载流子漂移运动
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5.1载流子的漂移运动
迁移率
声子散射和电离杂质散射
当温度高于绝对零度时，半导体中的原子由于具有一定的热 能而在其晶格位置上做无规则热振动，破坏了势函数，导致载 流子电子、空穴、与振动的晶格原子发生相互作用。这种晶格 散射称为声子散射。
L T n
(5.15)
半导体中掺入杂质原子可以控制或改变半导体的性质，室温下 杂质电离，在电子或空穴与电离杂质之间存在的库仑作用会引起 他们之间的碰撞或散射，这种散射机制称为电离杂质散射。
5.1载流子的漂移运动
迁移率
空穴迁移率
电子迁移率
p
vdp E
=
e cp m
* p
(5.13)
vdn e cn n = * E mn
(5.14)
载流子的散射：
所谓自由载流子，实际上只有在两次散射之间才真正 是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路 程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。
第5章
载流子输运现象
xxm
1
载流子运动的四种驱动方式：
漂移运动——电场驱动 扩散运动——浓度场驱动
霍尔效应——磁场转动 塞贝克效应——温差场驱动
2
5.1载wk.baidu.com子的漂移运动
电场方向作定向运动。
漂移电流密度
•漂移运动：在外场|E|的作用下，半导体中载流子要逆(顺)
F m a eE
* p
空穴的速度是否会持续增大？
•平均漂移速度：定向运动速度称为漂移速度，它大小不
一，取其平均值。 若密度为ρ 的正体积电荷以平均漂移速度 d 运动，则形成的 漂移电流密度为 J drf d 单位：C/cm2s或A/cm2
空穴形成的漂移电流密度
υd
J P drf epdp (5.2)
e单位电荷电量；p：空穴的数量；vdp, 为空穴的平均漂移速度。 3
σ 表示半导体材料的电导率，单 位为(Ω cm)-1。电导率是载流子浓度 和迁移率的函数。
设p型半导体掺杂浓度为Na,Na>>ni，则电导率为：
ep p eN a p
12
13
5.1载流子的漂移运动
Nd=1015cm-3
电导率
14
半导体的电阻特性
（红线区－电阻：阻碍运输） 对于本征半导体，本征激发 起决定性因素，所以T升高， 电阻下降； 对于杂质半导体，在温度很 低时，本征电离可忽略，T升 高，杂质电离的载流子越来 越多，电阻下降； 进入室温区，杂质已经全部 电离，而本征激发还不重要， T升高，晶格震动散射加剧， 电阻升高； 高温区，本征激发起主要作 用，T升高，本征激发明显， 电阻下降。
T 3 2 I NI
(5.16)
N I Nd Na 9
1 1 1 (5.18) L I
5.1载流子的漂移运动
迁移率
10
5.1载流子的漂移运动
迁移率
11
5.1载流子的漂移运动
电导率: 电阻的倒数
5.1.3电导率
欧姆定律
欧姆定律的微分形式：
1 J E ep p enn
dv F m eE dt
* p
(5.10)
eEt 设初始漂移速度为0，则对上式积分：v * mp
6
(5.11)
5.1载流子的漂移运动
迁移率
E (5.12a)
电场对载流子的作用
令τ cp表示两次碰撞 之间的平均时间：
vd peak
e cp * m p
7
5.1载流子的漂移运动
dp p E
(5.4)
漂移电流密度
弱电场条件下，平均漂移速度与电场强度成正比，有 μ p称为空穴迁移率。单位cm2/Vs 空穴漂移电流方向与外 加电场方向相同。
J P drf ep p E (5.5)
同理，可求得电子形成的漂移电流密度
J n drf endn en n E enn E
总漂移电流密度：
(5.8)
J drf ep p E enn E (5.9)
4
5.1载流子的漂移运动
漂移电流密度
迁移率的值
5
5.1载流子的漂移运动
5.1.2迁移率
迁移率 dp p E
(5.4) μ p称为空穴迁移率。单位cm2/Vs
迁移率如何计算，它与什么物理量有关？ 空穴的加速度与外力如 电场力之间的关系：
15
5.1载流子的漂移运动
5.1.4饱和速度
载流子的运动速度不再随电场增加而增加
16
5.1载流子的漂移运动
饱和速度
低能谷中的电子有效质量 mn*=0.067m0。有效质量 越小，迁移率就越大。随 着电场强度的增加，低能 谷电子能量也相应增加， 并可能被散射到高能谷中， 有效质量变为0.55m0。高 能谷中，有效质量变大， 迁移率变小。这种多能谷 间的散射机构导致电子的 平均漂移速度随电场增加 而减小，从而出现负微分 迁移率特性。
17
Thanks for listening
END
18
5.1载流子的漂移运动
迁移率
声子散射和电离杂质散射
