半導(dǎo)體物理學(xué)(第七版)-2016-5

半導(dǎo)體物理學(xué)(第七版)-2016-5第一頁，共315頁。半導(dǎo)體物理學(xué)第二頁，共315頁。任課老師：劉城芳辦公地點(diǎn)：教五-101電子郵箱：第三頁，共315頁。半導(dǎo)體物理學(xué)教材:《半導(dǎo)體物理學(xué)》(第七版)，劉恩科等編著，電子工業(yè)出版社參考書：《半導(dǎo)體物理與器件》（第三版），DonaldA.Neamen著，電子工業(yè)出版社

第四頁，共315頁。課程考核辦法

:本課程采用閉卷考試方式?？傇u(píng)成績由平時(shí)成績和期末成績組成。平時(shí)成績占總評(píng)的30%，期末成績占總評(píng)的70%。平時(shí)成績從作業(yè)、上課出勤率等方面進(jìn)行考核。

半導(dǎo)體物理學(xué)第五頁，共315頁。半導(dǎo)體物理課程是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。半導(dǎo)體物理知識(shí)是一把開啟電子材料與器件、光電子材料與器件的鑰匙。半導(dǎo)體物理課程也是一門有趣的課程，它可以像魔術(shù)師般把電、熱、聲、光、磁、力等物理現(xiàn)象有機(jī)聯(lián)系在一起。半導(dǎo)體概要第六頁，共315頁。半導(dǎo)體的發(fā)展史半導(dǎo)體概要金屬半導(dǎo)體接觸1874年Braun發(fā)現(xiàn)了金屬(如銅、鐵)與半導(dǎo)體接觸時(shí)電流傳導(dǎo)的非對(duì)稱性，用于早期的收音機(jī)檢波器材；1906年P(guān)ickard制作了硅點(diǎn)接觸檢波器；1907年P(guān)ierce向半導(dǎo)體上濺射金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)了二極管整流特性；1935年硒整流器和點(diǎn)接觸二極管大量應(yīng)用；1942年Bethe提出熱離子發(fā)射理論；1947年12月貝爾實(shí)驗(yàn)室WilliamShockley、JohnBardeen、WalterBrattain制作出第一個(gè)晶體管。第七頁，共315頁。半導(dǎo)體概要集成電路1958年9月TexasInstrument(TI)JackKilby在鍺上實(shí)現(xiàn)了第一塊集成電路；與此同時(shí)，F(xiàn)airchild仙童半導(dǎo)體公司RobertNoyce用平面技術(shù)在硅上實(shí)現(xiàn)了集成電路；(雙極晶體管)上世紀(jì)60年代中期MOS晶體管集成電路開發(fā)出來，尤其是CMOS技術(shù)；摩爾定律：集成電路的集成度和存儲(chǔ)器的容量平均每18個(gè)月增長一倍(Moor,1965);集成電路制造水平基本按照該速度發(fā)展：目前12英寸0.18um已經(jīng)規(guī)模生產(chǎn)，正向0.15um、0.11um、90nm和65nm等深亞微米過渡。一個(gè)芯片所集成的晶體管數(shù)目高達(dá)108-9個(gè)，爾1946年2月世界首臺(tái)電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)占地100m2，重30噸，也只有18000個(gè)電子管。第八頁，共315頁。半導(dǎo)體器件有哪些？半導(dǎo)體概要二極管第九頁，共315頁。半導(dǎo)體器件有哪些？三極管半導(dǎo)體概要第十頁，共315頁。半導(dǎo)體器件有哪些？半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體概要第十一頁，共315頁。半導(dǎo)體概要半導(dǎo)體器件無處不在？日常生活：衣、食、住、行；學(xué)習(xí)、工作與娛樂；其他。第十二頁，共315頁。半導(dǎo)體概要制熱制冷衣第十三頁，共315頁。半導(dǎo)體概要食第十四頁，共315頁。半導(dǎo)體概要住第十五頁，共315頁。行半導(dǎo)體概要第十六頁，共315頁。半導(dǎo)體概要其他第十七頁，共315頁。固體材料分成：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體什么是半導(dǎo)體？半導(dǎo)體及其基本特性第十八頁，共315頁。第十九頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第二十頁，共315頁。半導(dǎo)體的純度和結(jié)構(gòu)

純度極高，雜質(zhì)極少。結(jié)構(gòu)第二十一頁，共315頁。晶體結(jié)構(gòu)單胞對(duì)于任何給定的晶體，可以用來形成其晶體結(jié)構(gòu)的最小單元注：（a）單胞無需是唯一的

（b）單胞無需是基本的第二十二頁，共315頁。晶體結(jié)構(gòu)三維立方單胞

簡立方、體心立方、面立方第二十三頁，共315頁。金剛石晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)原子結(jié)合形式：共價(jià)鍵形成的晶體結(jié)構(gòu)：構(gòu)成一個(gè)正四面體，具有金剛石晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體有:元素半導(dǎo)體如Si、Ge第二十四頁，共315頁。半導(dǎo)體有:

元素半導(dǎo)體如Si、Ge

金剛石晶體結(jié)構(gòu)第二十五頁，共315頁。半導(dǎo)體有:

