅表面处于本征状态的 VGS 称为 本征电压 ，记为
中，得
I Dsub
Z L
qDn
kT q
CD (S)
qNA
np0
exp
qS
kT
1
exp
qVDS kT
Z L
n
CD
(S
)
kT q
2
exp
2qFP
kT
exp
qS
kT
1
exp
(S )
kT q
2
exp
微电子器件(3-4)-精选文档
消去 VBE ，得：
ICBO qV B C IC IB exp 1 1 1 kT q(V B E V C E) IB ICEO exp 1 kT
I C B O 式中， I ( 1 ) I I C E O C B O C B O 1
正向管与倒向管之间存在一个 互易关系，即：
IE IC S R S
（3-60）
3.4.4 晶体管的输出特性
共基极输出特性：以输入端的 IE 作参变量，输出端的 IC 与 VBC 之间的关系。 E IE N+ P N IC
-
C
B
由共基极直流电流电压方程
VBC + B
q V q V B C B E IE IE e x p 1 IC e x p 1 S R S k T k T q V q V B C B E IC IE e x p 1 IC e x p 1 S S k T k T 消去 VBE ，得：
或 IC E O
1 R IC 1 S
q ( V V ) B E C E I I I e x p 1 C B C E O k T
当 VBC = 0，或 VBE = VCE 时， It; 0 ，或 VBE < VCE ，I C B CEO
在放大区，VBC < 0 ，且当 | V B C
kT | I I 时，I C E CBO q
ICBO 代表发射极开路 ( IE = 0 )、集电结反偏 ( VBC < 0 ) 时的 集电极电流，称为共基极反向截止电流。
X年春季学期微电子器件基础-
间隙杂质 替位杂质
2.1.2 施主杂质、施主能级 以硅晶体掺磷为例：
束缚电子 P
+
磷原子4个价电子分别与周围4个硅原子的1个价电子成共价键， 剩余1个价电子被轻微束缚。束缚能很小，束缚电子容易被激发到 硅导带成为自由电子，磷原子成为正离子。
施主能级只能被任意自旋的一个电子占据，所以简并度为2。
? 硅半导体中磷杂质电离能计算
En
?
?
2
m*ne 4
4?? r ? 0 2 ? 2 n 2
? ? 13.6 mn*
m0?
2 r
n
2
? ? 施主杂质束缚电子电子轨道半径
rn
?
?r?0h2n2 ? mn*e 2
? 0.53?r
m0 mn*
n2
埃
(1) 施主杂质电离能， n ? 1
? ED
? 13 .6 mn? m0
1
?
2 r
? 13.6 ?
? 浅受主、深受主杂质的能带图表示
Ec
Ei
EA E?
浅受主杂质
Ec
Ei
EA E?
深受主杂质
Ec EA
Ei
E?
深受主杂质
例1、 锑化铟禁带宽度0.18eV ，相对介电常数17，电子有效质量 mn* ? 0.01，5 m计0 算：1、施主杂质电离能；2、束缚电子基态轨道半径；
解、
? ? 施主杂质电离能
按类氢原子模型，束缚电子的能量、轨道半径，
束缚电子
En
?
?
m
? n
e
4
8
?
2 0
?
2 r
h
2
n
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B - 常数
晶格振动散射（声子散射）
载流子漂移运动中，受到声子散射，交换能量、动量，其交换 过程遵守准动量守恒和能量守恒。
散射后载流子波矢 k
散射后载流子能量 E
散射角
散射前载流子波矢 k
散射前载流子能量 E
格波波矢 q 格波吸收或发射一个声子 h a
a - 声子频率
能量守恒，
EEha
+ ：载流子吸收声子 - ：载流子发射声子
④ 弹性散射 载流子和晶格不发生能量交换的散射
⑤ 非弹性散射 载流子和晶格交换能量的散射
⑥ 各向同性散射 载流子被散射到各个方向的几率相同
⑦ 各向异性散射 载流子被散射到各个方向的几率不同
⑧ 小角散射 载流子被散射角度较小
⑨ 大角散射 载流子被散射角度较大
4.2.2 半导体载流子的主要散射机理及特性 电离杂质散射
通过半导体截面A的总电流密度，
J J n J p (n qn p qp )E E
nqnpqp —半导体电导率
对N型半导体，n ，p 电导率，
n qnn
对P型半导体，p ，n电导率，
p qpp
对本征半导体，p n ，n电i 导率，
i qni(np)
例1、计算本征半导体硅室温电阻率，设电子迁移率和空穴迁移率分别为 1450cm2/(V.S)和500cm2/(V.S)。掺入百万分之一的As，设杂质全部电离， 计算电阻率，掺杂后的电阻率比本征硅半导体电阻率增加多少倍。
