半導(dǎo)體物理劉恩科考研深刻復(fù)習歸納

1、1.半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)金剛石與共價鍵（硅錯IV族）：兩套面心立方點陣沿對角線平移1/4套構(gòu)而成面心立方4 原子閃鋅礦與混合鍵（神化錢III-V族）：具有離子性，面心立方+兩個不同原子纖鋅礦結(jié)構(gòu)：六方對稱結(jié)構(gòu)（AB堆積）晶體結(jié)構(gòu)：原子周期性排列（點陣+基元）共有化運動：原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個原子上，可以由一個原于轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，電子可以在整個晶體中運動。能帶的形成： 組成晶體的大量原子的相同軌道的電子被共有化后，受勢場力作用，把同一個能級分裂為相互之間具有微小差異的極其細致的能 級，這些能級數(shù)目巨大，而且堆積在一個一定寬度的能量范圍內(nèi)， 可以認為是連續(xù)

2、的。能隙（禁帶）的起因：晶體中電子波的布喇格反射一周期性勢場的作用（邊界處自由電子模型近自山電子模型泰布家一充R ,A點波函數(shù)就是M*）日點波函數(shù)就是叫 ）布拉格反射形成駐波，電子集聚不同區(qū)域，造成能量差）自由電子與半導(dǎo)體的E-K 圖:自由電子模型:半導(dǎo)體模型:吟吁遽唔e =藏k二h?代1 d：E1 tr dk1導(dǎo)帶底：E(k)E(0),電子有效質(zhì)量為正值；價帶頂：E(k)SiGe ) 造成：(1)本征載流子濃度 ni 不同；(2)載流子在強電場下的 電離率 不同；(3)光吸收和光激發(fā)的 波長 不同。)因為導(dǎo)帶底(能谷)的狀況不完全決定于晶體的對稱性，則 Si、Ge 和 GaAs 的的 導(dǎo)帶底

3、狀態(tài)的性質(zhì)以及位置等也就有所不同。)導(dǎo)帶底的三維形狀可以采用等能面來反映，因為Si 和 Ge 的多個導(dǎo)帶底都不在k=0 處，則它們的 等能面都是橢球面 ；而 GaAs 的一個導(dǎo)帶底，正好是在k=0 處，則其 等能面是球面。) 在強電場下， GaAs 與 Si 、 Ge 的導(dǎo)帶的貢獻情況有所不同。而Si、 Ge 的導(dǎo)帶則不存在這種 次能谷 ，也不可能產(chǎn)生負電阻。5 ) 在價帶頂與導(dǎo)帶底的相互關(guān)系上，Si、 Ge 具有 間接躍遷 的能帶結(jié)構(gòu)(導(dǎo)帶底與價帶頂不在布里淵區(qū)區(qū)中的同一點， 而 GaAs 具有 直接躍遷 的能帶結(jié)構(gòu)(即電子與空穴的波矢基本相同)圖】.26硅和筋的能帶結(jié)構(gòu)3.半導(dǎo)體中載流子的

4、統(tǒng)計分布本征激發(fā)：電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，形成導(dǎo)帶電子和價帶空穴。載流子復(fù)合：電子從高能級躍遷到低能級，并向晶格釋放能量，從而使導(dǎo)帶的電子和價帶的空穴減少。狀態(tài)密度g（E）：能帶中能量E附近單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。(2叫$k空間中的每個最小允許體積元是即這個體積中只存在一個k空間的量子態(tài)密度導(dǎo)帶底的狀態(tài)密度:（拋物線）對于橢球等能面:(硅 s6,錯 s4)價帶頂?shù)臓顟B(tài)密度:允許波矢（電子態(tài)）（均勻）m nj f )-（_辿上道嗎,）為:“二女審二VE產(chǎn)4=碎=【（叫產(chǎn)+儲”產(chǎn)產(chǎn)對于橢球等能面：（重輕空穴）費米能級：當系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對外界做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起的系統(tǒng)自由

5、能的變化。費米能級是T=0K時電子系統(tǒng)中電子占據(jù)態(tài)和未占據(jù)態(tài)的分界線， 是T=0K電子所具有的最高能量。標志了電子填充水平費米分布函數(shù):當7二OK時若EEf. 1IJ/(E) = O若 W1/(E)1Z2f(E)表小能量為E的量子態(tài)被電子占據(jù)的概率，小于費米能級的量子態(tài)被占據(jù)概 率大。(空穴的概率為1-f(E)I1f|E - E F&01fE) - exp -l玻爾茲曼分布：導(dǎo)帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度用產(chǎn)M exp|非簡并導(dǎo)帶電子濃度:（Nc導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度）簡并時：I =w （Ev-f仍;MT- 嗚品丁 產(chǎn)Pu-Nq皿 jk0T ） 乂-2（ 2版）2 r非簡并價帶空穴濃度：”產(chǎn)=（