化合物半導(dǎo)體如GaAs、InP、ZnS閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)金剛石型閃鋅礦型第二十六頁，共315頁。練習(xí)1、按半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)來分，應(yīng)用最為廣泛的是（）。2、寫出三種立方單胞的名稱，并分別計(jì)算單胞中所含的原子數(shù)。3、計(jì)算金剛石型單胞中的原子數(shù)。第二十七頁，共315頁。原子中電子的狀態(tài)和能級(jí)第二十八頁，共315頁。原子中電子的狀態(tài)和能級(jí)第二十九頁，共315頁。原子中電子的狀態(tài)和能級(jí)第三十頁，共315頁。單個(gè)電子中，電子的狀態(tài)是：總是局限在原子和周圍的局部化量子態(tài)，其能級(jí)取一系列分立的值。原子中電子的狀態(tài)和能級(jí)第三十一頁，共315頁。原子的能級(jí)分裂兩個(gè)原子的情況：第三十二頁，共315頁。原子的能級(jí)分裂孤立原子的能級(jí)4個(gè)原子能級(jí)的分裂第三十三頁，共315頁。原子的能級(jí)分裂原子能級(jí)分裂為能帶原子外殼層交疊程度最大，共有化運(yùn)動(dòng)顯著，能級(jí)分裂得很厲害，能帶很寬。第三十四頁，共315頁。Si的能帶（價(jià)帶、導(dǎo)帶和帶隙〕第三十五頁，共315頁。價(jià)帶：0K條件下被電子填充的能量的能帶導(dǎo)帶：0K條件下未被電子填充的能量的能帶帶隙：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶價(jià)帶Eg第三十六頁，共315頁。自由電子的運(yùn)動(dòng)微觀粒子具有波粒二象性平面波的波矢可描述自由電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第三十七頁，共315頁。自由電子的運(yùn)動(dòng)自由電子能量和波矢的關(guān)系第三十八頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)單電子近似：晶體中的某一個(gè)電子是在周期性排列且固定不動(dòng)的原子核勢(shì)場以及其他大量電子的平均勢(shì)場中運(yùn)動(dòng)，這個(gè)勢(shì)場也是周期性變化的，而且它的周期與晶格周期相同。第三十九頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)薛定諤方程及其解的形式布洛赫波函數(shù)布洛赫已經(jīng)證明，該方程的解為：與晶格同周期的周期性函數(shù)第四十頁，共315頁。求解一維條件下晶體中電子的薛定諤方程，可以得到如圖所示晶體中電子的E(k)~k關(guān)系：半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)第四十一頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)晶體中電子E-k關(guān)系和自由電子E-k關(guān)系對(duì)比第四十二頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)第四十三頁，共315頁。固體材料分成：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體固體材料的能帶圖第四十四頁，共315頁。半導(dǎo)體、絕緣體和導(dǎo)體第四十五頁，共315頁。半導(dǎo)體的能帶本征激發(fā)：價(jià)帶電子激發(fā)成為導(dǎo)帶電子的過程。第四十六頁，共315頁。練習(xí)1、什么是共有化運(yùn)動(dòng)？2、畫出Si原子結(jié)構(gòu)圖（畫出s態(tài)和p態(tài)并注明該能級(jí)層上的電子數(shù)）3、電子所處能級(jí)越低越穩(wěn)定。（）4、無論是自由電子還是晶體材料中的電子，他們?cè)谀程幊霈F(xiàn)的幾率是恒定不變的。（）5、分別敘述半導(dǎo)體與金屬和絕緣體在導(dǎo)電過程中的差別。第四十七頁，共315頁。半導(dǎo)體中E（K）與K的關(guān)系在導(dǎo)帶底部，波數(shù)，附近值很小，將在附近泰勒展開第四十八頁，共315頁。半導(dǎo)體中E（K）與K的關(guān)系令代入上式得第四十九頁，共315頁。自由電子的能量微觀粒子具有波粒二象性第五十頁，共315頁。自由電子的速度微觀粒子具有波粒二象性第五十一頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的平均速度在周期性勢(shì)場內(nèi)，電子的平均速度u可表示為波包的群速度第五十二頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的速度第五十三頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的加速度半導(dǎo)體中電子在一強(qiáng)度為E的外加電場作用下，外力對(duì)電子做功為電子能量的變化第五十四頁，共315頁。半導(dǎo)體中電子的加速度令即第五十五頁，共315頁。有效質(zhì)量的意義自由電子只受外力作用；半導(dǎo)體中的電子不僅受到外力的作用，同時(shí)還受半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場的作用意義：有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場的作用，使得研究半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)更為簡便（有效質(zhì)量可由試驗(yàn)測定）第五十六頁，共315頁。有效質(zhì)量的性質(zhì)第五十七頁，共315頁?？昭ㄖ挥蟹菨M帶電子才可導(dǎo)電導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴具有導(dǎo)電特性；電子帶負(fù)電-q（導(dǎo)帶底），空穴帶正電+q（價(jià)帶頂）第五十八頁，共315頁。K空間等能面在k=0處為能帶極值導(dǎo)帶底附近價(jià)帶頂附近第五十九頁，共315頁。K空間等能面以、、為坐標(biāo)軸構(gòu)成空間，空間任一矢量代表波矢導(dǎo)帶底附近第六十頁，共315頁。K空間等能面對(duì)應(yīng)于某一值，有許多組不同的，這些組構(gòu)成一個(gè)封閉面，在著個(gè)面上能量值為一恒值，這個(gè)面稱為等能量面，簡稱等能面。等能面為一球面（理想）第六十一頁，共315頁。練習(xí)第六十二頁，共315頁。練習(xí)解：(1)第六十三頁，共315頁。練習(xí)第六十四頁，共315頁。3.練習(xí)第六十五頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第六十六頁，共315頁。與理想情況的偏離晶格原子是振動(dòng)的材料含雜質(zhì)晶格中存在缺陷點(diǎn)缺陷（空位、間隙原子）線缺陷（位錯(cuò)）面缺陷（層錯(cuò)）第六十七頁，共315頁。與理想情況的偏離的影響極微量的雜質(zhì)和缺陷，會(huì)對(duì)半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響，同時(shí)也嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。1個(gè)B原子/個(gè)Si原子在室溫下電導(dǎo)率提高倍Si單晶位錯(cuò)密度要求低于第六十八頁，共315頁。與理想情況的偏離的原因理論分析認(rèn)為，雜質(zhì)和缺陷的存在使得原本周期性排列的原子所產(chǎn)生的周期性勢(shì)場受到破壞，并在禁帶中引入了能級(jí)，允許電子在禁帶中存在，從而使半導(dǎo)體的性質(zhì)發(fā)生改變。第六十九頁，共315頁。硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)例：如圖所示為一晶格常數(shù)為a的Si晶胞，求：（a）Si原子半徑（b）晶胞中所有Si原子占據(jù)晶胞的百分比解：（a）（b）第七十頁，共315頁。間隙式雜質(zhì)、替位式雜質(zhì)雜質(zhì)原子位于晶格原子間的間隙位置，該雜質(zhì)稱為間隙式雜質(zhì)。間隙式雜質(zhì)原子一般比較小，如Si、Ge、GaAs材料中的離子鋰（0.068nm）。雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格點(diǎn)處，該雜質(zhì)稱為替位式雜質(zhì)。替位式雜質(zhì)原子的大小和價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)要求與被取代的晶格原子相近。如Ⅲ、Ⅴ族元素在Si、Ge晶體中都為替位式雜質(zhì)。第七十一頁，共315頁。間隙式雜質(zhì)、替位式雜質(zhì)單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度第七十二頁，共315頁。練習(xí)1、實(shí)際情況的半導(dǎo)體材料與理想的半導(dǎo)體材料有何不同？2、雜質(zhì)和缺陷是如何影響半導(dǎo)體的特性的？第七十三頁，共315頁。雜質(zhì)的類型第七十四頁，共315頁。施主：摻入在半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如Si中的P和AsN型半導(dǎo)體半導(dǎo)體的摻雜施主能級(jí)P第七十五頁，共315頁。受主：摻入在半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如Si中的BP型半導(dǎo)體半導(dǎo)體的摻雜受主能級(jí)B第七十六頁，共315頁。第七十七頁，共315頁。半導(dǎo)體的摻雜Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在Si、Ge晶體中分別為受主和施主雜質(zhì)，它們?cè)诮麕е幸肓四芗?jí)；受主能級(jí)比價(jià)帶頂高，施主能級(jí)比導(dǎo)帶底低，均為淺能級(jí)，這兩種雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)。雜質(zhì)處于兩種狀態(tài)：中性態(tài)和離化態(tài)。當(dāng)處于離化態(tài)時(shí)，施主雜質(zhì)向?qū)峁╇娮映蔀檎娭行?；受主雜質(zhì)向價(jià)帶提供空穴成為負(fù)電中心。第七十八頁，共315頁。淺能級(jí)雜質(zhì)電離能的計(jì)算第七十九頁，共315頁。雜質(zhì)的補(bǔ)償作用半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)時(shí)，半導(dǎo)體是N型還是P型由雜質(zhì)的濃度差決定半導(dǎo)體中凈雜質(zhì)濃度稱為有效雜質(zhì)濃度（有效施主濃度；有效受主濃度）雜質(zhì)的高度補(bǔ)償（）第八十頁，共315頁。半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)，且。N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體第八十一頁，共315頁。半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)，且。P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體第八十二頁，共315頁。雜質(zhì)的補(bǔ)償作用第八十三頁，共315頁。第八十四頁，共315頁。深能級(jí)雜質(zhì)第八十五頁，共315頁。深能級(jí)雜質(zhì)鍺晶體中的深能級(jí)第八十六頁，共315頁。深能級(jí)雜質(zhì)第八十七頁，共315頁。以GaAs為例，按周期表各元素討論如下：Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雜質(zhì)能級(jí)等電子雜質(zhì)雜質(zhì)的雙性行為第八十八頁，共315頁。點(diǎn)缺陷弗倉克耳缺陷間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)肖特基缺陷只存在空位而無間隙原子間隙原子和空位這兩種點(diǎn)缺陷受溫度影響較大，為熱缺陷，它們不斷產(chǎn)生和復(fù)合，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，總是同時(shí)存在的。空位表現(xiàn)為受主作用；間隙原子表現(xiàn)為施主作用第八十九頁，共315頁。點(diǎn)缺陷在化合物半導(dǎo)體中，如果成分偏離正?；瘜W(xué)比，也會(huì)出現(xiàn)間隙原子和空位，還可能形成反結(jié)構(gòu)缺陷。第九十頁，共315頁。位錯(cuò)位錯(cuò)是半導(dǎo)體中的一種缺陷，它嚴(yán)重影響材料和器件的性能。第九十一頁，共315頁。位錯(cuò)施主情況受主情況位錯(cuò)周圍的晶格發(fā)生畸變，引起能帶結(jié)構(gòu)的變化。第九十二頁，共315頁。練習(xí)1、Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在Si、Ge晶體中為深能級(jí)雜質(zhì)。（）2、受主雜質(zhì)向價(jià)帶提供空穴成為正電中心。（）3、雜質(zhì)處于兩種狀態(tài)：（）和（）。4、以Si在GaAs中的行為為例，說明Ⅳ族雜質(zhì)在Ⅲ—Ⅴ化合物中可能出現(xiàn)的雙性行為。第九十三頁，共315頁。

