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cos60

木虫 (著名写手)

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[交流] 【求助】发金币求助，关于简并半导体的一个问题

遇到一个基本的物理概念问题，什么是简并半导体？教科书上说，以n型半导体为例，重掺杂情况下，大量电子进入导带底，使得导带底的电子气成为简并，费米能级深入导带。我的问题是，如果掺入的杂质在半导体中的能级是深能级，在重掺杂情况下，电子浓度仍然很低，此时半导体是简并的吗？
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1楼 2009-06-04 00:16:51

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wxyuer

木虫 (正式写手)

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引自百度知道，望参考！
1、简并半导体的载流子浓度：对于n型半导体，施主浓度很高，使费米能级接近或进入导带时，导带底附近底量子态基本上已被电子占据，导带中底电子书目很多，的条件不能成立，必须考虑泡利不相容原理的作用。这时，不能再用玻耳兹曼分布函数，必须用费米分布函数来分析导带中电子的分布问题。这种情况称为载流子的简并化。发生载流子简并化的半导体称为基本半导体，对于p型半导体，其费米能级接近价带顶或进入价带，也必须用费米分布函数来分析价带中空穴的分布问题。
2、简并时的杂质浓度：对n型半导体，半导体发生简并时，掺杂浓度接近或大于导带底有效状态密度；对于杂质电离能小的杂质，则杂质浓度较小时就会发生简并。对于p型半导体，发生简并的受主浓度接近或大于价带顶有效状态密度，如果受主电离能较小，受主浓度较小时就会发生简并。
对于不同种类的半导体，因导带底有效状态密度和价带顶有效密度各不相同。一般规律是有效状态密度小的材料，其发生简并的杂质浓度较小。
课程难点：半导体发生简并对应一个温度范围：用图解的方法可以求出半导体发生简并时，对应一个温度范围。这个温度范围的大小与发生简并时的杂质浓度及杂质电离能有关：电离能一定时，杂质浓度越大，发生简并的温度范围越大；发生简并的杂质浓度一定时，杂质电离能越小，简并温度范围越大。
基本概念：
1、简并半导体中杂质不能充分电离：通过分析计算，室温下，n型硅掺磷，发生简并的磷杂质浓度，经计算，电离施主浓度，因此硅中只有8.4％的杂质是电离的，故导带电子浓度。尽管只有8.4％的杂质电离，但掺杂浓度较大，所以电子浓度还是较大。简并半导体中杂质不能充分电离的原因：简并半导体电子浓度较高，费米能级较低掺杂时，远在施主能级之上，使杂质电离程度降低（参阅§3.4 杂质能级上的电子和空穴）
2、杂质带导电：在非简并半导体中，杂质浓度不算很大，杂质原子间距离比较远，它们间的相互作用可以忽略。被杂质原子束缚的电子在原子之间没有共有化运动，因此在禁带中形成孤立的杂质能级。但是在重掺杂的简并半导体中，杂质浓度很高，杂质原子互相间很靠近，被杂质原子束缚的电子的波函数显著重叠，杂质电子就有可能在杂质原子之间产生共有化运动，从而使孤立的杂质能级扩展为能带，通常称为杂质能带。杂质能带中的杂质电子，可以通过杂质原子之间的共有化运动参加导电的现象称为杂质带导电。
3、简并化条件：简并化条件是人们的一个约定，把与的相对位置作为区分简并化与非简并化的标准，一般约定：
, 非简并
，弱简并
，简并