n05 116 02 0251106cm 3
n n 0 q n 5 1 0 1 6 1 . 6 1 0 1 9 1 4 5 0 1 1 . 6 S / c m
n i 3.61 1.16063.2106(倍 ）
例2、 500克硅单晶，掺4.5*10-5克B，设杂质全部电离，求该半导体的电
Zq
正Z价电离施主离子
Zq
负Z价电离受主离子
离子库仑场附加电势，
Vr Zq
40rr
载流子运动到离子附近时，离子库仑场使载流子形成以离子为 焦点的双曲线运动轨迹，
电子
V
施主离子 +
V
空穴
电子
V
空穴
V
受主离子
V V
V V
一定温度下，电离杂质对载流子的散射几率，
Pi BNiT3/2
N i - 电离杂质总浓度
碰撞过程中，载流子吸收或放出的声子波矢值，
q2(kk)24kksin2
2
碰撞前后，载流子能量变化，
EE kE kh a
A、长纵声学波散射（声学声子散射）
膨胀 压缩
膨胀
Ec E
压缩 膨胀
形变势
Ec c
Ec
V V0
E
载流子被长纵声学波准弹性散射，散射前后波矢值近似相等，
k k
碰撞过程中，载流子吸收或放出的声学声子的波矢，
载流子在电场作用下的定向运动称为载流子漂移运动
E 电子 q 空穴 q
I
V
半导体单位体积中载流子的平均漂移速度
设半导体导带电子浓度 n ， 其中第 i 个电子漂移速度，
dei
dxi dt
i1,2,3 n
将导带电子漂移速度分布划分成 de1, de2, deN
n1 n 2 d e 1 d e 2
q 2 (k k )2 4 k k s in 2 4 k 2s in 2
掺硼后的Ｐ型硅电阻率，
1
1
1 .1 cm
pq p 1 .6 1 1 0 9 1 .1 7 110 6500
4.2 半导体载流子散射 4.2.1 载流子散射的定义及描述散射的物理量 定义
在半导体中，破坏因素引起严格周期势场局部变化，使载流子 运动状态（波矢、能量）改变的现象，称为散射或碰撞。
阻率（p500cm 2/，V硅s单晶密度2.33克/cm3,B 原子量10.8)
解、500克硅单晶的体积，
V50 021.64cm 3 2.33
4.51克05硼杂质的原子数，
4.5 10 56.03 10232.5 1018 10.8
单位体积中的硼杂质浓度，
N AV 2.2 5 1 .1 610 4 8 1.1 7 110 6 c m 3
解、
1、室温下，本征硅半导体电导率 i n i q ( n p ) 1 . 5 1 0 1 0 1 . 6 1 0 1 9 1 4 5 0 5 0 0 3 . 6 1 0 6 S / c m
2、掺As后，N型硅半导体的电导率
硅原子密度= 51202 c ，掺m 3杂后导带电子浓度，
V (x) a x
格点粒子
描述载流子散射的物理量
① 平均自由程 — 载流子两次散射之间自由运动路程的平均值 l n ——电子平均自由程 l p ——空穴平均自由程
② 平均自由时间 — 载流子连续两次散射之间时间的平均值 n ——电子平均自由时间 p ——空穴平均自由时间
③ 散射几率P — 单位时间内，一个载流子被散射次数
春季学期微电子器件基础第四 章
4.1 半导体载流子漂移运动、载流子迁移率
均匀导体的欧姆定律及微分形式
导体电阻，
单位：
E
Rl 1 l s s
cm
s/cm
sn x n
s
流过导体的电流强度，
I
V
l
E
RR
l
I
导体中的电流密度
Vபைடு நூலகம்
J
I s
1 s
lE
l
E
s
4.1.1 半导体载流子漂移运动、漂移速度、迁移率、电导率 半导体载流子漂移运动
nN
deN
N
n1n2 nN nj j1
单位体积中导带电子平均漂移速度，
N
de n1
de1n2 de2 nN n1n2 nN
nj dej
deN
j1 N
nj
j1
同理，单位体积中空穴平均漂移速度，
N
dp p1
dp1p2 dp2 pN p1p2 pN
dpN
pj dpj j1
N
pj
j1
载流子迁移率 -- 单位电场作用下，载流子平均漂移速度
导带电子迁移率 n
de E
价带空穴迁移率 p
dp E
单位：cm2/(V.S) 单位：cm2/(V.S)
半导体电导率
单位时间内通过截面A的电子数、空穴数，
n d e （ 1 秒 ） （ s横 截 面 积 ） n d e s
A A
I A
s
de 1
单位时间内通过截面A的电子电流， In qndes
单位时间内通过截面A的电子电流密度，
n
de E
Jn nqde
Jnqn En E
n nqn - 导带电子电导率
单位时间内通过截面A的空穴电流密度，
Jp qpdp
p
dp E
Jqpp Ep E
p qpp - 价带空穴电导率