Sähkönjohtavuus puolijohteisiin on keskeinen ominaisuus, joka määrittää niiden hyödyllisyyden elektronisissa laitteissa. Tarkka laskelmat johtavuus auttaa suunnittelussa materiaaleja halutuilla sähköominaisuudet. Useita menetelmiä käytetään arvioimaan johtokyky, jokainen sopii eri tyyppisiä materiaaleja ja olosuhteita.

Sähköjohtuvuuden laskentamenetelmät

Yleisin lähestymistapa on Drude malli, joka pitää maksullisia kuljetusaluksia vapaina hiukkasina, joihin sironta vaikuttaa. Tämä menetelmä tarjoaa peruskäsityksen johtavuuden perustuu operaattorin konsentraatio ja liikkuvuus. Edistyneempiä tekniikoita ovat Boltzmannin kuljetusyhtälö, joka vastaa erilaisista hajautusmekanismeista ja energian jakelu.

First-principles laskelmat, kuten tiheys funktionaalinen teoria (DFT), käytetään myös ennustaa elektronisia ominaisuuksia atomien rakenteita. Nämä menetelmät ovat laskennallisesti intensiivisiä, mutta tarjoavat yksityiskohtaisia oivalluksia materiaalin käyttäytymistä kvanttitasolla.

Tapaustutkimukset puolijohdejohtuvuudessa

Piissä johtokyky vaihtelee huomattavasti dopingtasoissa. N-tyypin doping tuo mukanaan ylimääräisiä elektroneja, lisää johtavuutta, kun taas p-tyypin doping luo reikiä, myös parantaa sähkövirtaa. Laskelmat Boltzmannin liikenneyhtälön avulla ovat onnistuneesti ennustaneet nämä vaihtelut.

Galliumarsenidi (GaAs) esiintyy korkeampi elektroni liikkuvuutta verrattuna pii. First-periaatteen menetelmiä on käytetty analysoimaan sen bändirakenne, mikä johtaa tarkempien johtavuus ennustukset eri lämpötilaolosuhteissa.

Yhteenveto laskentatekniikoista

  • Ankara malli
  • Boltzmannin liikenneyhtälö
  • Tiheystoimintoteoria (DFT)