1.1 半导体材料的基本特性——半导体的电学性质

二、半导体的电学性质1载流子的漂移运动及电导率 2电导率的主要影响因素 载流子浓度 载流子散射 电阻率和温度的关系

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1.载流子的漂移运动及电导率

欧姆定律

V R I

R是比例系数，称为导体的电阻，单位为欧姆(Ω)

电阻的大小不仅与导体的电性能有关，还与导体的面积S、长度L有关。

l R Sρ称为电阻率，单位为(Ω·cm)hm44@http://www.77cn.com.cn2

电流密度

电流密度是指通过垂直于电流方向的单位面积的电流:

I J s

V E L

均匀导体，电流密度:

电场强度:

I J s

V E l 欧姆定律的微分形式:

J Ehm44@http://www.77cn.com.cn3

迁移率

假设电子平均速度为vd,电子浓度为n,电流密度为: J nq d 平均速度和电场强度成正比： d E 电流密度： J nq E 电导率 nq 称为电子迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度。hm44@http://www.77cn.com.cn4

电导率

电子的电导率

nq nn是电子浓度， n是电子的迁移率 空穴的电导率

pq pp是空穴浓度， p是空穴的迁移率

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本征与杂质半导体的电导率

本征半导体，n=p

nq n pq p nq( n p ) N型半导体，n>>p

nq n pq p nq n P型半导体，n<<p

nq n pq p pq phm44@http://www.77cn.com.cn6

2.电导率的主要影响因素 nq

载流子浓度n 本征半导体的载流子浓度仅与温度有关； 杂质半导体的载流子浓度由掺杂浓度和温度共同决定。 AB:T↑导致电离杂质浓度增加，n随T升高而增加； BC:杂质全部电离，本征激发很弱，n几乎不随T变化而变化； C后：本征激发随T↑越来越强烈，n随T升高而增加。

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载流子迁移率 载流子在电场作用下的加速运动； 载流子所受到的各种散射作用；二者平衡时，载流子获得了不变的定向漂移速度。弛豫时间 ——载流子受到两次散射的平均时间间隔：_

e 因此载流子的迁移率为： * m载流子所受散射： 电离杂质的卢瑟福散射 晶格振动的散射

e E m* v

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电阻率和温度的关系

半导体的电阻率受载流子浓度和载流子散射的影响。 本征半导体中不存在电离杂质的散射，载流子浓度仅由本征激发决定。温度升高时，本征激发加剧，载流子浓度迅速增加，因此电阻率随温度升高而单调下降。 杂质半导体中的情况较为复杂： AB:本征激发较弱，散射概率也较小，载流子浓度主要由杂质电离提供，因此电阻率随温度升高有所降低； BC:

杂质基本电离，本征激发仍较弱，流子浓度几乎不变，载流子散射增加，因此电阻率随温度升高而增加; C后:本征激发越来越强，载流子浓度增加，且成为控制电阻率的主要因素，因此电阻率随温度升高而降低.

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半导体热敏电阻

PTC(正温度系数)热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻

CPU插槽下的热敏电阻

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