6、獷，產(chǎn)簡并時：本征半導(dǎo)體載流子濃度載流子濃度積與費米能級無關(guān)，只取決于溫度T,與雜質(zhì)無關(guān)T 0K. n = p = nr, np = n;電中性Ej = Ey =EE十1）和T有關(guān)，對于某種半導(dǎo)體材料，T確定，ni也確定。（隨T增大）2）本征費米能級Ei基本上在禁帶中線處。雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度雜質(zhì)能級最多容納1個電子（能帶中的能級可以兩個），故要修正!與費米分布區(qū)別!,加丁 /電子占據(jù)施主能級的幾率以-1 （E-Ea）1 + 一exp ,書 e i 題丁 /空穴占據(jù)受主能級的幾率（基態(tài)簡并度gD=2 , gA=4 ）噸=此一丹心=電離施主濃度7=（向?qū)Ъぐl(fā)電子的濃度）1 + g東卬（）口了

7、巴-孫=儲|1-九任）電離受主濃度_ Na _/ ef- Ea1（向價帶激發(fā)空穴的濃度）l + gAexp）討論帚（切1。當丁耳卜1時總口0當導(dǎo)扁行時G（E）t13一般情況下。（奴日（1 當今二自時f抵文a = n0fqm施主能級上的電子濃度（未電離的施主濃度）Nd為施主濃度Pa=NJ 2kT 非簡并件解得Nd的值，（簡并條件NdN c,或NaN v.）簡并時雜質(zhì)不能充分電離由電中性得：0=.4.半導(dǎo)體的導(dǎo)電性漂移運動：電子在電場力作用下的運動，定向運動的速度為漂移速度 漂移運動和遷移率/ = . I五卜胭 J =叫=，罔=乖| o =叫HJ電流密度，u電子遷移率，6電導(dǎo)率（電阻率的倒數(shù)）載流

8、子的電導(dǎo)率與遷移率在半導(dǎo)體中，兩種載流子，電子的遷移率大些。J =人+兀=。附/ + pq np）目b = + pq%強n型aa p 療二的外強p型，p n仃=PG/本征o = q%U4 + %）格波：晶格中原子振動都是由若干不同的基本波動按照波的疊加原理合成，這些基本波動就是格波。彈性散射：散射前后電子能量基本不變。非彈性散射：散射前后電子能量有較大的改變。谷間散射：對于多能谷的半導(dǎo)體，電子可以從一個極值附近散射到另一個極值附近。載流子散射：（載流子晶格振動或電離雜質(zhì)碰撞） 根本原因：周期性勢場被破壞 （附加電場影響）。散射機構(gòu)：1）電離雜質(zhì)中心散射：電離，形成庫侖力勢場，彈性散射。Pi8M

9、Ly2電離雜質(zhì)Ni越大，散射概率P越大，溫度越高，概率小。（T大，平均速度大）2）晶格振動散射（聲子散射）長聲學波：彈性散射，縱波影響大E K產(chǎn)八0C廠非凡X廣長光學波：非彈性散射，T大，概率大汽工exp（方5修丁 /工 4 g exp（方3/七T） 13）等同的能谷間散射電子與短波聲子發(fā)生作用，同時吸收或發(fā)射一個高能聲子，非彈性散射。4）中性雜質(zhì)散射重摻雜，低溫起作用5）缺陷散射（位錯，各項異性，內(nèi)電場造成）6）合金散射（不同原子排列造成電場干擾）自由時間：載流子在電場中做漂移運動，只有在連續(xù)兩次散射之間的時間內(nèi)才做加速運動，這段時間為自由時間平均自由時間：丁=4 a。外山=?電導(dǎo)率、遷移率

10、與平均自由時間:n里p型混合型等能面為橢球:各向異性電流密度（n型半導(dǎo)體，等能面橫2縱4）+ 2處）11:m 3rTC.幾種散射機構(gòu)同時存在時:遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系:電離雜質(zhì)散射 聲學波敝射光學波散射（平均自由時間也一樣）遷移率隨雜質(zhì)濃度和溫度變化：，.y 3 2電離雜質(zhì)散射片-NXtHljr聲學波散射三二射十聲學波散射1）低雜質(zhì)濃度下，隨溫度上升遷移率不斷下降。2）高雜質(zhì)濃度下，隨溫度增加，先上升后下降。（上圖所示）少數(shù)載流子遷移率和多數(shù)載流子遷移率:1）雜質(zhì)濃度低，多子和少子的遷移率趨近相同。2）雜質(zhì)濃度增加，電子與空穴的多子和少子遷移率都單調(diào)下降。3）給定雜質(zhì)濃度，電子與空穴的少

11、子遷移率均大于同雜質(zhì)濃度的多子遷移率。4）少子與多子的遷移率，隨雜質(zhì)濃度增大差別越大。重摻雜時雜質(zhì)能級擴展為雜質(zhì)能帶，導(dǎo)致禁帶變窄，多數(shù)載流子運動會被雜質(zhì)能級俘獲，導(dǎo)致漂移速度降低，遷移率減小。電阻率與雜質(zhì)濃度關(guān)系：輕摻雜時：電阻率與雜質(zhì)濃度成簡單反比關(guān)系重摻雜時：雜質(zhì)不能完全電離，出現(xiàn)簡并，遷移率隨濃度增加而顯著下降（非線性）電阻率隨溫度變化:本征半導(dǎo)體：本征載流子濃度隨溫度急劇增加，電阻率下降本證半雜質(zhì)半導(dǎo)體：（雜質(zhì)電離+本征電離）P 、導(dǎo)體-主要由決定.、單詞下降A(chǔ)B:溫度低，載流子有雜質(zhì)電離提供，隨溫度上升增大，”、雜質(zhì)半散射由雜質(zhì)電離決定，遷移率隨溫度上升增大，電 阻率減小。BC:雜