5.以As摻入Ge中為例，說明什么是施主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)電離過程和n型半導(dǎo)體。練習(xí)第九十四頁，共315頁。6.練習(xí)第九十五頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第九十六頁，共315頁。熱平衡狀態(tài)在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和載流子的復(fù)合建立起一動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的載流子稱為熱平衡載流子。半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)受溫度影響，某一特定溫度對(duì)應(yīng)某一特定的熱平衡狀態(tài)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性受溫度影響劇烈。第九十七頁，共315頁。態(tài)密度的概念能帶中能量附近每單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。能帶中能量為無限小的能量間隔內(nèi)有個(gè)量子態(tài)，則狀態(tài)密度為第九十八頁，共315頁。態(tài)密度的計(jì)算狀態(tài)密度的計(jì)算單位空間的量子態(tài)數(shù)能量在空間中所對(duì)應(yīng)的體積前兩者相乘得狀態(tài)數(shù)根據(jù)定義公式求得態(tài)密度第九十九頁，共315頁?？臻g中的量子態(tài)在空間中，電子的允許能量狀態(tài)密度為，考慮電子的自旋情況，電子的允許量子態(tài)密度為，每個(gè)量子態(tài)最多只能容納一個(gè)電子。代表點(diǎn)在空間均勻分布。每個(gè)代表點(diǎn)都和體積為

