半导体物理负微分迁移率课件.ppt

前节要点各种散射机构及其对迁移率的影响1 1）电离杂质散射）电离杂质散射）电离杂质散射）电离杂质散射2 2）晶格振动散射（声学波）晶格振动散射（声学波）晶格振动散射（声学波）晶格振动散射（声学波）迁移率随掺杂浓度及温度的变化迁移率随掺杂浓度及温度的变化第1页，共14页1、不同掺杂浓度下迁移率随温度的变化、不同掺杂浓度下迁移率随温度的变化第2页，共14页2、固定温度下迁移率随掺杂浓度的变化、固定温度下迁移率随掺杂浓度的变化第3页，共14页3 3、综合考虑晶格振动和电离杂质散射的经验公式、综合考虑晶格振动和电离杂质散射的经验公式、综合考虑晶格振动和电离杂质散射的经验公式、综合考虑晶格振动和电离杂质散射的经验公式 0n,p(cm2/V s)1n,p(cm2/V s)Nn,p(1017cm-2)n,p n,pSi92,521268,4531.3,1.90.91,0.96-2.42,-2.26H-SiC20,5380,704.5,1000.45,0.5-3,-3 0n,p(cm2/V s)92,47.755.24,49.771.12,49.792,6565,47.7Nn,p(1017cm-2)1.3,0.631.07,1.611.06,1.611.3,2.40.85,0.63 n,p0.91,0.760.733,0.70.729,0.50.91,0.610.72,0.76300K,Si300K,Si第4页，共14页。

三、电阻率和杂质浓度的关系三、电阻率和杂质浓度的关系特征与问题：特征与问题：1）低浓度区）低浓度区2）中等浓度区）中等浓度区3）高浓度区）高浓度区4）杂质有别）杂质有别第5页，共14页2 52 52 25 5p型（硼）型（硼）n型（磷）型（磷）第6页，共14页四、电阻率随温度的变化四、电阻率随温度的变化T ABDC第7页，共14页2.7 强电场中的载流子输运强电场中的载流子输运 2.7.1 2.7.1 强电场效应强电场效应强电场效应强电场效应对欧姆定律的偏离对欧姆定律的偏离 在在103V/cm以下的电场中，一般半导体的电流密度与电场强度的以下的电场中，一般半导体的电流密度与电场强度的关系服从欧姆定律，即关系服从欧姆定律，即 J=E E，电导率率为常数，其大小与，电导率率为常数，其大小与电场无关但是，当电场强度增强到电场无关但是，当电场强度增强到103V/cm以上时，实验发以上时，实验发现，现，J与与E E的关系将偏离线性，电导率不再是常数的关系将偏离线性，电导率不再是常数电导率随电场变化有两种可能：电导率随电场变化有两种可能：1、迁移率随电场变化；、迁移率随电场变化；2、载流子密度随电场变化。

载流子密度一般要在电场增强、载流子密度随电场变化载流子密度一般要在电场增强到到105V/cm左右才会随电场而改变，左右才会随电场而改变，因而变化的是迁移率因而变化的是迁移率因而变化的是迁移率因而变化的是迁移率第8页，共14页1、速度饱和效应、速度饱和效应 2、负微分迁移率效应、负微分迁移率效应 临界雪崩击穿电场临界雪崩击穿电场SiGaAsSiC3106 V/cm第9页，共14页2.7.2 2.7.2 热电子与速度饱和热电子与速度饱和热电子与速度饱和热电子与速度饱和利用利用和和将将电电子迁移率表示成子迁移率表示成电电子温度的函数：子温度的函数：当当当当T Te eT Tl l，则，则，则，则 0 0；若强电场使；若强电场使；若强电场使；若强电场使 T Te e T Tl l，则，则，则，则 0 01 1、载流子、载流子、载流子、载流子的温度与迁移率的温度与迁移率的温度与迁移率的温度与迁移率 载流子通过吸收和发射声子与晶格交换能量，无电场时二者处于热平衡状态，载流子通过吸收和发射声子与晶格交换能量，无电场时二者处于热平衡状态，其温度与晶格温度相等在有电场时，载流子直接从电场获取能量而有可能其温度与晶格温度相等。

在有电场时，载流子直接从电场获取能量而有可能温度高于晶格成为热载流子温度高于晶格成为热载流子第10页，共14页2、热载流子效应、热载流子效应强电场使电子平均速度升高，电离杂质对热载流子的散射作用减弱，强电场使电子平均速度升高，电离杂质对热载流子的散射作用减弱，而晶格振动的散射作用增强而晶格振动的散射作用增强对发射声学声子的晶格散射，电子温度与晶格温度之比对发射声学声子的晶格散射，电子温度与晶格温度之比同外加电场的关系为同外加电场的关系为 1 1）声学波的散射）声学波的散射）声学波的散射）声学波的散射 式中，式中，u表示格波的传播速度对声学波，其大小在表示格波的传播速度对声学波，其大小在105 106 cm/s 数量级譬如，数量级譬如，300K时硅的纵声学波传播速度时硅的纵声学波传播速度约为约为1.66106 cm/s，对锗约为，对锗约为5.4105 cm/s第11页，共14页这样这样，漂移速度与，漂移速度与电场电场的关系即的关系即变变成成 当漂移速度远小于声速，即当漂移速度远小于声速，即 0|E|/u 1时时，Te/Tl 1，0这时迁移率同外加电场的相应关系为迁移率同外加电场的相应关系为迁移率同外加电场的相应关系为迁移率同外加电场的相应关系为 第12页，共14页。

2）光学波的散射）光学波的散射电子在单位时间内通过发射光学声子而损失的能量电子在单位时间内通过发射光学声子而损失的能量稳态下，单位时间内电子损失的能量与从电场获取的能量相等稳态下，单位时间内电子损失的能量与从电场获取的能量相等 将将将将 d d 改记为改记为改记为改记为 satsat，是因为它不随电场变化的饱和特性，是因为它不随电场变化的饱和特性，是因为它不随电场变化的饱和特性，是因为它不随电场变化的饱和特性将将 d=q E/m*代入上式，即可得代入上式，即可得 当电场足够强，电子在单位时间内从电场获取的能量高到需要当电场足够强，电子在单位时间内从电场获取的能量高到需要通过发射光学声子才能与晶格交换能量时通过发射光学声子才能与晶格交换能量时，第13页，共14页作业：2-15,16 第14页，共14页。