半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)提綱

1、第一章 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)§錯(cuò)和硅的晶體結(jié)構(gòu)特征金剛石結(jié)構(gòu)的基本特征§半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶電子共有化運(yùn)動(dòng)概念幾種常用半導(dǎo)體的禁帶寬度絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶特征。本征激發(fā)的概念§半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)有效質(zhì)量導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂附近的E(k)k關(guān)系h2k2E k - E 0 =-;2m n半導(dǎo)體中電子的平均速度dE hdk '有效質(zhì)量的公式:1 1 d2E mn h2 dk2§本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 空穴空穴的特征：帶正電；mpmn； EnEp； kpkn§回旋共振§硅和錯(cuò)的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶底的位置、個(gè)數(shù)；重空穴帶、輕空穴第二章 半導(dǎo)體

2、中雜質(zhì)和缺陷能級§ 硅、鑄晶體中的雜質(zhì)能級基本概念：施主雜質(zhì)，受主雜質(zhì)，雜質(zhì)的電離能,雜質(zhì)的補(bǔ)償作用§出一V族化合物中的雜質(zhì)能級雜質(zhì)的雙性行為第三章 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布熱平衡載流子概念§狀態(tài)密度定義式：g(E) dz/dE ；導(dǎo)帶底附近的狀態(tài)密度:價(jià)帶頂附近的狀態(tài)密度:gc(E)gv(E)* 3/22mn1/24 V3 E Ec；3ch* 3/22mp1/24 V3 Ev Eh3§費(fèi)米能級和載流子的濃度統(tǒng)計(jì)分布Fermi 分布函數(shù)： f(E) 1;1 exp E Ef /k°TFermi能級的意義：它和溫度、半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、雜質(zhì)的含

3、量以及能量零點(diǎn)的選取有關(guān)。1)將半導(dǎo)體中大量的電子看成一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，費(fèi)米能級EF是系統(tǒng)的化學(xué)勢；2) EF可看成量子態(tài)是否被電子占據(jù)的一個(gè)界限。3) Ef的位置比較直觀地標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費(fèi)米能級標(biāo)志了電子填充能級的水平。費(fèi)米能級位置較高， 說明有較多的能量較高的量子態(tài)上有電子。E EfBoltzmann 分布函數(shù)：fB(E) e k°T導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂載流子濃度表達(dá)式：耳n°E fB(E)gc(E)dEEcEf Ec no N c expkoTNc_*.2 mnkTh332導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度Ev EfPoNvexpkoTNv2 mpkoTh3價(jià)帶頂有效狀

4、態(tài)密度載流子濃度的乘積nopo NCNV expEcEvkoTNcNv expEa上的適用范圍。koT本征半導(dǎo)體的載流子濃度本征半導(dǎo)體概念;本征載流子濃度：ni nopo (NcNv) expEg;2koT載流子濃度的乘積no po2A ；它的適用范圍。§雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度電子占據(jù)施主雜質(zhì)能及的幾率是fD(E)空穴占據(jù)受主能級的幾率是fA(E)施主能級上的電子濃度受主能級上的空穴濃度1 exp21 -expEd EfkoTEf EakoTnD 為：nD N D f D (E)Nd1 Ed Ef exp -2koTPa 為 PaNaFa(E)1 2expNaEfEaI koT電離施

5、主濃度nD為：nDND nD電離受主濃度 pA為：Pa Na Pa費(fèi)米能級隨溫度及雜質(zhì)濃度的變化A E D 小,4）簡并漂移運(yùn)動(dòng)；漂移速度 vd不同類型半導(dǎo)體電導(dǎo)率公式:nq n pq p§ 一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布§.簡并半導(dǎo)體1、重?fù)诫s及簡并半導(dǎo)體概念；2、簡并化條件（n型）：Ec Ef 0,具體地說：1） ND接近或大于NC時(shí)簡并；2）則雜質(zhì)濃度 ND較小時(shí)就發(fā)生簡并；3）雜質(zhì)濃度越大，發(fā)生簡并的溫度范圍越寬；時(shí)雜質(zhì)沒有充分電離；5）簡并半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級展寬為能帶，帶隙寬度會(huì)減小。3、雜質(zhì)能帶及雜質(zhì)帶導(dǎo)電。第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性§載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率歐姆定

6、律的微分形式：J Euv99E ;遷移率，單位 m /V sig£ cm /V s ；§.載流子的散射.半導(dǎo)體中載流子在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)受到散射的根本原因是什么主要散射機(jī)構(gòu)有哪些電離雜質(zhì)的散射：P NJ 32晶格振動(dòng)的散射：PS T32§遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系%;描述散射過程的兩個(gè)重要參量：平均自由時(shí)間，散射幾率P。他們之間的關(guān)系,1、電導(dǎo)率、遷移率與平均自由時(shí)間的關(guān)系。2一 2nq nPq pn nqunL； P pqupm.mp22nq p pq p nqun pquP mnmp2、（硅的）電導(dǎo)遷移率及電導(dǎo)有效質(zhì)量公式：q n11 12c、cmcmc 3 5

