半导体中的载流子迁移率

# 1. 载流子迁移率的基本概念

## A. 载流子迁移率的定义

载流子迁移率是指在外加电场作用下，半导体中的自由载流子在晶格中的迁移能力。通常用符号μ表示，单位为cm^2/Vs。对于电子（n型材料）来说，迁移率μn表示电子在外加电场作用下的漂移速度；而对于空穴（p型材料）来说，迁移率μp表示空穴在电场作用下的漂移速度。

## B. 载流子迁移率的测量方法

1. Hall效应测量：通过测量材料中的霍尔系数来求得载流子迁移率。
2. 非平衡电子输运法：利用光照射或者电磁脉冲的方式来测量材料中的载流子迁移率。

## C. 载流子迁移率与材料特性的关系

载流子迁移率与材料的禁带宽度、晶格结构、晶体缺陷等密切相关。不同材料具有不同的载流子迁移率，而材料中的杂质、缺陷等也会对载流子迁移率产生影响。

# 2. 影响载流子迁移率的因素

半导体中的载流子迁移率受到多种因素的影响，这些因素包括晶体缺陷、温度和掺杂浓度的变化等。在本章中，我们将详细探讨这些因素对载流子迁移率的影响。

### A. 晶体缺陷对载流子迁移率的影响

晶体缺陷是指在半导体材料中存在的结构缺陷或点缺陷。这些缺陷会影响载流子在半导体中的迁移率，从而影响半导体器件的性能。

晶体缺陷可以分为两类：点缺陷和线缺陷。点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子等。线缺陷则是由晶体中的错配排列而形成的。

晶体缺陷会散射载流子，导致其迁移受限。一些缺陷可能会吸附或俘获载流子，导致它们的迁移受阻。此外，缺陷也会导致局域电场的产生，进一步影响载流子的迁移。

### B. 温度对载流子迁移率的影响

温度是影响载流子迁移率的重要因素之一。通常情况下，随着温度的升高，半导体中载流子的迁移率会减小。

这是因为在较高的温度下，晶体振动会增加，导致与载流子的散射增加。此外，热激发也会使得载流子更容易被晶格中的缺陷散射。

然而，对于某些材料而言，随着温度的升高，载流子的迁移率可能会增加。这是由于在某些材料中，随着温度的升高，晶格的变形也会减小，从而减少了晶格散射对载流子迁移率的影响。

### C. 掺杂浓度对载流子迁移率的影响

掺杂是指向半导体中引入杂质原子，改变半导体的电子特性。掺杂浓度的变化会对载流子迁移率产生影响。

一般来说，掺杂浓度的增加会导致载流子迁移率的减小。这是因为更高的掺杂浓度会增加晶体中的散射中心，进而增加载流子的散射概率。

然而，在某些特殊情况下，随着掺杂浓度的增加，载流子迁移率可能会增加。这是由于在某些材料或器件结构中，高掺杂浓度会改变散射机制，使得载流子迁移的限制因素从散射转变为其他因素。

本章简要介绍了晶体缺陷、温度和掺杂浓度对载流子迁移率的影响。在下一章中，我们将进一步讨论杂质散射和声子散射对载流子迁移率的影响，以及它们在半导体器件中的应用。

# 3. 杂质散射与声子散射对载流子迁移率的影响

载流子迁移率受到杂质散射和声子散射的影响，这些散射过程会影响载流子在半导体中的迁移速率。在本章中，我们将深入探讨这些散射对载流子迁移率的影响。

#### A. 杂质散射对载流子迁移率的影响

1. **定义：** 杂质散射是指半导体晶格中存在的杂质原子与载流子相互作用，导致载流子的运动方向发生改变，从而减小了载流子的迁移率。

2. **影响因素：** 杂质浓度和类型、杂质原子与载流子的碰撞概率等因素会影响杂