12、質(zhì)全部電離，部分本征。載流子基本不變，品格振動為主，遷移率隨溫度上升而下降，電阻率增大。CD :本征激為主，本征載流子增大，電阻率隨溫度下降。熱載流子：載流子的平均能量明顯高于熱平衡時的值。熱載流子可以在等價或不等價能谷間轉(zhuǎn)移強電場效應(yīng)：弱電場：電導(dǎo)率為常數(shù)，平均漂移速度與場強成正比，遷移率與電場無關(guān)。強電場：偏離歐姆定律，電導(dǎo)率非常數(shù)，遷移率隨電場變化。熱載流子能量比晶格大，散射時，速度大于熱平衡狀態(tài)的速度，平均自由時間減少，遷移率下降。平均漂移速度與電場強度關(guān)系：1一低場下Q5 E線性關(guān)系一中等強度電場一日泛 亞線性關(guān)系一強場下總飽和負阻效應(yīng)：能谷1中的電子可以從電場獲取足夠的能量而轉(zhuǎn)移到

13、能夠2,發(fā)生能谷間的散射，電子的準動量有較大的改變，伴隨散射就發(fā)射或吸收一 個光學聲子，由能谷1進入能谷2的電子（能谷2曲率小，有效質(zhì) 量大，遷移率?。?，有效質(zhì)量增加，遷移率降低，平均漂移速度減小， 電導(dǎo)率下降，產(chǎn)生負阻效應(yīng)。設(shè)修、片2分別代&熊谷1和能吞2中的電干旅度，而用=+ 則電導(dǎo)率為u= q+用2產(chǎn)2）二門9產(chǎn)-E產(chǎn)也用出2n 十當電場很氏長4時J3%k刈1,山電蜥腳）我,加分電子 輛維iU 1產(chǎn)0, 口產(chǎn)/k雇瓢逮螃做的4硒增彖如 Wr因為理心版好鯽犍肺輜蟋的耿砒,副訪川 的關(guān)趟生5.非平衡載流子非平衡載流子的復(fù)合：由于內(nèi)部作用，使非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)，過剩載流子逐漸消失非平衡載流子

14、的壽命：非平衡載流子的平均生存時間。（倒數(shù)為復(fù)合概率）非平衡載流子濃度與時間關(guān)系：準費米能級：非平衡時費米能級不重合，非平衡載流子越多，準費米能級偏離截流子濃EF就越遠，越接近兩邊度為呼=exp二q exp偏離程度:復(fù)合理論：1）直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶和價帶之間直接躍遷，引起電子空穴的直接復(fù)合。2）間接復(fù)合：電子空穴通過禁帶的能級（復(fù)合中心）進行復(fù)合。復(fù)合時釋放能量：1）發(fā)射光子，發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合；2）發(fā)射聲子，將能量傳給品格振動；3）俄歇復(fù)合，將能量給予其他載流子泡利不相容原理：價帶中電子不能激發(fā)到導(dǎo)帶中已被電子占據(jù)的狀態(tài)上去。直接復(fù)合：熱平衡時r二班二1 彳d ?。ú +Po）+/凈復(fù)合

15、率%,亞硝可以看出，r越大，復(fù)合率越大，壽命越短，壽命不僅與平衡載流子濃度有關(guān)，還和非平衡載流子濃度有關(guān)小注入（/ + “）功1 （n 型）二 二型也+內(nèi)）l_L 9型）1a 口（取決于多子）大注入（名 + Po）取1一般禁帶寬度越小，直接復(fù)合概率大。電子俘獲率：把單位體積、單位時間被復(fù)合中心俘獲的電子數(shù)。間接復(fù)合：復(fù)合中心（雜質(zhì)或缺陷）四個基本過程:半導(dǎo)體雜志越多，品格缺陷越大，非平衡載流子壽命越短。（促進復(fù)合）哂其中皿哂啊甲t電子俘獲率電子俘獲系數(shù)量綱：CE個乙；電子發(fā)射率二比%!電子激發(fā)幾率量綱；51r.丙：空穴俘獲率5M$禍其中P產(chǎn)X-七/以o + 叫+A。） + 仆（戶。+ /1 +

16、 Njp尸口（月產(chǎn)例+A戶）??；空穴發(fā)射率=*（-%）I wr- 4PA浦叱+ %)+“Pq + Wj =N禺今 (小T-u小注入時:強N型半導(dǎo)體：少數(shù)載流子空穴俘獲系數(shù)決定 “一。高阻區(qū)：與多數(shù)載流子濃度反比強P型半導(dǎo)體：少數(shù)載流子決定位于禁帶中線附近的深能級才是最有效復(fù)合中心!當E產(chǎn)時,U極大當 Et - EJ ok丁時,UtO表面復(fù)合：表面處的雜質(zhì)和缺陷也能在禁帶形成復(fù)合中心，間接復(fù)合。較高的表面復(fù)合速度，會嚴重影響器件特性。俄歇復(fù)合：載流子從高能級向低能級躍遷，發(fā)生復(fù)合，吧多余能量傳給另一個載 流子，是這個載流子被激發(fā)到更高的能級上去， 當它重新躍遷回到低 能級，多余能量常以聲子放出。

