1、 第三章 无机材料的电导 一 、 电子迁移率3.3 电子电导电子电导：载流子是电子或空穴电子电导主要发生在导体和半导体中绝对零度下，在理想周期性点阵中，电子运动不受阻力，迁移率无限大周期性电场破坏后，电子运动受阻散射：电子与晶体中的声子、杂质离子、缺陷等发生碰撞的过程。 散射的原因：周期性势场被破坏。周期性势场被破坏的原因：半导体内存在附加势场，这一势场使周期性势场发生变化。附加势场的作用：使能带中的电子在不同 k状态间跃迁，也即原来沿某一个方向以 v(k)运动的电子，附加势场可以使它散射到其它各个方向，以速度 v(k)运动。当金属中有电场时，每个自由电子都因受到电场力的作用而加速，即在无规则
2、的热运动上叠加一个定向运动。自由电子在运动过程中频繁地与晶格碰撞，碰后电子向各个方向运动的几率相等。因此可认为每个电子在相邻两次碰撞间做初速为零匀加速直线运动。大量自由电子的统计平均，就是以平均定向漂移速度 逆着电场线漂移。金属中的自由电子在电场中的运动3.3 电子电导在外电场 E的作用下，金属中的自由电子的加速度： a=eE/m e电子每两次碰撞之间的平均时间 2；松弛时间 ，与晶格缺陷和温度有关，温度越高，晶体缺陷越多电子散射几率越大， 越小；单位时间平均散射次数 1/2 ；电子质量 m e；自由电子的平均速度： v= eE/m e ；自由电子的迁移率： e=v/E= e/m e ；3.3
3、 电子电导金属的经典电子理论3.3 电子电导晶格场中的电子在电场中的运动m*=(h2/42)(d2E/dk2)-1晶格场中的电子迁移率（半导体）：e=v/E=e/m*（ 有效电子 ）电子和空穴的有效质量由材料的性质决定，不同的半导体材料，电子和空穴的有效质量不一样。F m*a=eE0反映散射的强弱，与掺杂浓度和温度有关。金属的量子力学电子理论只有在量子理论基础上建立起来的金属导电理论，才能得到与实验相符的结果。1. 电离杂质的散射2. A 掺杂浓度3. B 温度 +2. 晶格振动的散射 主要散射原因：晶格中的原子在其平衡位置作微振动，引起周期性势场的破坏，原子振动的具体表现形式为声子，晶格振动
4、的散射可以看作声子与电子的碰撞。温度正电中心电子 空穴3.3 电子电导3. 其它因素引起的散射（ 3）载流子之间的散射低温下没有充分电离的中性杂质通过对周期性势场的微扰作用引起散射。一般在低温情况下起作用。在刃型位错处，刃口上的原子共价键不饱和，易于俘获电子成为受主中心，在位错线成为一串负电中心，在其周围由电离了的施主杂质形成一个圆拄体的正空间电荷区 。（ 2）位错散射（ 1）中性杂质的散射3.3 电子电导3.3 电子电导1.本征半导体中的载流子浓度+4 +4+4 +4共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子硅和锗的 共价键 结构共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个
5、电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子 ，常温下束缚电子很难脱离共价键成为 自由电子 ，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为 空穴 。空穴运动相当于正电荷的运动本征半导体的导电机理+4 +4+4 +4自由电子空穴束缚电子当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为 自由电子 。导带底附近的 状态密度 Gc(E)为 :根据 费米 -狄拉克分布函数 ，电子在量子态上存在的 几率 Fe(E)为 :Fe(E)=3.3 电子电导Gc(E)= (E-Ec)1/2 + + +EgEc导带底Ev价带顶- Ef费米能级ne=EcGc(E) Fe(E)dE导带中的电子浓度为 :2/32 )*24hme（p