当温度高于绝对零度时，半导体中的原子由于具有一定的热 能而在其晶格位置上做无规则热振动，破坏了势函数，导致载 流子电子、空穴、与振动的晶格原子发生相互作用。这种晶格 散射称为声子散射。
L T n
(5.15)
半导体中掺入杂质原子可以控制或改变半导体的性质，室温下 杂质电离，在电子或空穴与电离杂质之间存在的库仑作用会引起 他们之间的碰撞或散射，这种散射机制称为电离杂质散射。
5.1载流子的漂移运动
迁移率
空穴迁移率
电子迁移率
p
vdp E
=
e cp m
* p
(5.13)
vdn e cn n = * E mn
(5.14)
载流子的散射：
所谓自由载流子，实际上只有在两次散射之间才真正 是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路 程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。
第5章
载流子输运现象
xxm
1
载流子运动的四种驱动方式：
漂移运动——电场驱动 扩散运动——浓度场驱动
霍尔效应——磁场转动 塞贝克效应——温差场驱动
2
5.1载wk.baidu.com子的漂移运动
电场方向作定向运动。
漂移电流密度
•漂移运动：在外场|E|的作用下，半导体中载流子要逆(顺)
F m a eE
* p
空穴的速度是否会持续增大？
•平均漂移速度：定向运动速度称为漂移速度，它大小不
一，取其平均值。 若密度为ρ 的正体积电荷以平均漂移速度 d 运动，则形成的 漂移电流密度为 J drf d 单位：C/cm2s或A/cm2
空穴形成的漂移电流密度
υd
J P drf epdp (5.2)
e单位电荷电量；p：空穴的数量；vdp, 为空穴的平均漂移速度。 3
σ 表示半导体材料的电导率，单 位为(Ω cm)-1。电导率是载流子浓度 和迁移率的函数。
设p型半导体掺杂浓度为Na,Na>>ni，则电导率为：
ep p eN a p
12
13
5.1载流子的漂移运动
Nd=1015cm-3
电导率
14
半导体的电阻特性
（红线区－电阻：阻碍运输） 对于本征半导体，本征激发 起决定性因素，所以T升高， 电阻下降； 对于杂质半导体，在温度很 低时，本征电离可忽略，T升 高，杂质电离的载流子越来 越多，电阻下降； 进入室温区，杂质已经全部 电离，而本征激发还不重要， T升高，晶格震动散射加剧， 电阻升高； 高温区，本征激发起主要作 用，T升高，本征激发明显， 电阻下降。
T 3 2 I NI
(5.16)
N I Nd Na 9
1 1 1 (5.18) L I
5.1载流子的漂移运动
迁移率
10
5.1载流子的漂移运动
迁移率
11
5.1载流子的漂移运动
电导率: 电阻的倒数
5.1.3电导率
欧姆定律
欧姆定律的微分形式：
1 J E ep p enn
dv F m eE dt
* p
(5.10)
eEt 设初始漂移速度为0，则对上式积分：v * mp
6
(5.11)
5.1载流子的漂移运动
迁移率
E (5.12a)
电场对载流子的作用
令τ cp表示两次碰撞 之间的平均时间：
vd peak
e cp * m p
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5.1载流子的漂移运动
dp p E
(5.4)
漂移电流密度
弱电场条件下，平均漂移速度与电场强度成正比，有 μ p称为空穴迁移率。单位cm2/Vs 空穴漂移电流方向与外 加电场方向相同。
J P drf ep p E (5.5)
同理，可求得电子形成的漂移电流密度
J n drf endn en n E enn E
总漂移电流密度：
(5.8)
J drf ep p E enn E (5.9)
4
5.1载流子的漂移运动
漂移电流密度
迁移率的值
5
5.1载流子的漂移运动
5.1.2迁移率
迁移率 dp p E
(5.4) μ p称为空穴迁移率。单位cm2/Vs
迁移率如何计算，它与什么物理量有关？ 空穴的加速度与外力如 电场力之间的关系：
15
5.1载流子的漂移运动
5.1.4饱和速度
载流子的运动速度不再随电场增加而增加
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5.1载流子的漂移运动
饱和速度
低能谷中的电子有效质量 mn*=0.067m0。有效质量 越小，迁移率就越大。随 着电场强度的增加，低能 谷电子能量也相应增加， 并可能被散射到高能谷中， 有效质量变为0.55m0。高 能谷中，有效质量变大， 迁移率变小。这种多能谷 间的散射机构导致电子的 平均漂移速度随电场增加 而减小，从而出现负微分 迁移率特性。
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