17、陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)能級積累非平衡載流子的作用。（增加少子壽命）雜質(zhì)能級與平衡時費米能級重合時，最有利于陷進作用。（接近顯著）擴散定理：非平衡少數(shù)載流子空穴的擴散規(guī)律。dAn(x) dx載流子擴散運動:r dp(x) 空穴電流:JAh（x）J.-叫；+ 審:/。匯ax電子電流愛因斯坦關(guān)系:代入的:廣（的肝始卜加（/+與T喏連續(xù)性方程：漂移運動和擴散運動同時存在時少數(shù)載流子所遵循的運動方程N型：少子pg 當叫富/誓箓+小 3 Ox- dx Ox rIf擴散 漂移 復(fù)合產(chǎn)生丹倍電場的來源：電子與空穴擴散不同步，電子比空穴快；丹倍電場的作用：降低電子擴散，加速空穴擴散，努力使它們同步;6.pn 結(jié)PN結(jié)的

18、形成：1）合金法-突變結(jié) 2）擴散法-緩變結(jié)4二必一吵喑5等零=0平衡時：電勢差和兩邊的摻雜濃度、溫度、材料的禁帶寬度（ni與寬度反）有關(guān)。PN結(jié)能帶：N區(qū)電子費米能級下移,T*C 加口幾二qo4E + qDu 。二 +*丁心1/%）W = oexP）p-n結(jié)的載流子分布：一尹（?。┒W(wǎng)PP區(qū)空穴費米能級上移，兩者重合阻Jr（r） _，止 4杰 dx、電場p-n結(jié)接觸電勢差:q二石鼻耳）一石尸）勢壘區(qū)中載流子濃度可以忽略，空間電荷密度就等于電離雜質(zhì)濃度p-n結(jié)電流電壓特性：正向電壓：勢壘減小，漂移削弱，擴散增強，繼中性區(qū)獷 敏匠耗 盡 區(qū)擴 散 區(qū)中性區(qū)續(xù)向內(nèi)擴散。（電流分布如右圖）形成反向電

19、壓下的電子擴散反向電壓：勢壘增大，漂移增強，擴散減弱，少 數(shù)載流子被電場驅(qū)回，內(nèi)部少子就補充, 電流和空穴擴散電流。擴散電流小。p-n結(jié)能帶圖:J越大p-n結(jié)電場電勢:突變結(jié)P+N結(jié)耗盡區(qū)主要在輕摻雜區(qū)的一邊9。二花口彳理想p-n結(jié)J-V關(guān)系：八二必1J=A o1）單向?qū)щ娦曰蛘魈匦?）溫度影響大，溫度越大,偏離影響： 1）表面效應(yīng)；2）勢壘區(qū)產(chǎn)生電流及復(fù)合；3）大注入條件；4）用聯(lián)電阻效應(yīng)825理想p-n結(jié)J-V關(guān)系的修正Jc=QCrAIi=cJ-Xt7 Tp-n結(jié)電容：勢壘電容：pn結(jié)上外電壓的變化，引起電子和空穴在勢壘區(qū)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，與電容

20、器充放電相似擴散電容：由于擴散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)。突變結(jié)：勢壘區(qū)空間電荷區(qū)寬度與濃度成反比執(zhí)臺小廣 輕摻雜濃度勢壘電谷II1）和結(jié)的面積以及輕摻雜一邊濃度有關(guān)；2）反向偏壓越大，勢壘電容越小1T |dg _ ,明就針 A 片卻（ -1 dv qi2（r;-r）J /線性緩變結(jié)等效為平行板電容，都與外加電壓有關(guān)擴散電容（正向偏壓）隨正電壓按指數(shù)關(guān)系增長，大的正向偏壓下，擴散電容為主。p-n結(jié)的擊穿：1）雪崩擊穿：載流子具很大的動能，與勢壘區(qū)品格原子碰撞，把價鍵上的電子碰撞出來，成為導(dǎo)電電子，同時產(chǎn)生空穴。由于倍增效應(yīng)，使勢壘區(qū)單位時間產(chǎn)生大量載流子，迅速增大反向電流，從

21、而發(fā)生擊穿o （雪崩擊穿除了與勢壘中電場強度有關(guān)，還和勢壘寬度有關(guān)。）2）齊納擊穿：重摻雜，在強電場作用下，由于隧道效應(yīng)，是大量電子從價帶穿過禁帶而進入到導(dǎo)帶所引起3）熱電擊穿：反向電流耗損，產(chǎn)生大量熱能，導(dǎo)致結(jié)溫上升，由于熱不穩(wěn)定引起擊穿。負阻：隨電壓的增大電流反而減小的現(xiàn)象c隧道效應(yīng)：重摻雜，費米能級進入價帶和導(dǎo)帶。電流=隧道電流+擴散電流1）熱平衡，隧道不通過載流子2）加小正V, n區(qū)電子穿過隧道到p區(qū)，產(chǎn)生正隧道電流p到n。點13）增大正V,勢壘下降，更多電子從n到p,隧道電流不斷增大。點24）繼續(xù)增大V,兩邊能量相同的量子態(tài)to對府圖&”點2C時應(yīng)用且4點耳減小，能穿過的電子減少，出