的一個(gè)立方體相聯(lián)系。這些立方體之間緊密連接且沒有重疊地填充k空間。第一百頁，共315頁。態(tài)密度導(dǎo)帶底附近狀態(tài)密度（理想情況）第一百零一頁，共315頁。態(tài)密度（導(dǎo)帶底）（價(jià)帶頂）第一百零二頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)根據(jù)量子統(tǒng)計(jì)理論，服從泡利不相容原理的電子遵循費(fèi)米統(tǒng)計(jì)律對(duì)于能量為E的一個(gè)量子態(tài)被一個(gè)電子占據(jù)的概率為稱為電子的費(fèi)米分布函數(shù)空穴的費(fèi)米分布函數(shù)？物理意義：是描寫熱平衡狀態(tài)下，電子在允許的量子態(tài)上如何分布的一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。第一百零三頁，共315頁。費(fèi)米分布函數(shù)

稱為費(fèi)米能級(jí)或費(fèi)米能量溫度導(dǎo)電類型雜質(zhì)含量能量零點(diǎn)的選取處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)只要知道了EF，在一定溫度下，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布也就完全確定了第一百零四頁，共315頁。費(fèi)米分布函數(shù)當(dāng)時(shí)若，則若，則在熱力學(xué)溫度為0度時(shí)，費(fèi)米能級(jí)可看成量子態(tài)是否被電子占據(jù)的一個(gè)界限

當(dāng)時(shí)若，則若，則若，則費(fèi)米能級(jí)是量子態(tài)基本上被電子占據(jù)或基本上是空的一個(gè)標(biāo)志第一百零五頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)第一百零六頁，共315頁。玻爾茲曼分布函數(shù)當(dāng)時(shí)，由于，所以費(fèi)米分布函數(shù)轉(zhuǎn)化為稱為電子的玻爾茲曼分布函數(shù)第一百零七頁，共315頁。玻爾茲曼分布函數(shù)空穴的玻爾茲曼分布函數(shù)第一百零八頁，共315頁。玻爾茲曼分布函數(shù)第一百零九頁，共315頁。玻爾茲曼分布函數(shù)第一百一十頁，共315頁。玻爾茲曼分布函數(shù)導(dǎo)帶中電子分布可用電子的玻爾茲曼分布函數(shù)描寫（絕大多數(shù)電子分布在導(dǎo)帶底）；價(jià)帶中的空穴分布可用空穴的玻爾茲曼分布函數(shù)描寫（絕大多數(shù)空穴分布在價(jià)帶頂）服從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)律的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)；服從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)律的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)費(fèi)米統(tǒng)計(jì)律與玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)律的主要差別：前者受泡利不相容原理的限制第一百一十一頁，共315頁。練習(xí)1、空穴占據(jù)費(fèi)米能級(jí)的概率在各種溫度下總是1/2。（）2、費(fèi)米能級(jí)位置較高，說明有較多的能量較高的量子態(tài)上有電子。（）3、能量為E的一個(gè)量子態(tài)被一個(gè)空穴占據(jù)的概率為（）。4、為什么電子分布在導(dǎo)帶底，空穴分布在價(jià)帶頂？第一百一十二頁，共315頁。導(dǎo)帶中的電子濃度第一百一十三頁，共315頁。導(dǎo)帶中的電子濃度中間變量第一百一十四頁，共315頁。導(dǎo)帶中的電子濃度導(dǎo)帶寬度的典型值一般，，所以，因此，，積分上限改為并不影響結(jié)果。由此可得導(dǎo)帶中電子濃度為Nc為導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度第一百一十五頁，共315頁。價(jià)帶中的空穴濃度同理得價(jià)帶中的空穴濃度Nv為價(jià)帶的有效狀態(tài)密度第一百一十六頁，共315頁。能帶中的載流子濃度第一百一十七頁，共315頁。能帶中的載流子濃度第一百一十八頁，共315頁。能帶中的載流子濃度第一百一十九頁，共315頁。載流子濃度乘積熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體中，只依賴于溫度和半導(dǎo)體材料的種類（有效質(zhì)量和禁帶寬度）；在一定的溫度下，對(duì)于確定的半導(dǎo)體材料，乘積是一定的，如果電子濃度增大，空穴濃度就會(huì)減?。环粗嗳坏谝话俣?，共315頁。本征半導(dǎo)體載流子濃度本征半導(dǎo)體無任何雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體第一百二十一頁，共315頁。半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)第一百二十二頁，共315頁。半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)第一百二十三頁，共315頁。電中性方程第一百二十四頁，共315頁。本征費(fèi)米能級(jí)電中性方程第一百二十五頁，共315頁。對(duì)于Si，Ge，GaAs，在室溫（300k）下，第二項(xiàng)可以忽略。可以認(rèn)為本征費(fèi)米能級(jí)位于禁帶的中央：本征費(fèi)米能級(jí)第一百二十六頁，共315頁。本征載流子濃度（適用于本征半導(dǎo)體）本征半導(dǎo)體的載流子濃度與半導(dǎo)體本身的能帶結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)。第一百二十七頁，共315頁。本征載流子濃度第一百二十八頁，共315頁。2.半導(dǎo)體材料的ni隨溫度的升高而迅速增加。1.不同的半導(dǎo)體材料，在一定溫度下，Eg越大，

