Lecture Electrical Engineering: Lecture 4 - Dr. Nasim Zafar

In this chapter, you will learn about: Thermal generation/excitation, optical generation/excitation, particle bombardment and other external sources.

Dr. Nasim Zafar Electronics 1 EEE 231 – BS Electrical Engineering

Fall Semester – 2012

COMSATS Institute of Information Technology

Virtual campus Islamabad

  Introduction: 

3 Nasim Zafar

The  carrier  transport  or  the  mechanisms  which  cause  charges to move in semiconductors  can be classified into two  categories.  Both  these  mechanisms  will  be  discuss  in  this  lecture. 

Introduction:

4 Nasim Zafar

5 Nasim Zafar

L

V E

6 Nasim Zafar

7 Nasim Zafar

Ø For free charge carriers the thermal energy and the thermal  velocity is given by:

Ø If an electric field, Ex, is applied along the x­direction to the 

Si sample, each electron will experience a net force ­qEx  from 

     the field, given by:

Ø This force may be insufficient to alter, appreciably, the 

random thermal motion of an individual electron, however,  there is a  net motion  of the group in the x­direction.

Ø When electrons collide with the  lattice  and  impurity atoms ,  there is a loss of energy associated with them.

d

F V

Ø The force exerted by the field, on n electrons/cm3 is: 

(where px , momentum of the group) 

Is this a continuous  acceleration of 

charge of t he electron

drift velocity of charge carrier area of the semiconductor

n q x dp x

dt

*

q m

τ

general in

Thus:

Carrier Mobility       : 

Impurity interaction component

Lattice interaction

component

16 Nasim Zafar

Ø There are the two basic types of scattering mechanisms that hinder mobility. Thus the mobility has two components:

0 2

Ø and due to the application of an electric field of 1000 V/m across the 

       Silicon sample

Lets Solve a Problem:

17 Nasim Zafar

      of Mobility

18 Nasim Zafar

3 2

Mobility and Scattering: Lattice   and   Impurity 

1 i

1 l

) ln(

T T

ln( T )

Peak depends on  the density of  impurities

Current Density

and

Conductivity

1

n p

q J

E qn

E qp

J J

J

E qn

J E

qp J

n p

drift tot

n p

drift n

drift p

drift tot

n drift

n p

drift p

) (

) (

,

, ,

,

, ,

n

qp

26 Nasim Zafar

– Unit: ohm­cm

Ø  The peak of the mobility curve depends on the number density of       ionized impurities.