1、半導(dǎo)體第五次討論課2013級物理基地劉揚洋若半導(dǎo)體中非平衡載流子若半導(dǎo)體中非平衡載流子濃度不均勻濃度不均勻，同時同時又有又有外外加電場加電場的作用，的作用，載流子要同時載流子要同時做做擴散擴散運動和運動和漂移漂移運運動。動。 半導(dǎo)體總的電流半導(dǎo)體總的電流擴散運動擴散運動漂移運動漂移運動擴散電流擴散電流漂移電流漂移電流1 1、載流子的漂移運動、載流子的漂移運動外加電場，電子漂移電流密度為外加電場，電子漂移電流密度為 空穴漂移電流密度為空穴漂移電流密度為 漂移電流：電子、空穴電流都與漂移電流：電子、空穴電流都與電流方向電流方向一致。一致。 是漂移率，單位電場作用下的漂移速度除了平衡載流子以外，非平

2、衡載流子對漂移電流有貢獻。除了平衡載流子以外，非平衡載流子對漂移電流有貢獻。nn0漂n)(qnnnqJpp0p)(qpppqJ漂 n圖示圖示n n型的型的均勻半導(dǎo)體均勻半導(dǎo)體，x x方向加一均勻電場，表面處光方向加一均勻電場，表面處光注入非平衡載流子。注入非平衡載流子。少數(shù)載流子空穴電流密度為少數(shù)載流子空穴電流密度為 電子電流密度為電子電流密度為 dxpdqDqpJJJppppp擴漂（)(dxndqDqnJJJnnnnn擴漂)()( 通過對非平衡載流子的漂移運動和擴散運動的討通過對非平衡載流子的漂移運動和擴散運動的討論，明顯看出，論，明顯看出，遷移率遷移率是反映載流子在是反映載流子在電場作用電

3、場作用下運下運動難易程度物理量，而動難易程度物理量，而擴散系數(shù)擴散系數(shù)反映存在反映存在濃度梯度濃度梯度時時載流子運動難易程度。載流子運動難易程度。2 2、愛因斯坦關(guān)系、愛因斯坦關(guān)系(n n型半導(dǎo)體為例型半導(dǎo)體為例)2.1 2.1 濃度梯度引起內(nèi)建電場濃度梯度引起內(nèi)建電場l 熱平衡狀態(tài)熱平衡狀態(tài)l 摻雜不均勻的摻雜不均勻的n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體l n n0 0(x)(x)梯度引起擴散電流梯度引起擴散電流l 電中性條件被破壞，引起電中性條件被破壞，引起 內(nèi)建電場。內(nèi)建電場。l 考慮漂移電流考慮漂移電流n=n0(x)電子（空穴）擴散電流密度電子（空穴）擴散電流密度電子（空穴）漂移電流密度電子（空穴）

4、漂移電流密度dxxdpqDJdxxdnqDJppnn)()(00擴擴）（）（pPnnxqpJxqnJ)()(00擴漂）（）（電子（空穴）漂移電流密度電子（空穴）漂移電流密度平衡時，不存在宏觀電流，因此電場的方向必然平衡時，不存在宏觀電流，因此電場的方向必然使反抗擴散電流，是平衡時電子的總電流和空穴的使反抗擴散電流，是平衡時電子的總電流和空穴的總電流分別為總電流分別為0 0。dxxdnDxnnn)()(00(1)0)()(0)()(ppnn擴漂擴漂JJJJJJpn注意注意: : 當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場時，半導(dǎo)體內(nèi)各處電當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場時，半導(dǎo)體內(nèi)各處電勢不相等勢不相等, ,是是x x函數(shù)，寫為

5、函數(shù)，寫為V V( (x x),),則則dxxdV)(2) 在考慮電子能量時，必須計入附加的靜電勢在考慮電子能量時，必須計入附加的靜電勢能能（-qV（x）。）。對于非簡并半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底的能量是變化的對于非簡并半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底的能量是變化的EC(x)=EC(0)+(-q)V(x)電子的濃度電子的濃度(5-121)(exp()(00TkExqVENxnFcc)exp()(00TkEENxnFcc)(exp)(00TkExqVENxncFcdxxdVTkqxndxxdVTkqTkExqVENdxxdncFc)()()()(exp)(00000求導(dǎo)得求導(dǎo)得(3)dxxdVTkqxnDdxxdVxnnn)()()()(000將將(2)(2)， (3) (3)代入代入(1)(1)得到得到qTkDnn0得到得到(5-123)dxxdnDxnnn)()(00非簡并情況下，非簡并情況下，愛因斯坦關(guān)系式：愛因斯坦關(guān)系式：qTkDqTkDnnpp00歸納：歸納：1 1、該關(guān)系適合于平衡，非平衡非簡并情況；、該關(guān)系適合于平衡，非平衡非簡并情況；2 2、非均勻載流子濃度會引起擴散；、非均勻載流子濃度會引起擴散；3 3、