ni越小。本征載流子濃度3.每一種半導(dǎo)體材料制成的器件有一定的極限工作溫度，超過這一溫度后，器件就失效了。第一百二十九頁，共315頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度一個(gè)能級(jí)能容納自旋方向相反的兩個(gè)電子雜質(zhì)能級(jí)只能是下面兩種情況之一被一個(gè)有任一自旋方向的電子占據(jù)不接受電子第一百三十頁，共315頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度第一百三十一頁，共315頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度施主能級(jí)上的電子濃度（沒電離的施主濃度）受主能級(jí)上的電子濃度（沒電離的受主濃度）第一百三十二頁，共315頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度電離施主濃度電離受主濃度第一百三十三頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十四頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十五頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十六頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十七頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十八頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百三十九頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十一頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十二頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十三頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十四頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十五頁，共315頁。n型半導(dǎo)體的載流子濃度第一百四十六頁，共315頁。n和p的其他變換公式本征半導(dǎo)體時(shí)，

第一百四十七頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)對(duì)摻雜半導(dǎo)體，第一百四十八頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)接近室溫時(shí)第一百四十九頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)第一百五十頁，共315頁。簡并半導(dǎo)體第一百五十一頁，共315頁。簡并半導(dǎo)體與非簡并半導(dǎo)體的區(qū)別：簡并半導(dǎo)體第一百五十二頁，共315頁。簡并半導(dǎo)體的載流子濃度第一百五十三頁，共315頁。通過費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于帶邊的位置判斷是否簡并簡并化條件第一百五十四頁，共315頁。查出簡并化條件第一百五十五頁，共315頁。在室溫下，簡并半導(dǎo)體中的雜質(zhì)只有很少一部分電離。簡并化條件第一百五十六頁，共315頁。禁帶變窄效應(yīng)第一百五十七頁，共315頁。小結(jié)第一百五十八頁，共315頁。小結(jié)第一百五十九頁，共315頁。小結(jié)第一百六十頁，共315頁。小結(jié)第一百六十一頁，共315頁。小結(jié)第一百六十二頁，共315頁。練習(xí)第一百六十三頁，共315頁。練習(xí)第一百六十四頁，共315頁。練習(xí)第一百六十五頁，共315頁。n0Nc練習(xí)第一百六十六頁，共315頁。練習(xí)第一百六十七頁，共315頁。練習(xí)第一百六十八頁，共315頁。練習(xí)第一百六十九頁，共315頁。10.以施主雜質(zhì)電離90%作為強(qiáng)電離的標(biāo)準(zhǔn)，求摻砷的n型鍺在300K時(shí)，以雜質(zhì)電離為主的飽和區(qū)摻雜質(zhì)的濃度范圍？練習(xí)第一百七十頁，共315頁。練習(xí)第一百七十一頁，共315頁。第一百七十二頁，共315頁。第一百七十三頁，共315頁。練習(xí)第一百七十四頁，共315頁。第一百七十五頁，共315頁。練習(xí)第一百七十六頁，共315頁。練習(xí)第一百七十七頁，共315頁。第一百七十八頁，共315頁。第一百七十九頁，共315頁。練習(xí)第一百八十頁，共315頁。練習(xí)第一百八十一頁，共315頁。練習(xí)第一百八十二頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第一百八十三頁，共315頁。載流子輸運(yùn)半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)有三種形式：漂移擴(kuò)散產(chǎn)生和復(fù)合第一百八十四頁，共315頁。歐姆定律金屬導(dǎo)體外加電壓，電流強(qiáng)度為電流密度為第一百八十五頁，共315頁。歐姆定律均勻?qū)w外加電壓，電場強(qiáng)度為電流密度為歐姆定律的微分形式第一百八十六頁，共315頁。漂移電流漂移運(yùn)動(dòng)當(dāng)外加電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子受到電場力的作用而沿電場的反方向作定向運(yùn)動(dòng)（定向運(yùn)動(dòng)的速度稱為漂移速度）電流密度

