文本内容:
饱和电离区的载流子浓度电子器件的正常工作大多在饱和电离区,温度太低或太高都可能使器件不能正常工作温度太低,载流子浓度随温度变化很大且浓度太低,电阻率较高而且随温度变化很大,因此器件工作不稳定,而且无法形成明确的p-n结温度太高,本征激发掩盖了杂质电离,载流子浓度随温度变化也很大,电阻率很低而且温度的变化也很大由于绝大部分的电子器件是以二极管或三极管为基本工作单元的,所以温度太高或太低都会使p-n结消逝,性能不稳定使得器件无法实现原来设计的功能因此要使器件稳定牢靠地工作,一般要使器件工作在载流子随温度变化不大且浓度较高的饱和电离区以下我们以n型半导体为例来大致看一下饱和电离区的范围在饱和电离区及本征激发区得交界处,杂质已经全部电离,假定本征激发可以忽视的条件为则I殳1河口2(记N”EF77Tg
2.5x1020dn--3/2e2kTm2300可见交界处的温度与禁带宽度、有效质量及掺杂浓度等有关一般禁带宽度及有效质量由材料本身性质打算,所以对某一特定的材料,其饱和电离区与本征激发区交界处的温度主要由掺杂浓度打算对错、硅,掺杂浓度与交界处温度的关系见下表不难看出,硅的禁带宽度较错的大,本征激发不简洁,所以饱和电离区的上限温度较高这样器件的工作温度也较高这是硅材料比错材料更适合做电子器件的缘由之一硅材料比楮还有其他优点,例如二氧化硅的性能特别稳定,有钝化及爱护等作用,所以目前大多数器件都用硅制备可以想象,禁带宽度比硅更大的化合物半导体的工作温度更高假如温度太低,则半导体材料中的施主或受主杂质不能完全电离这样器件中的p-n结也不能正常工作因此大多数电子器件一般也不能在很低的温度下工作假如我们以〃:
0.9N”或p
0.9N”为条件,则同样可以得到器件可正常工作的温度下限与工作温度上限相反,不同禁带宽度的材料的饱和电离区的下限差别不大下面我们以n型半导体材料为例进行简洁的分析我们假定〃之
0.9乂时为饱和电离,对于接近杂志饱和电离的区域,本征激发可以忽视,因此导带上的电子全部来自于杂质能级的电离,所以〃
20.9N”即要求m=—1+ekT由此可得导=—攵Tln9把昂带入〃=N1-纥一昂I得饱和电离区的下限应满意N_一场f-一(灯>09^NE-E或In一一工可见,对于饱和电离区的下限,与材料的禁带宽度没有直接的关
0.81N”kT系,主要与杂质的电离能有关下表是硅在各种掺杂浓度下饱和电离区的下限,计算时假定电子的有效质量等于空穴的有效质量由上表可知,对于硅材料,下限一般不是一个制约器件正常工作的因素两个因素限制了半导体材料中的掺杂浓度一是掺杂剂在半导体材料中有确定的固溶度限制了某种杂志在半导体中的浓度其次个因素是电离率,假如掺杂浓度太高,则不能保证100%的杂志都能电离掺杂浓度上限温度Si
1.12eV上限温度Ge
0.67eV14140101518055162601201735019018500310掺杂浓度141516171819饱和电离区下限K47577192129203。