半导体 (Semiconductor)(二)

作者: 分类: C省生活 发布于:2020-06-20 223次浏览 83条评论

费米能阶
半导体 (Semiconductor)(二)

在某一温度下,那一个能阶电子佔据的机率,遵守电子遵守的费米-狄拉克统计 半导体 (Semiconductor)(二) 。费米-狄拉克统计分布与温度有关,我们也定义出费米能量或者费米能阶,来描述电子在不同能量下分布的情形。在绝对零度下,电子从最低能量开始一直到所能 具有的最大能量,这个最大能量称为费米能量或者费米能阶,也就是说在绝对零度时,费米能阶以下的能量均有电子佔据,费米能阶以下每个能态电子存在的机率为 1,反过来说费米能阶以上的能量,电子佔据的机率为0。在高温时,费米能阶被电子佔据的机率下落到了0.5。

电子能量分布与温度的相关性,解释了为什幺半导体的传导与温度有很强关连,因此在低温下,半导体只有少量可利用的自由电子和电洞来进行工作。

载子能量-动量分布关係

在先前的描述,我们为了简化忽略了一个很重要的关係:载子(电子与电洞)能量与动量的关係。在同一能带内的能阶的宽度,取决于电子的波向量,或者称为k向量(k-vector)。在量子力学中,k向量代表电子的动量。

能量动量分布关係决定电子与电洞在半导体中的有效质量m *,
半导体 (Semiconductor)(二)

载子的有效质量是重要的,因为它会影响许多半导体的电性质,例如电子或电洞的迁移率,而迁移率是载子在半导体中扩散和传导很重要的参数。

普遍上来看,电子和电洞的有效质量是不同的。这使得P通道和N通道的场效电晶体表现不同(Muller& Kamins 1986:427)。

价带的最高位置和传导带的最低位置,也许不在相同的k值上。具有这个情况的材料,例如硅和锗,我们称为间接能隙材料(indirect bandgap material)。但如果价带的最高位置和传导带的最低位置是在相同的k值上,例如砷化镓,我们称为这种材料为直接能隙材料(direct bandgap material)。在光电性质方面直接能隙材料比间接能隙材料更有效能。

半导体 (Semiconductor)(二)

载子的产生与复合

当游离辐射打在半导体上,可能会激发一个电子从价带跳到传导带,而在价带留下一个空位,先前我们已用电洞模型来解释这个空位。这个过程我们称为电子-电洞对 (electron-hole pair)的产生。在微观的角度看,也就是晶体吸收辐射能断键,所产生的电子-电洞对。在缺乏任何外来能源的状况下,温度所提供的热能,也能产生电子-电洞对。

成对的电子电洞也可以再复合。而就能量守恆的角度来看,在此一个电子与电洞复合,所失去的能量大于能隙的能量,所以在幅射能(以光子photon的形式)的发射上也伴随着热能(以声子phonon的形式)的发射。
在稳定状态中,电子电洞的生成和复合是互相成平衡的。 在定温,平衡状态下成对电子电洞的数量,是由量子统计力学决定。载子的生成和复合,是量子力学根据能量守恆和动量守恆定律来决定。

电子和电洞相遇的机率,当然跟电子与电洞产生的数量成正比,在定温下电子电洞的生成与复合近乎是固定的。故电子电动产生的数目是温度的函数,大约是 半导体 (Semiconductor)(二)

k是波兹曼常数,而T是绝对温度。

相关文章:半导体(三)
资料来源: http://en.wikipedia.org/wiki/semiconductor

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