第一百八十七頁，共315頁。漂移速度漂移速度第一百八十八頁，共315頁。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率半導(dǎo)體中的導(dǎo)電作用為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的總和當(dāng)電場強(qiáng)度不大時(shí)，滿足，故可得半導(dǎo)體中電導(dǎo)率為第一百八十九頁，共315頁。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體第一百九十頁，共315頁。Question導(dǎo)體在外加電場作用下，導(dǎo)體內(nèi)載流子的漂移電流有兩種表達(dá)形式恒定不斷增大第一百九十一頁，共315頁。熱運(yùn)動(dòng)在無電場作用下，載流子永無停息地做著無規(guī)則的、雜亂無章的運(yùn)動(dòng)，稱為熱運(yùn)動(dòng)晶體中的碰撞和散射引起凈速度為零，并且凈電流為零平均自由時(shí)間為第一百九十二頁，共315頁。熱運(yùn)動(dòng)當(dāng)有外電場作用時(shí)，載流子既受電場力的作用，同時(shí)不斷發(fā)生散射載流子在外電場的作用下為熱運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的疊加，因此電流密度是恒定的第一百九十三頁，共315頁。散射的原因載流子在半導(dǎo)體內(nèi)發(fā)生撒射的根本原因是周期性勢(shì)場遭到破壞附加勢(shì)場使得能帶中的電子在不同狀態(tài)間躍遷，并使得載流子的運(yùn)動(dòng)速度及方向均發(fā)生改變，發(fā)生散射行為。第一百九十四頁，共315頁。電離雜質(zhì)的散射雜質(zhì)電離的帶電離子破壞了雜質(zhì)附近的周期性勢(shì)場，它就是使載流子散射的附加勢(shì)場散射概率代表單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)載流子受到散射的次數(shù)電離施主散射電離受主散射第一百九十五頁，共315頁。晶格振動(dòng)的散射格波形成原子振動(dòng)的基本波動(dòng)格波波矢對(duì)應(yīng)于某一q值的格波數(shù)目不定，一個(gè)晶體中格波的總數(shù)取決于原胞中所含的原子數(shù)Si、Ge半導(dǎo)體的原胞含有兩個(gè)原子，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)q就有六個(gè)不同的格波，頻率低的三個(gè)格波稱為聲學(xué)波，頻率高的三個(gè)為光學(xué)波長聲學(xué)波（聲波）振動(dòng)在散射前后電子能量基本不變，稱為彈性散射；光學(xué)波振動(dòng)在散射前后電子能量有較大的改變，稱為非彈性散射第一百九十六頁，共315頁。晶格振動(dòng)的散射聲學(xué)波散射在能帶具有單一極值的半導(dǎo)體中起主要散射作用的是長波在長聲學(xué)波中，只有縱波在散射中起主要作用，它會(huì)引起能帶的波形變化聲學(xué)波散射概率光學(xué)波散射在低溫時(shí)不起作用，隨著溫度的升高，光學(xué)波的散射概率迅速增大第一百九十七頁，共315頁。練習(xí)1、載流子的熱運(yùn)動(dòng)在半導(dǎo)體內(nèi)會(huì)構(gòu)成電流。（）

2、在半導(dǎo)體中，載流子的三種輸運(yùn)方式為（）、（）和（）。3、載流子在外電場的作用下是（）和（）兩種運(yùn)動(dòng)的疊加，因此電流密度大?。ǎ?、什么是散射

第一百九十八頁，共315頁。

與的關(guān)系N個(gè)電子以速度沿某方向運(yùn)動(dòng)，在時(shí)刻未遭到散射的電子數(shù)為，則在時(shí)間內(nèi)被散射的電子數(shù)為因此第一百九十九頁，共315頁。

與的關(guān)系上式的解為則被散射的電子數(shù)為第二百頁，共315頁。

與的關(guān)系在時(shí)間內(nèi)被散射的所有電子的自由時(shí)間為，這些電子自由時(shí)間的總和為，則個(gè)電子的平均自由時(shí)間可表示為第二百零一頁，共315頁。

