半导体的掺杂与电阻率详解

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admin

1. 电阻率公式解析

电阻率(ρ)的通用公式为:

n:载流子浓度(单位:)

对于N型半导体:(施主杂质浓度);

对于P型半导体:(受主杂质浓度)。

q:电子电荷量()。

μ:载流子迁移率(单位:),反映载流子运动速度。

2. 不同掺杂浓度下的电阻率

(1)低掺杂()

载流子浓度:​(杂质完全电离)。

迁移率:​(晶格散射主导,迁移率较高)。

电阻率公式:

结论:电阻率随​增加而单调下降(因n增加)。

(2)高掺杂()

载流子浓度:​​(部分杂质未电离,)。

迁移率:​(杂质散射增强,迁移率下降)。

电阻率行为:

虽然​增加,但n增长放缓,且μ显著下降,导致电阻率下降趋势变缓,甚至可能略微回升。

3. 本征半导体 vs 杂质半导体电阻率

特性本征半导体N型/P型半导体载流子来源热激发()杂质电离(或​)载流子浓度极低由掺杂浓度决定迁移率较高(仅受晶格散射影响)高掺杂时受杂质散射影响显著下降电阻率最高

更低(因载流子浓度大幅提升)

4. 关键结论

本征半导体:

电阻率极高,仅依赖热激发载流子,适用于高阻器件(如传感器)。

杂质半导体:

电阻率可通过掺杂精确调控,N型/P型分别以电子/空穴主导导电。

低掺杂时电阻率与掺杂浓度成反比,高掺杂时迁移率下降成为限制因素。

通过调控掺杂,半导体电阻率可从绝缘体级(本征)跨越到导体级(重掺杂),这是半导体器件设计的核心基础!