22、現(xiàn)負阻，隧道電流減少。 35） V增加使n導(dǎo)帶底和p價帶頂一樣高，沒有量子態(tài)，不能發(fā)生隧道穿通，隧道電流為零，有谷值電流。點4 6）繼續(xù)加大，擴散電壓為主 7）加反向V, p區(qū)電子穿到n區(qū)，產(chǎn)生反向隧道電流.金屬和半導(dǎo)體接觸金半接觸：金屬功函數(shù)%=EEf* WWeV-,=-接觸電勢差：（費米能級差）（金屬功函數(shù)大，電勢差為負值）底口=7匕=W.-Wr半導(dǎo)體邊的勢壘高度：（費米能下降）八= W3 E* rK+E產(chǎn) Wx w, + En= wm- x金屬邊的勢壘（肖特基）高度金屬與n型半導(dǎo)體接觸:圖7-5金國和11K華等體接如能帶圖1）若WmWs,表面形成正電荷空間，電場由體內(nèi)指向表面， Vs0

23、,表面電子能量高，能帶向上彎曲，形成表面勢壘， 表面電子濃度小，高阻區(qū)域，稱為阻擋層。（高阻，整流）2）若Wm0 ,能帶下彎，表面電子濃度高，是一個高導(dǎo)區(qū)域，為反阻擋層。（低阻，歐姆）!（電子由費米能級高的流向費米能級低的，直到兩者費米能級一樣高）金屬與n型半導(dǎo)體接觸：1）若WmWs,能帶上彎，形成p型反阻擋層。2）若WmWs,能帶下彎，造成空穴勢壘，形成 p型阻擋層。型相檔層（匕叱）6”型反陋巖層（卬.*叱）表面態(tài)的影響（釘扎）：表面態(tài)在三分之一的禁帶處（費米能級釘扎）表面能級以上基本被電子占據(jù)，帶負電;表面態(tài)能態(tài)密度高，能態(tài)海洋，可以完成所有交換;半導(dǎo)體勢壘高度與金屬功函數(shù)基本無關(guān)；即使W

24、m 電子平均自由程。邛卬/-U熱電子發(fā)射理論：適用于勢壘寬度 Vs0 l打kT1Pm ；4）反型狀態(tài)反型狀態(tài)弱反型 I VbVsr）iNV ）:關(guān)必hmy+塵鬲fQ% L I kVj）： bz: Ir; l鼠二孑.r 臂 * . O B &一 卜一招星孑軍也盡再反空電HQ帆（吃冷）必。（唬叫）MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性doi 38t 絕”四。然&黑圾片盤上必成，必忘法然g界星?期4半導(dǎo)體1三歐血接觸,+1 1I ） kl -u U2匕？匕J-. h 1 *f ，一一 _J+ +TJF/周8W 孑1W35理想MIS電容的C-V特性（p型）30 % 01耗盡，% T d T C/C 平行板電容器等效在

25、氧化層與半導(dǎo)體界面上無界面態(tài);忽略金屬與半導(dǎo)體的接觸電勢差;1)低頻情況(10100 Hz)1V 0,積累,Q乂啊(牝I/M C 二條 OC expll/lAT) co-2。Vg=0,平帶，用$ hm烏今 Gf部小。d匕Ld氧化層完全絕緣;氧化層中不存在任何電荷;40 % 0,弱反型，力 T d f Qg ：從1,2 f exp(qQ2k7)G =器：從V” - exp(qQ2s | C 八 一 T Si.JH5。 0,強乒型，Q X exp(qV72s信號而變。此時，反型層中的電子對電容沒有貢獻。2。QS的變化只能靠耗盡層的電荷變化實現(xiàn)，強反型時耗盡層已達最大厚3）深耗盡情況（快速C-V掃描

26、）快速直流偏壓掃描導(dǎo)致反型層不能建立,“耗盡層近 似“依然適用,八%取父匕-他fCJ2）高頻情況（104106Hz）1。反型層中電子的產(chǎn)生與復(fù)合跟不上高頻信號的變化，即反型層中電子的數(shù)量不能隨高頻d - matnun閾值電壓（開啟電壓）實際MIS電容的C V特性1）金半接觸電勢差的影響2）絕緣層中電荷的影響10.半導(dǎo)體的光學性質(zhì)及光電效應(yīng)本征吸收：半導(dǎo)體價帶中的電子吸收足夠能量的光子使電子激發(fā)，越過禁帶躍遷入導(dǎo)帶，在價帶中留下空穴，形成電子-空穴對。本征吸收條件：光子能量必須等于或大于禁帶寬度 Eg （最低限度光子能量），即本征吸收限：當角頻率低于0或波長大于入0時，不發(fā)生本征吸收，吸收系數(shù)迅