、與的關(guān)系平均漂移速度為第二百零二頁，共315頁。

、與的關(guān)系N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體第二百零三頁，共315頁。

與及的關(guān)系電離雜質(zhì)散射聲學(xué)波散射光學(xué)波散射第二百零四頁，共315頁。

與及的關(guān)系電離雜質(zhì)散射聲學(xué)波散射光學(xué)波散射第二百零五頁，共315頁。影響遷移率的因素與散射有關(guān)晶格散射電離雜質(zhì)散射第二百零六頁，共315頁。第二百零七頁，共315頁。N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電阻率第二百零八頁，共315頁。電阻率與摻雜的關(guān)系N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體第二百零九頁，共315頁。電阻率與溫度的關(guān)系本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電阻率隨溫度增加而單調(diào)地下降雜質(zhì)半導(dǎo)體（區(qū)別于金屬）第二百一十頁，共315頁。速度飽和在低電場作用下，載流子在半導(dǎo)體中的平均漂移速度v與外加電場強(qiáng)度E呈線性關(guān)系；隨著外加電場的不斷增大，兩者呈非線性關(guān)系，并最終平均漂移速度達(dá)到一飽和值，不隨E變化。n-Ge:第二百一十一頁，共315頁。耿氏效應(yīng)耿氏效應(yīng)n-GaAs外加電場強(qiáng)度超過時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電流以的頻率發(fā)生振蕩第二百一十二頁，共315頁。練習(xí)一、判斷1、在半導(dǎo)體中，原子最外層電子的共有化運(yùn)動(dòng)最顯著。（）2、不同的k值可標(biāo)志自由電子的不同狀態(tài)，但它不可標(biāo)志晶體中電子的共有化狀態(tài)。（）3、空位表現(xiàn)為施主作用，間隙原子表現(xiàn)為受主作用。（）4、半導(dǎo)體中兩種載流子數(shù)目相同的為高純半導(dǎo)體。（）第二百一十三頁，共315頁。練習(xí)二、填空1、半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)可分為（）、（）、（），應(yīng)用最為廣泛的是（）。2、金剛石型單胞的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為（），金剛石型為（）對(duì)稱性，閃鋅礦型結(jié)構(gòu)為（）對(duì)稱性，纖鋅礦型為（）對(duì)稱性。3、導(dǎo)帶和價(jià)帶間間隙稱為（），Si的禁帶寬度為（），Ge為（），GaAs為（）。4、固體按其導(dǎo)電性可分為（）、（）、（）。第二百一十四頁，共315頁。練習(xí)5、雜質(zhì)總共可分為兩大類（）和（），施主雜質(zhì)為（），受主雜質(zhì)為（）。6、施主雜質(zhì)向（）帶提供（）成為（）電中心；受主雜質(zhì)向（）帶提供（）成為（）電中心。7、熱平衡時(shí)，能級(jí)E處的空穴濃度為（）。8、在半導(dǎo)體中，載流子的三種輸運(yùn)方式為（）、（）和（）。第二百一十五頁，共315頁。練習(xí)三、簡答1、單胞的概念及兩大注意點(diǎn)？2、三種立方單胞的名稱？3、引入有效質(zhì)量的原因及意義？4、的物理含義？5、費(fèi)米分布函數(shù)與玻耳茲曼分布函數(shù)的最大區(qū)別？6、在外加電場E作用下，為什么半導(dǎo)體內(nèi)載流子的漂移電流恒定，試從載流子的運(yùn)動(dòng)角度說明。7、在室溫下，熱平衡時(shí)，Si半導(dǎo)體中，，求半導(dǎo)體中的電子和空穴濃度。第二百一十六頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第二百一十七頁，共315頁。平衡載流子在某以熱平衡狀態(tài)下的載流子稱為平衡載流子非簡并半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的判據(jù)式（只受溫度T影響）第二百一十八頁，共315頁。由于受外界因素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為過剩載流子，也稱為非平衡載流子過剩載流子非平衡載流子的光注入第二百一十九頁，共315頁。平衡載流子滿足費(fèi)米－狄拉克統(tǒng)計(jì)分布過剩載流子不滿足費(fèi)米－狄拉克統(tǒng)計(jì)分布且公式不成立載流子的產(chǎn)生和復(fù)合：電子和空穴增加和消失的過程過剩載流子第二百二十頁，共315頁。過剩載流子和電中性平衡時(shí)過剩載流子電中性：第二百二十一頁，共315頁。小注入條件小注入條件：注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)載流子濃度小的多N型材料P型材料第二百二十二頁，共315頁。小注入條件例：室溫下一受到微擾的摻雜硅，判斷其是否滿足小注入條件？解：滿足小注入條件！（）注：（1）即使在小注入的情況下，非平衡少數(shù)載流子濃度還是可以比平衡少數(shù)載流子濃度大的多（2）非平衡少數(shù)載流子起重要作用，非平衡載流子都指非平衡少數(shù)載流子第二百二十三頁，共315頁。非平衡載流子壽命假定光照產(chǎn)生和，如果光突然關(guān)閉，和將隨時(shí)間逐漸衰減直至0，衰減的時(shí)間常數(shù)稱為壽命，也常稱為少數(shù)載流子壽命

單位時(shí)間內(nèi)非平衡載流子的復(fù)合概率非平衡載流子的復(fù)合率第二百二十四頁，共315頁。復(fù)合n型材料中的空穴當(dāng)時(shí)，，故壽命標(biāo)志著非平衡載流子濃度減小到原值的1/e所經(jīng)歷的時(shí)間；壽命越短，衰減越快第二百二十五頁，共315頁。費(fèi)米能級(jí)熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體中有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)是熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志第二百二十六頁，共315頁。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)

當(dāng)半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)被打破時(shí)，新的熱平衡狀態(tài)可通過熱躍遷實(shí)現(xiàn)，但導(dǎo)帶和價(jià)帶間的熱躍遷較稀少導(dǎo)帶和價(jià)帶各自處于平衡態(tài)，因此存在導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)，稱其為“準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)”第二百二十七頁，共315頁。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)

注：非平衡載流子越多，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離就越遠(yuǎn)。在非平衡態(tài)時(shí)，一般情況下，少數(shù)載流子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離費(fèi)米能級(jí)較大第二百二十八頁，共315頁。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)

注：兩種載流子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離的情況反映了半導(dǎo)體偏離熱平衡狀態(tài)的程度第二百二十九頁，共315頁。產(chǎn)生和復(fù)合產(chǎn)生電子和空穴（載流子）被創(chuàng)建的過程產(chǎn)生率（G）：單位時(shí)間單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)數(shù)復(fù)合電子和空穴（載流子）消失的過程復(fù)合率（R）：單位時(shí)間單位體積內(nèi)復(fù)合掉的電子—空穴對(duì)數(shù)產(chǎn)生和復(fù)合會(huì)改變載流子的濃度，從而間接地影響電流第二百三十頁，共315頁。復(fù)合直接復(fù)合間接復(fù)合Auger復(fù)合（禁帶寬度小的半導(dǎo)體材料）（窄禁帶半導(dǎo)體及高溫情況下）（具有深能級(jí)雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料）第二百三十一頁，共315頁。產(chǎn)生直接產(chǎn)生R-G中心產(chǎn)生載流子產(chǎn)生與碰撞電離第二百三十二頁，共315頁。練習(xí)1、一般情況下，滿足小注入條件的非平衡載流子濃度比平衡載流子濃度小。（）2、壽命標(biāo)志著非平衡載流子濃度減小到原值的（）所經(jīng)歷的時(shí)間。3、簡述小注入條件4、處于非平衡態(tài)的p型半導(dǎo)體中，和哪個(gè)距近？為什么？第二百三十三頁，共315頁。陷阱效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，雜質(zhì)能級(jí)具有積累非平衡載流子的作用，即具有一定的陷阱效應(yīng)所有雜質(zhì)能級(jí)都具有陷阱效應(yīng)具有顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)能級(jí)稱為陷阱；相應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心雜質(zhì)能級(jí)與平衡時(shí)的費(fèi)米能級(jí)重合時(shí)，最有利于陷阱作用第二百三十四頁，共315頁。擴(kuò)散粒子從高濃度向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)第二百三十五頁，共315頁。擴(kuò)散電流第二百三十六頁，共315頁。半導(dǎo)體內(nèi)總電流擴(kuò)散+漂移第二百三十七頁，共315頁。擴(kuò)散系數(shù)和遷移率的關(guān)系考慮非均勻半導(dǎo)體第二百三十八頁，共315頁。愛因斯坦關(guān)系在平衡態(tài)時(shí)，凈電流為0第二百三十九頁，共315頁。連續(xù)性方程第二百四十頁，共315頁。舉例摻雜濃度分別為(a)和的硅中的電子和空穴濃度？(b)再摻雜的Na又是多少？()第二百四十一頁，共315頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬和半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體物理學(xué)第二百四十二頁，共315頁。PN結(jié)雜質(zhì)分布PN結(jié)是同一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)P型區(qū)和N型區(qū)之間的邊界PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，了解它的工作原理有助于更好地理解器件典型制造過程合金法擴(kuò)散法第二百四十三頁，共315頁。PN結(jié)雜質(zhì)分布下面兩種分布在實(shí)際器件中最常見也最容易進(jìn)行物理分析

