分析半導體主要的散射機構

時間 2021-06-06 10:48:46

1樓:李佰卓

我簡單介紹一下聲子散射。

當晶體中的載流子運動時,即會遭受到熱振動原子的散射(靜止原子並不散射載流子),它們交換能量將以ωq為單元進行,若電子從晶格振動獲得ωq能量,就稱為吸收乙個聲子;若電子交給晶格ωq能量,就稱為發射乙個聲子。這種作用可採用載流子與聲子的散射來描述,即稱為聲子散射。

系統中聲子的數目與溫度有關:因為溫度越高,晶格振動就越劇烈,其能量量子數目就越多,即聲子數也就越多。因此隨著溫度的上公升,聲子散射載流子的作用也就越顯著。

在室溫下、或者更高的溫度下,半導體中的載流子主要是遭受到聲子的散射(只有在很低的溫度下才是以電離雜質中心的散射為主)。所以,溫度越高,載流子遭受到聲子散射的機率就越大,從而遷移率和擴散係數也就越小。一般,在室溫下,由於聲子散射的緣故,半導體載流子遷移率隨著溫度T的公升高而T-3/2式地下降。

至於晶體中聲子之間的相互作用,如果聲子的動量沒有發生變化,而是兩個聲子碰撞而產生第三個聲子的過程,就常常簡稱為正規碰撞(散射)過程(normal process)或者N過程。因為正規碰撞過程只改變動量的分布,而不影響熱流的方向,故對熱阻沒有貢獻。

如果聲子的動量發生了變化,正如右圖的U-Process所示:

其中,G是反格仔向量,值為2π/a;K1和K2兩個聲子碰撞所產生的第三聲子的動量已經超越了第一布里淵區(圖中的灰色方框代表了第一布里淵區的範圍)。第一布里淵區里包含著所有可能單獨存在的聲子的波向量的可能值。但是在這個過程中,能量是守恆的,也就是說。

這種聲子散射機制隨著溫度的公升高而不斷加強,也這是導致矽材料熱導率從25K是的5500W/m·K下降到300K時148W/m·K的主要原因。

2樓:

載流子的散射指載流子在半導體中運動時,便會不斷與熱振動著的晶格原子或電離了的雜質原子發生作用,碰撞後載流子的速度的大小和方向發生改變。根本原因是週期性勢場的被破壞。

主要散射機構:

1.電離雜質散射:載流子和電離雜質原子間的相互作用,散射概率P∝NiT∧(-3/2),其中Ni=Na+Nd

2.晶格振動散射(聲子散射)聲子是一中非真實的準粒子,用來描述晶體原子熱運動--晶格振動規律的一種能量量子,能量為hwa,當晶體中的載流子運動時,會與熱振動的晶格原子之間相互作用,吸收或發射聲子。

3.谷間散射:對多能谷半導體電子可以從乙個極值附近散射到另乙個極值附近。準動量變化。有g散射,f散射。

4.中性雜質散射:低溫下雜質沒有充分電離,沒有電離的雜質呈中性,這種中性雜質對週期性勢場有一定微擾作用。

5.位錯散射

6.合金散射(混合晶體所特有)

ps:剛考完研,只會這麼多。

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