27、速下降，這種吸收迅速下降的特定波長入0或特定頻率0,為半導(dǎo)體的本征吸收限（=2 B入）計算公式:= (pm)躍遷的選擇定則：電子吸收光子產(chǎn)生躍遷時波夫保持不變（電子能量增加）直接躍遷：兩點位于E(k)曲面同一垂直線。(拋物線)直接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極小值和價帶極大值對應(yīng)同一波矢。直接光吸收系數(shù)與光子能量:q(= A( ihu 七 必二間接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極小值和價帶極大值并不對應(yīng)同一波矢。(kk )上加二光動量 q姑聲聲波矢間接躍遷：電子不僅吸收光子，同時還和品格交換能量，即放出或吸收一個聲子。MotE電子能量差A(yù)E間接光吸收系數(shù)(間接比直接躍遷的吸收系數(shù)小)當血E*十Ep時,吸收聲子和發(fā)時曲子

28、的IK遷均可發(fā)生當七X-Ep十E1,時，只能發(fā)生吸收聲子的躍遷a ( ktis y = Aexp當時，躍遷不能發(fā)生，4=0博斯坦移動：本征吸收的長波限要向短波方向移動。費朗茲-克爾德什效應(yīng)：強電場的作用下，本征吸收的長波限將向長波方向移動。其他吸收：1）激子吸收：吸收光子不足以引起價帶電子直接激發(fā)到導(dǎo)帶而成為自由電子。（激子空穴相束縛，受庫侖力，不形成電流）2）自由載流子吸收：入射光子頻率不夠高，不足以引起電子從帶到帶的躍遷或形成激子，存在吸收。自由載流子在 同一帶內(nèi)的躍遷。（伴隨吸收發(fā)射聲子）3）雜質(zhì)吸收：束縛在雜質(zhì)能級上的電子或空穴也能引起應(yīng)滿足左皿/ E0- K|a工光的吸收，電子躍遷到

29、導(dǎo)帶，空穴到價帶（隨光子能量增加，吸收系數(shù)下降，因低于價帶頂，躍遷概率下降）4）晶格振動吸收：光子能量轉(zhuǎn)換為晶格振動能量。半導(dǎo)體光電導(dǎo)：光吸收使載流子濃度增加，附加光電導(dǎo)般只有一種光生載流子起作用，一般為多子。弛豫現(xiàn)象：在光照下的光電導(dǎo)逐漸上升和光照停止后光電導(dǎo)逐漸下降的現(xiàn)象。對本征光電與，打二 Ap“用人白二產(chǎn)/六八得療CL卜方）用ffo + Pn仃 刀* n +力 p 肉”。產(chǎn)n“比外量子額度：每吸收一個光電子產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)定態(tài)光電導(dǎo)：恒定光照下產(chǎn)生光電導(dǎo)電子濃度線性增加，一段時間后達到穩(wěn)定， 產(chǎn)生率等于復(fù)合率(j.nwfci)（下時間）&阿、 二PBahp外尸?僅”（心 + 3p）

30、 = /?a/r ( 1 - c r )1）小注入光生載流子濃度按指數(shù)增長，最終到達定態(tài)。_1L光照結(jié)束后，打= Anse r光電導(dǎo)和濃度有同樣上升下降關(guān)系。2）強注入（弛豫過程比較復(fù)雜）打和加的情況F,截流子壽命T不再是定值光電導(dǎo)靈敏度：單位光照度所引起的光電導(dǎo)要求靈敏度高（濃度ns大），弛豫時間短長慢，短快）。光電導(dǎo)增益：光電導(dǎo)效應(yīng)的增強 - -與光電子壽命，遷移率，兩電極距離有關(guān)復(fù)合與陷進效應(yīng)：1）少數(shù)載流子陷進效應(yīng)增大了自由非平衡電子的壽命，使光電導(dǎo)明敏度增大。2）多數(shù)載流子陷進增長光電導(dǎo)上升和下降的弛豫時間，取決陷進深度。光生伏特效應(yīng)：當用適當?shù)墓庹丈浞蔷鶆虬雽?dǎo)體（pn結(jié)）時，由內(nèi)電

31、場作用,半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動勢，這種由內(nèi)電場引起的光電效應(yīng)。（研究少數(shù)載流子運動）pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)：光生少流子運動，是P端電勢升高，n端電勢降低，產(chǎn)生先生電動勢相當于pn接兩端加正向電壓（勢壘降低）光電池的電流電壓：3電流，光生電流Il （N-P方向），pn結(jié)正向電流If,外電負載：j-修再研1,（對旬在pn結(jié)阡路情況NR=8）,兩端的電壓即為開路電壓匕（如將pn鰭附躋因而這時所得的電流為短路電流Q等于光生電流隨光強增大，Voc最大達到結(jié)勢壘電流線性增長，電壓指數(shù)增長半導(dǎo)體發(fā)光：電子從高能級向低能級躍遷，伴隨著發(fā)射光子（光輻射釋放能量）（系統(tǒng)必須處于非平衡狀態(tài)）輻射躍遷：電子從高能級向低能級

