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
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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
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