7、 mt3、遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系§電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系一 1各種半導(dǎo)體的電阻率公式：；nq n pq p不同溫區(qū)電阻率的變化/不同溫區(qū)載流子的散射機(jī)制。§多能谷散射 耿氏效應(yīng)用多能谷散射理論解釋 GaAs的負(fù)微分電導(dǎo)。第五章非平衡載流子§非平衡載流子的注入與復(fù)合非平衡態(tài)與非平衡載流子或過剩載流子；小注入；附加電導(dǎo)率：nq n pq p pq n p§非平衡載流子的壽命非平衡載流子的衰減、壽命；1復(fù)合幾率：表本單位時(shí)間內(nèi)非平衡載流子的復(fù)合幾率，1；復(fù)合率：單位時(shí)間、單位體積內(nèi)凈復(fù)合消失的電子-空穴對數(shù)。p/§準(zhǔn)Fermi能級1、

8、“準(zhǔn)Fermi能級"概念2、非平衡狀態(tài)下的載流子濃度:n NC expEcEFk0T(n non)Nv expeFEv(P PoP)no expefEfni expeFEikoTPo expEfe1ni exp E3、“準(zhǔn)Fermi能級”的含義1）從（5-1。）可以看出,EFn-EF, EF-EFP越大，n和p值越大，越偏離平衡狀態(tài)。反之也可以說，n和p越大，Ef”和EfP偏離Ef越遠(yuǎn)。2） EFn和年P(guān)偏離年的程度不同如n-type半導(dǎo)體no>po。小注入條件下：An<<n0, n=n0+An, n>n0, nn o，Ef”比 年更靠近導(dǎo)帶底，但偏離Ef很小

9、。Ap>>Po，p=p0+Ap, p>Po，EfP比Ef更靠近價(jià)帶頂，且比 Ef”更偏離 年。可以看出：一般情況下，在非平衡狀態(tài)時(shí)，往往總是多數(shù)載流子的準(zhǔn)Fermi能級和平衡時(shí)的Fermi能級偏離不多，而少數(shù)載流子的準(zhǔn)Fermi能級則偏離很大。3) np noPoexp 吃哇 koT2eF e1"expk0F反映了半導(dǎo)體偏離熱平衡態(tài)的程度。EFn-E fP 越大，np 越偏離 I 2。EFn=EFP 時(shí)，np=q 2。§.復(fù)合理論非平衡載流子復(fù)合的分類以及復(fù)合過程釋放能量的方式1、直接復(fù)合2、間接復(fù)合定量說明間接復(fù)合的四個(gè)微觀過程:俘獲電子過程：電子俘獲率

10、=rnn（Nt-nt）發(fā)射電子過程：電子產(chǎn)生率 =s-1 , s rnni俘獲空穴過程：空穴俘獲率 =rpPnt發(fā)射空穴的過程：空穴產(chǎn)生率 =s+（N-nt）, s+=pP1有效復(fù)合中心能級的位置為禁帶中線附近。§ .載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。1、擴(kuò)散流密度：SpDpd P x ； SnP P dx數(shù)）。2、 空穴的擴(kuò)散電流 JP擴(kuò)d n xJn 擴(kuò)qSn qDndx3、光注入下的穩(wěn)定擴(kuò)散：d n xDn （單位時(shí)間通過單位面積的粒子dxqDP d P（x）。電子的擴(kuò)散電流dx半導(dǎo)穩(wěn)定擴(kuò)散：若用恒定光照射樣品，那么在表面處非平衡載流子濃度保持恒定值 體內(nèi)部各點(diǎn)的空穴濃度也不隨時(shí)間改變，形成穩(wěn)

11、定的分布。這叫穩(wěn)定擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程及其解。載流子的漂移運(yùn)動(dòng)愛因斯坦關(guān)系愛因斯坦關(guān)系的表達(dá)式:DnkoTqdpkJ連續(xù)性方程式1、連續(xù)性方程式的表達(dá)式其中2 pDpTxpPGpgp的含義是單位時(shí)間單位體積由于擴(kuò)散而積累的空穴數(shù);p|DxPp<的含義是單位時(shí)間單位體積由于漂移而積累的空穴數(shù);復(fù)合而消失的電子-空穴對數(shù)。2、穩(wěn)態(tài)連續(xù)性方程及其解3、連續(xù)性方程式的應(yīng)用。uv牽引長度LP E和擴(kuò)散長度Lp的差別。p的含義是單位時(shí)間單位體積由于第六章 p-n 結(jié)§ p-n結(jié)及其能帶圖1、p-n結(jié)的形成和雜質(zhì)分布2、空間電荷區(qū)3、p-n結(jié)能帶圖4、p-n結(jié)接觸電勢差5、p-n結(jié)的載流子分布

