基本內(nèi)容

簡并半導(dǎo)體:當(dāng)雜質(zhì)濃度超過一定數(shù)量后,載流子開始簡并化的現(xiàn)象稱為重?fù)诫s(施主雜質(zhì)或是受主雜質(zhì)的濃度很大),即費(fèi)米能級進(jìn)入了價帶或?qū)У陌雽?dǎo)體。

1、簡并半導(dǎo)體中雜質(zhì)不能充分電離:通過分析計算,室溫下,n型硅摻磷,發(fā)生簡并的磷雜質(zhì)濃度,經(jīng)計算,電離施主濃度,因此硅中只有8.4%的雜質(zhì)是電離的,但摻雜濃度較大,所以電子濃度還是較大。簡并半導(dǎo)體中雜質(zhì)不能充分電離的原因:簡并半導(dǎo)體電子濃度較高,費(fèi)米能級較低摻雜時,遠(yuǎn)在施主能級之上,使雜質(zhì)電離程度降低(參閱§3.4 雜質(zhì)能級上的電子和空穴)

電子-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖

2、雜質(zhì)帶導(dǎo)電:在非簡并半導(dǎo)體中,雜質(zhì)濃度不算很大,雜質(zhì)原子間距離比較遠(yuǎn),它們間的相互作用可以忽略。被雜質(zhì)原子束縛的電子在原子之間沒有共有化運(yùn)動,因此在禁帶中形成孤立的雜質(zhì)能級。但是在重?fù)诫s的簡并半導(dǎo)體中,雜質(zhì)濃度很高,雜質(zhì)原子互相間很靠近,被雜質(zhì)原子束縛的電子的波函數(shù)顯著重疊,雜質(zhì)電子就有可能在雜質(zhì)原子之間產(chǎn)生共有化運(yùn)動,從而使孤立的雜質(zhì)能級擴(kuò)展為能帶,通常稱為雜質(zhì)能帶。雜質(zhì)能帶中的雜質(zhì)電子,可以通過雜質(zhì)原子之間的共有化運(yùn)動參加導(dǎo)電的現(xiàn)象稱為雜質(zhì)帶導(dǎo)電。

3、簡并化條件:簡并化條件是人們的一個約定,把 與 的相對位置作為區(qū)分簡并化與非簡并化的標(biāo)準(zhǔn),一般約定:

Ec-Ef<=0 簡并

0< Ec-Ef<=2KT 弱簡并

Ec-Ef>2KT 非簡并

注意:

半導(dǎo)體發(fā)生簡并對應(yīng)一個溫度范圍:用圖解的方法可以求出半導(dǎo)體發(fā)生簡并時,對應(yīng)一個溫度范圍。這個溫度范圍的大小與發(fā)生簡并時的雜質(zhì)濃度及雜質(zhì)電離能有關(guān):電離能一定時,雜質(zhì)濃度越大,發(fā)生簡并的溫度范圍越大;發(fā)生簡并的雜質(zhì)濃度一定時,雜質(zhì)電離能越小,簡并溫度范圍越大。

1、簡并半導(dǎo)體的載流子濃度:對于n型半導(dǎo)體,施主濃度很高,使費(fèi)米能級接近或進(jìn)入導(dǎo)帶時,導(dǎo)帶底附近底量子態(tài)基本上已被電子占據(jù),導(dǎo)帶中底電子數(shù)目很多的條件不能成立,必須考慮泡利不相容原理的作用。這時,不能再用玻耳茲曼分布函數(shù),必須用費(fèi)米分布函數(shù)來分析導(dǎo)帶中電子的分布問題。這種情況稱為載流子的簡并化。發(fā)生載流子簡并化的半導(dǎo)體稱為基本半導(dǎo)體,對于p型半導(dǎo)體,其費(fèi)米能級接近價帶頂或進(jìn)入價帶,也必須用費(fèi)米分布函數(shù)來分析價帶中空穴的分布問題。

2、簡并時的雜質(zhì)濃度:對n型半導(dǎo)體,半導(dǎo)體發(fā)生簡并時,摻雜濃度接近或大于導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度;對于雜質(zhì)電離能小的雜質(zhì),則雜質(zhì)濃度較小時就會發(fā)生簡并。對于p型半導(dǎo)體,發(fā)生簡并的受主濃度接近或大于價帶頂有效狀態(tài)密度,如果受主電離能較小,受主濃度較小時就會發(fā)生簡并。

對于不同種類的半導(dǎo)體,因?qū)У子行顟B(tài)密度和價帶頂有效密度各不相同。一般規(guī)律是有效狀態(tài)密度小的材料,其發(fā)生簡并的雜質(zhì)濃度較小。

3.一般價錢比較貴。