突變結(jié):線性緩變結(jié):淺結(jié)、重?fù)诫s（<1um）深結(jié)（>3um）或外延的PN結(jié)第二百四十四頁，共315頁。PN結(jié)的形成第二百四十五頁，共315頁。PN結(jié)中的能帶PN第二百四十六頁，共315頁。內(nèi)建電勢(shì)第二百四十七頁，共315頁。內(nèi)建電勢(shì)PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)決定于摻雜濃度ND、NA、材料禁帶寬度以及工作溫度第二百四十八頁，共315頁。能帶內(nèi)建電勢(shì)電場第二百四十九頁，共315頁。VA0條件下的突變結(jié)外加電壓全部降落在耗盡區(qū)，VA大于0時(shí)，使耗盡區(qū)勢(shì)壘下降，反之上升。即耗盡區(qū)兩側(cè)電壓為Vbi-VA第二百五十頁，共315頁。反偏PN結(jié)反偏電壓能改變耗盡區(qū)寬度嗎？第二百五十一頁，共315頁。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)第二百五十二頁，共315頁。理想二極管方程PN結(jié)正偏時(shí)第二百五十三頁，共315頁。理想二極管方程PN結(jié)反偏時(shí)第二百五十四頁，共315頁。定量方程基本假設(shè)P型區(qū)及N型區(qū)摻雜均勻分布，是突變結(jié)。電中性區(qū)寬度遠(yuǎn)大于擴(kuò)散長度。冶金結(jié)為面積足夠大的平面，不考慮邊緣效應(yīng)，載流子在PN結(jié)中一維流動(dòng)?？臻g電荷區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度,不考慮空間電荷區(qū)的產(chǎn)生—復(fù)合作用。P型區(qū)和N型區(qū)的電阻率都足夠低，外加電壓全部降落在過渡區(qū)上。第二百五十五頁，共315頁。準(zhǔn)中性區(qū)的載流子運(yùn)動(dòng)情況穩(wěn)態(tài)時(shí),假設(shè)GL=0邊界條件:圖6.4歐姆接觸邊界耗盡層邊界第二百五十六頁，共315頁。邊界條件歐姆接觸邊界耗盡層邊界(pn結(jié)定律)第二百五十七頁，共315頁。耗盡層邊界P型一側(cè)PN第二百五十八頁，共315頁。耗盡層邊界(續(xù))N型一側(cè)耗盡層邊界處非平衡載流子濃度與外加電壓有關(guān)第二百五十九頁，共315頁。準(zhǔn)中性區(qū)載流子濃度第二百六十頁，共315頁。理想二極管方程求解過程準(zhǔn)中性區(qū)少子擴(kuò)散方程求Jp(xn)求Jn(-xp)J=Jp(xn)+Jn(-xp)第二百六十一頁，共315頁。理想二極管方程(1)新的坐標(biāo):邊界條件:-xpxn0xX’第二百六十二頁，共315頁。空穴電流一般解第二百六十三頁，共315頁。電子電流P型側(cè)第二百六十四頁，共315頁。PN結(jié)電流第二百六十五頁，共315頁。PN結(jié)電流與溫度的關(guān)系第二百六十六頁，共315頁。與理想情況的偏差大注入效應(yīng)空間電荷區(qū)的復(fù)合第二百六十七頁，共315頁?？臻g電荷區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合正向有復(fù)合電流反向有產(chǎn)生電流第二百六十八頁，共315頁?？臻g電荷區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合-1反向偏置時(shí),正向偏置時(shí),計(jì)算比較復(fù)雜VA愈低，IR-G愈是起支配作用第二百六十九頁，共315頁。VAVbi時(shí)的大電流現(xiàn)象串聯(lián)電阻效應(yīng)q/kTLog(I)VA第二百七十頁，共315頁。VAVbi時(shí)的大電流現(xiàn)象-1大注入效應(yīng)大注入是指正偏工作時(shí)注入載流子密度等于或高于平衡態(tài)多子密度的工作狀態(tài)。pn≥nno第二百七十一頁，共315頁。VAVbi時(shí)的大電流現(xiàn)象-2第二百七十二頁，共315頁。VAVbi時(shí)的大電流現(xiàn)象-3VA越大,電流上升變緩第二百七十三頁，共315頁。反向擊穿電流急劇增加可逆雪崩倍增齊納過程不可逆熱擊穿第二百七十四頁，共315頁。雪崩倍增第二百七十五頁，共315頁。齊納過程產(chǎn)生了隧穿效應(yīng)E隧道穿透幾率P