12、§ p-n結(jié)的電流電壓特性1、非平衡狀態(tài)下的p-n結(jié)非平衡狀態(tài)下p-n結(jié)的能帶圖2、理想p-n結(jié)模型及其電流電壓方程式理想p-n結(jié)模型1）小注入條件2）突變耗盡層近似：電荷突變、結(jié)中載流子耗盡（高阻）、電壓全部降落在耗盡層上、耗盡層外載流子純擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；3）不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生與復(fù)合作用；4）玻耳茲曼邊界條件：在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布。理想p-n結(jié)的電壓方程式，相應(yīng)的 J-V曲線。并討論p-n結(jié)的整流特性。3、影響p-n結(jié)的電流電壓特性偏離理想方程的各種因素理想p-n結(jié)的電流是少數(shù)載流子擴(kuò)散形成的。但實(shí)際上還存在復(fù)合電流、大注入效應(yīng)、體電阻效應(yīng)以及產(chǎn)生電流，使

13、得實(shí)際電流-電壓特性偏離理想情形。歸納如下：p+-n結(jié)加正向偏壓時(shí)，電流電壓關(guān)系可表示為JFexp W , m在12之間變化,mkoT隨外加正向偏壓而定。正向偏壓較小時(shí)，m=2 J F8exp(qV/2k 0T),勢壘區(qū)的復(fù)合電流起主要作用，偏離理想情形；正向偏壓較大時(shí)，m=1, jFexp(qV/k 0T),擴(kuò)散電流起主要作用，與理想情形吻合；正向偏壓很大，即大注入時(shí)，m=2, Jf8exp(qV/2k 0T),偏離理想情形；在大電流時(shí)，還必須考慮體電阻上的電壓降,于是V=V+Vp+Vr',忽略電極上的壓降，這時(shí)在p-n結(jié)勢壘區(qū)上的電壓降就更小了，正向電流增加更緩慢。在反向偏壓下，因

14、勢壘區(qū)中的產(chǎn)生電流，從而使得實(shí)際反向電流比理想方程的計(jì)算值大并且不飽和。§ p-n結(jié)電容1、p-n結(jié)電容的來源勢壘電容：p-n結(jié)上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區(qū)中的“存入”和“取出”作用，導(dǎo)致勢壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化，這和一個(gè)電容器的充放電作用相似。這種p-n結(jié)的電容效應(yīng)稱為勢壘電容，以Ct表示。擴(kuò)散電容：外加電壓變化時(shí)，n區(qū)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的非平衡空穴和與它保持電中性的電子數(shù)量變化，同樣，p區(qū)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的非平衡電子和與它保持電中性的空穴也變化。這種由于擴(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為p-n結(jié)的擴(kuò)散電容。用符號 CD表示。2、突變結(jié)的勢壘電容p

15、-n結(jié)寬度，電荷分布§ p-n結(jié)擊穿1、雪崩擊穿2、隧道擊穿(或齊納擊穿)隧道擊穿是在強(qiáng)反向電場作用下，勢壘寬度變窄，由隧道效應(yīng)，使大量電子從p區(qū)的價(jià)帶穿過禁帶而進(jìn)入到n區(qū)導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。因?yàn)樽畛跏怯升R納提出來解釋電介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的，故叫齊納擊穿。重?fù)诫s的半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)更容易發(fā)生隧道擊穿。3、熱電擊穿不同類型半導(dǎo)體的擊穿機(jī)理§ p-n結(jié)隧道效應(yīng)1、隧道結(jié)及其電流電壓特性什么是隧道結(jié)，隧道結(jié)的電流電壓特性。2、隧道結(jié)熱平衡時(shí)的能帶圖3、隧道結(jié)電流電壓特性的定性解釋第七章 金屬和半導(dǎo)體的接觸§.金屬半導(dǎo)體接觸及其能帶圖1、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)定義式2、接觸電勢差阻擋層概念及能帶圖。3、表面態(tài)對接觸勢壘的影響§.金屬半導(dǎo)體接觸整流理論一、以n型、p型阻擋層為例定性說明阻擋層的整流特性n型（p型）阻擋層的判斷；表面勢、能帶彎曲情況二、定量得出阻擋層伏-安特性表達(dá)式1、擴(kuò)散理論理論模型,qVJ Jsd exp - koT4、肖特基勢壘二極管與1p-n結(jié)二極管相比較，有哪些優(yōu)點(diǎn)和用途§ . 少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸1、少數(shù)載流子的注入 （ 正向偏壓下）2、歐