32、躍遷，必定釋放一定的能量，發(fā)射光子。三種：1）有雜質(zhì)或缺陷參與的躍遷2）帶與帶之間的躍遷3）熱載流子在帶內(nèi)的躍遷本征躍遷（帶與帶之間的躍遷）:導(dǎo)帶的電子躍遷到價帶，與價帶空穴復(fù).二&-合,伴隨著發(fā)射光子直接帶隙半導(dǎo)體：直接躍遷，效率高間接帶隙半導(dǎo)體：間接躍遷，發(fā)光微弱非本征躍遷：電子從導(dǎo)帶躍遷到雜質(zhì)能級，或雜質(zhì)能級上的電子躍遷入價帶， 或電子在雜質(zhì)能級之間的躍遷，都可以引起發(fā)光。（施主與受主雜質(zhì)之間的躍遷，效率高，發(fā)光二極管多屬）俄歇過程（非輻射）：電子從高能級向低能級躍遷時，可以將多余的能量傳給第三個載流子，使其受激發(fā)躍遷到更高能級。復(fù)合時，也可以將能量轉(zhuǎn)化為晶格振動，伴隨發(fā)射聲子的無輻射復(fù)

33、合過程發(fā)光效率：UI%1-工+_,五輜肘復(fù)合壽循心Tnr r rhr只有當二口時，才能荻得有效的光子發(fā)射電致發(fā)光激發(fā)機構(gòu)：1） pn結(jié)注入發(fā)光加正電壓，勢壘減小，擴散大，非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光（輻射復(fù)合。）2）異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光提高少數(shù)載流子注入效率半導(dǎo)體激光自發(fā)輻射：不受外界因素作用，原子自發(fā)地從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)引起的光子發(fā)射過程。（激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定）光輻射隨機受激輻射：在光輻射的刺激下，受激原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的輻射過程。（光輻射與入射光輻射完全相同）光量子放大：由系統(tǒng)發(fā)射的某能量的光子數(shù)大于進入系統(tǒng)的同樣能量的光子數(shù)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：處于激發(fā)態(tài)（高能級）的原子數(shù)大于處于基態(tài)（低能級）

34、的原子數(shù)。（分布反轉(zhuǎn)）Ef口一 Epp 如Eg受激輻射超過吸收條件: pn結(jié)激光器（激光二極管）1）注入機構(gòu)（重摻雜）載流子的抽運（泵）：由外界輸入能量，使電子不斷激發(fā)到高能級。形成分布反轉(zhuǎn)區(qū)（導(dǎo)帶電子濃度和價帶空穴濃度很高）2）激光產(chǎn)生非平衡電子-空穴復(fù)合，釋放光子，引起其他電子-空穴受激輻射，產(chǎn)生更多光子。3）共振腔（反射）閾值：增益等于損耗是的注入電流密度。光譜：低于閾值電流時，輻射主要是自發(fā)輻射，譜線寬，隨電流增大，受激輻射增強，譜線變窄。接近閾值電流，譜線出現(xiàn)一系列峰值。激光形成條件:形成分布反轉(zhuǎn).使受激輻射占優(yōu)勢；n有共振腔.以實現(xiàn)光成干放大；至少達到閾值電流密度.使增益至少等于

35、損耗。11.半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)賽貝克效應(yīng)：當兩個不同導(dǎo)體兩端相接，組成閉合線路，如兩個接頭具有不同溫度，則線路中便有電流，這種電流稱為溫差電流，環(huán)路組成溫差電 偶，產(chǎn)生溫差電動勢。珀耳貼效應(yīng)：兩個不同半導(dǎo)體連接后通以電流，在接頭處便有吸熱或放熱現(xiàn)象。湯姆遜效應(yīng)：當存在溫度梯度的均勻?qū)w中通有電流時， 導(dǎo)體中除了產(chǎn)生和電阻相關(guān)的焦耳熱外，還要吸收或放出熱量。一種載流子的絕對溫差電動勢率：n型半導(dǎo)體叫“的尹-去拜一噴（電場熱到冷）p型半導(dǎo)體（電場冷到熱）兩種載流子的絕對溫差電動勢率:兩種材料的溫差電動勢率:1）具不同雜質(zhì)濃度的同一種材料（n型半導(dǎo)體）2）具不同雜質(zhì)濃度的同一種材料（p型半導(dǎo)體）/*b

36、3）金屬-半導(dǎo)體金屬載流子濃度不隨溫度變化，費米能級基本不變。溫差電動勢率小。半導(dǎo)體的熱導(dǎo)率:1）晶體的熱傳導(dǎo)可以通過載流子，也可以通過品格的熱振動，即通過聲子。2）金屬的熱傳導(dǎo)主要通過電子運動。3）絕緣體的熱傳導(dǎo)依靠格波傳播，即聲子的運動。載流子對熱傳導(dǎo)貢獻:一種載流子：溫度梯度 載流子高溫端低溫端兩種載流子：溫度梯度電子空穴電子擴散大于空穴 產(chǎn)生電場,兩者一同運動 雙極擴散 復(fù)合載流子不斷減少 釋放能量激子的產(chǎn)生、運動和復(fù)合，將能量由高溫處傳向低溫處。聲子對傳導(dǎo)貢獻：半導(dǎo)體中熱傳導(dǎo)絕大部分是聲子貢獻， 即品格振動。（擴散、碰撞、非線性）14p0c 丁，亦即需產(chǎn)專9.半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)同質(zhì)結(jié)：由

