半導體材料短篇

1、半導體基礎(chǔ)知識張光春2006.3一半導體材料1.1固體材料按其導電性能可分為三類：絕緣體、半導體及導體，它們典型的電阻率如下：1.2半導體又可以分為元素半導體和化合物半導體，它們的定義如下：元素半導體（element）：由一種材料形成的半導體物質(zhì)，如硅和鍺。 半導體器件與物理工藝 化合物（compound）半導體：由兩種或兩種以上元素形成的物質(zhì)。1) 二元化合物 GaAs 砷化鎵 SiC 碳化硅？ ZnS 硫化鋅？ GaN 氮化鎵2) 三元化合物 AlGa11As 砷化鎵鋁AlIn11As 砷化銦鋁1.3半導體根據(jù)其是否摻雜又可以分為本征半導體和非本征半導體。它們的定義分別為：本征半導體：當半

2、導體中無雜質(zhì)摻入時，此種半導體稱為本征半導體（Intrinsic Semiconductor），此時EF在禁帶中央。非本征半導體：當半導體被摻入雜質(zhì)時，本征半導體就成為非本征（extrinsic）半導體。1.4摻入本征半導體中的雜質(zhì)，按釋放載流子的類型分為施主與受主，即：施主：當雜質(zhì)摻入半導體中時，若能釋放一個電子，這種雜質(zhì)被稱為施主。如磷、砷就是硅的施主。受主：當雜質(zhì)摻入半導體中時，若能接受一個電子，就會相應(yīng)地產(chǎn)生一個空穴，這種雜質(zhì)稱為受主。如硼、鋁就是硅的受主。1.5摻入施主的半導體稱為N型半導體，如摻磷的硅。由于施主釋放電子，因此在這樣的半導體中電子為多數(shù)導電載流子（簡稱多子），而空穴為

3、少數(shù)導電載流子（簡稱少子）。相對的，摻入受主的半導體稱為P型半導體，如摻硼的硅。由于受主接受電子，因此在這樣的半導體中空穴為多數(shù)導電載流子（簡稱多子），而電子為少數(shù)導電載流子（簡稱少子）。1.6載流子濃度本征半導體的載流子濃度ni=n0=p0n0 p0= ni2熱平衡條件非本征半導體的載流子濃度一般情況下：，。如下圖：另外，電阻率與雜質(zhì)濃度有如下關(guān)系：本征半導體：另外，根據(jù)不同導電類型的半導體，上述公式可以簡化為：n型半導體：p型半導體：平衡載流子 處于熱平衡狀態(tài)的半導體，在一定溫度下，載流子濃度是一定的，這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為平衡載流子濃度。 n0 p0= ni2非平衡載流子

4、 處于非平衡狀態(tài)的半導體，其載流子濃度也不再是n0和p0，可以比他們多出一部分，多出這部分載流子稱為非平衡載流子，用n和p表示。光照產(chǎn)生非平衡載流子 非平衡載流子的壽命 非平衡載流子平均生存的時間稱為非平衡載流子的壽命。 由于相對于非平衡多數(shù)載流子，非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導地位，因而非平衡載流子的壽命（常稱為少數(shù)載流子壽命，簡稱少子壽命）被用來衡量材料的質(zhì)量。當時，即此時就是材料的少子壽命。1.7復(fù)合理論1) 直接復(fù)合（direct recombination）由電子在導帶與價帶間直接躍進而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程。2) 間接復(fù)合（indirect recombination） -非

5、平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合。3.表面復(fù)合（surface recombination）是指在半導體表面發(fā)生的復(fù)合過程 表面處的雜質(zhì)和表面處特有的缺陷也在禁帶形成復(fù)合中心能級，因而，就復(fù)合機制講，表面復(fù)合仍然是間接復(fù)合。實際測得的少子壽命應(yīng)是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果。設(shè)這兩種復(fù)合是單獨平行發(fā)生的。用表示體內(nèi)復(fù)合，用表示表面復(fù)合?？偟膹?fù)合機率為：，其中eff稱為有效少子壽命。復(fù)合過程中能量的釋放 載流子復(fù)合時，一定要釋放多余的能量，放出能量的方法有三種： 發(fā)射光子，即伴隨著復(fù)合，將有發(fā)光現(xiàn)象，常稱為發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合。 發(fā)射聲子，載流子將多余的能量傳給晶格，加強晶格的振動（使硅體發(fā)熱）。 將

6、能量給予其它載流子，增加它們的動能，稱為俄歇（Auger）復(fù)合。二P-N結(jié)2.1 P-N結(jié)的形成 在一塊n 型（或P型）半導體上，用適當?shù)墓に嚪椒ò裀型（或n型）雜質(zhì)摻入其中，使不同區(qū)域分別具有n型和p型的導電類型，在二者的交界處就形成了p-n結(jié)。2.2 P-N結(jié)的雜質(zhì)分布2.3 平衡PN結(jié)的電場，電勢和結(jié)寬（以突變結(jié)為例）電荷分布：2.4 不同偏壓條件下，P-N結(jié)的能帶圖半導體器件物理與工藝2.5 P-N結(jié)的電流電壓特性1.理想特性 4個假設(shè)：耗盡區(qū)為突變邊界小注入 耗盡區(qū)內(nèi)無產(chǎn)生和復(fù)合邊界載流子濃度和結(jié)的靜電勢有關(guān)P-N結(jié)理想曲線2.非理想的P-N結(jié)電流電壓特性 引起理想曲線與實際曲線差別的主要原因有： 表面效應(yīng) 勢壘區(qū)中的產(chǎn)生及復(fù)合 大注入條件 串聯(lián)電阻效應(yīng)一般而言，擴散電流的特點是：它與成正比 復(fù)合電流的特點是：它與成正比實際結(jié)果可以被表示成： n稱為理想系數(shù)（ideality facto