37、同種半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)。異質(zhì)結(jié)：由不同種半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)。|p.nGe.Si, n.pGe.GaAs1）反型異質(zhì)結(jié)：導(dǎo)電類型相反n-nGe-Sii p-pGe-GaAs2）同型異質(zhì)結(jié)：導(dǎo)電類型相同1）突變型異質(zhì)結(jié)（界面過渡窄）2）緩變型異質(zhì)結(jié)（界面過渡長）突變型異質(zhì)結(jié)能帶圖f 1It/二乒一：號工一% F一能帶彎曲，形成尖峰和凹口” 一能帶在界面處不連續(xù) 一界面處內(nèi)建電場不連續(xù)，要考慮 材料介電常數(shù)的不同 一結(jié)兩邊都是耗盡層ni L/f %凹口依晨 以嗚4M4崢號 1ie工N , % 西當=十七工二？廠才2此斗也一一與】|4；1不考慮界面態(tài)情況.突變反型異質(zhì)結(jié)的能帶圖 真空能級不考慮

38、界面態(tài)情況，突變同型異質(zhì)結(jié)的能帶圖真空能級真空能級%二 r1Ag乂-七7/ d d i正 + ，=S2 - Eg一同型異質(zhì)結(jié)中.一般必有一邊成為積累層，而另一邊形成耗盡層 考慮界面態(tài)情況T巴丁極限一表面費米能級位于禁帶寬度的約3處n型給界面 電子，遠離費 米能級，上翹7哇2EQS fFaE一對于n型半導(dǎo)體.對于P型半導(dǎo)體.懸掛鍵起受主作用懸掛鍵起施主作用一懸掛鍵使半導(dǎo)體表面區(qū)域耗盡p型接收界 面電子，耗盡 遠離費米能 級，下翹考慮界面態(tài)情況.施主型懸掛雉對應(yīng)的異質(zhì)結(jié)能帶圖一施主型懸掛鍵向結(jié)界面兩邊同時提供電子，造成P型半導(dǎo)體耗 盡,n型半導(dǎo)體積累.結(jié)果是兩邊的能帶都下彎-受主型懸掛鍵向結(jié)界面兩

39、邊同時提供空穴，造成p型半導(dǎo)體積 累.n型半導(dǎo)體耗盡*結(jié)果是兩邊的能帶都上彎12.半導(dǎo)體磁和壓阻效應(yīng)霍爾效應(yīng)：當電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時， 在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會產(chǎn)生一個橫向電場，出現(xiàn)電勢差。一種載流子的霍爾效應(yīng)：qEv - qvxBz = 0橫向電場與洛倫茲力相抵消，達到穩(wěn)態(tài)p型半導(dǎo)體即=二0如東。n型半導(dǎo)體-JKTan % = %及旦，Tan &= 11。n 型，np, 020 本征，p = n = Rh = 0? (1 + 5)- %3 p型，Rh有正有負零點p-危二。磁阻效應(yīng)：在于電流垂直的方向加磁場后，沿外加電場方向的電流密度有所下降,即半導(dǎo)體電阻增大。（材料

40、電阻率隨磁場增大）壓阻效應(yīng)：對半導(dǎo)體施加應(yīng)力時，半導(dǎo)體的電阻率要發(fā)生變化。單軸應(yīng)力：最簡單的形變是沿某一方向進行縱向拉伸或壓縮。液體凈壓強作用下的效應(yīng)：1）品格間距減小，禁帶寬度發(fā)生變化，對于本征半導(dǎo)體，濃度發(fā)生較大變化，電導(dǎo)率改變。（本征濃度降低，電導(dǎo)率減少）2）錯和神化錢隨壓強增大，禁帶寬度增大，而硅隨壓強增大，禁帶降低。單軸拉伸或壓縮下的效應(yīng)：1）對稱性發(fā)生改變，各項異性，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化2）遷移率的改變對電導(dǎo)率的影響名詞解釋共有化運動： 原子組成晶體后， 由于電子殼層的交疊， 電子不再完全局限在某一個原子上，可以由一個原于轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，電子可以在整個晶體中運動 。布里淵區(qū)： 晶

41、體中電子的所有運動狀態(tài)都可以由 K 空間一個有限區(qū)域描述。費米能級： 當系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)， 也不對外界做功的情況下， 系統(tǒng)中增加一個電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。費米能級是T=0K 時電子系統(tǒng)中電子占據(jù)態(tài)和未占據(jù)態(tài)的分界線， 是T=0K 電子所具有的最高能量。標志了電子填充水平陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)能級積累非平衡載流子的作用。擴散電容：由于擴散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)： 半導(dǎo)體在受到光照射時，光生少數(shù)載流子的運動，使P 端電勢升高， n 端電勢降低，產(chǎn)生光生電動勢（相當于 pn 結(jié)兩端加正向電壓，勢壘降低） 。非平衡載流子： 處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體， 可以比平衡狀態(tài)多出一部分。 比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。遷移率： 單位電場強度載流子平均漂移速度。雜質(zhì)電離： 電子脫離雜質(zhì)原子的的束縛成為導(dǎo)電電子的過程。雜質(zhì)補償作用： 施主和受主雜質(zhì)之間的相互抵消作用。雜質(zhì)高度補償： 施主電子剛好能填充受主能級， 雖然雜質(zhì)多