半導(dǎo)體物理學(xué)期末總復(fù)習(xí)

半導(dǎo)體物理學(xué)期末總復(fù)習(xí)第一頁，共179頁。晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶半導(dǎo)體中的電子運動和有效質(zhì)量本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機構(gòu)空穴回旋共振硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)III－V族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)II－VI族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)第二頁，共179頁。金剛石晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)原子結(jié)合形式：共價鍵形成的晶體結(jié)構(gòu)：構(gòu)成一個正四面體，具有金剛石晶體結(jié)構(gòu)第三頁，共179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四頁，共179頁。原子的能級電子殼層不同支殼層電子1s；2s，2p；3s，2p，3d；…共有化運動第五頁，共179頁。+14電子的能級是量子化的n=3四個電子n=28個電子n=12個電子SiHSi原子的能級第六頁，共179頁。原子的能級的分裂孤立原子的能級4個原子能級的分裂第七頁，共179頁。原子的能級的分裂原子能級分裂為能帶第八頁，共179頁。價帶：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)帶底與價帶頂之間的能量差半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶價帶Eg第九頁，共179頁。自由電子的運動微觀粒子具有波粒二象性第十頁，共179頁。半導(dǎo)體中電子的運動薛定諤方程及其解的形式布洛赫波函數(shù)第十一頁，共179頁。半導(dǎo)體的能帶本征激發(fā)第十二頁，共179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十三頁，共179頁。半導(dǎo)體中E（K）與K的關(guān)系令代入上式得第十四頁，共179頁。自由電子的能量微觀粒子具有波粒二象性第十五頁，共179頁。半導(dǎo)體中電子的平均速度在周期性勢場內(nèi)，電子的平均速度u可表示為波包的群速度第十六頁，共179頁。自由電子的速度微觀粒子具有波粒二象性第十七頁，共179頁。半導(dǎo)體中電子的加速度半導(dǎo)體中電子在一強度為E的外加電場作用下，外力對電子做功為電子能量的變化第十八頁，共179頁。半導(dǎo)體中電子的加速度令即第十九頁，共179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，同時還受半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用意義：有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用，使得研究半導(dǎo)體中電子的運動規(guī)律時更為簡便（有效質(zhì)量可由試驗測定）第二十頁，共179頁。空穴只有非滿帶電子才可導(dǎo)電導(dǎo)帶電子和價帶空穴具有導(dǎo)電特性；電子帶負電-q（導(dǎo)帶底），空穴帶正電+q（價帶頂）第二十一頁，共179頁。K空間等能面在k=0處為能帶極值導(dǎo)帶底附近價帶頂附近第二十二頁，共179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)帶底附近第二十三頁，共179頁。K空間等能面對應(yīng)于某一值，有許多組不同的，這些組構(gòu)成一個封閉面，在著個面上能量值為一恒值，這個面稱為等能量面，簡稱等能面。等能面為一球面（理想）第二十四頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第二十五頁，共179頁。與理想情況的偏離晶格原子是振動的材料含雜質(zhì)晶格中存在缺陷點缺陷（空位、間隙原子）線缺陷（位錯）面缺陷（層錯）第二十六頁，共179頁。與理想情況的偏離的影響極微量的雜質(zhì)和缺陷，會對半導(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，同時也嚴重影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。1個B原子/個Si原子在室溫下電導(dǎo)率提高倍Si單晶位錯密度要求低于第二十七頁，共179頁。與理想情況的偏離的原因理論分析認為，雜質(zhì)和缺陷的存在使得原本周期性排列的原子所產(chǎn)生的周期性勢場受到破壞，并在禁帶中引入了能級，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。第二十八頁，共179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)。第二十九頁，共179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)濃度第三十頁，共179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As半導(dǎo)體的摻雜施主能級第三十一頁，共179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，并成為帶負電的離子。如Si中的BP型半導(dǎo)體B半導(dǎo)體的摻雜受主能級第三十二頁，共179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)，它們在禁帶中引入了能級；受主能級比價帶頂高，施主能級比導(dǎo)帶底低，均為淺能級，這兩種雜質(zhì)稱為淺能級雜質(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，施主雜質(zhì)向?qū)峁╇娮映蔀檎娭行模皇苤麟s質(zhì)向價帶提供空穴成為負電中心。第三十三頁，共179頁。半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)，且。N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體第三十四頁，共179頁。半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)，且。P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體第三十五頁，共179頁。雜質(zhì)的補償作用半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)時，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)的高度補償（）第三十六頁，共179頁。點缺陷弗倉克耳缺陷間隙原子和空位成對出現(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，直至達到動態(tài)平衡，總是同時存在的?？瘴槐憩F(xiàn)為受主作用；間隙原子表現(xiàn)為施主作用第三十七頁，共179頁。點缺陷替位原子（化合物半導(dǎo)體）第三十八頁，共179頁。位錯位錯是半導(dǎo)體中的一種缺陷，它嚴重影響材料和器件的性能。第三十九頁，共179頁。位錯施主情況受主情況第四十頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第四十一頁，共179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)合建立起一動態(tài)平衡，這時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。第四十二頁，共179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)有個量子態(tài)，則狀態(tài)密度為第四十三頁，共179頁。態(tài)密度的計算狀態(tài)密度的計算單位空間的量子態(tài)數(shù)能量在空間中所對應(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)密度第四十四頁，共179頁。空間中的量子態(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，每個量子態(tài)最多只能容納一個電子。第四十五頁，共179頁。態(tài)密度導(dǎo)帶底附近狀態(tài)密度（理想情況）第四十六頁，共179頁。態(tài)密度（導(dǎo)帶底）（價帶頂）第四十七頁，共179頁。費米能級根據(jù)量子統(tǒng)計理論，服從泡利不相容原理的電子遵循費米統(tǒng)計律對于能量為E的一個量子態(tài)被一個電子占據(jù)的概率為稱為電子的費米分布函數(shù)空穴的費米分布函數(shù)？第四十八頁，共179頁。費米分布函數(shù)

稱為費米能級或費米能量溫度導(dǎo)電類型雜質(zhì)含量能量零點的選取處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費米能級第四十九頁，共179頁。費米分布函數(shù)當(dāng)時若，則若，則在熱力學(xué)溫度為0度時，費米能級可看成量子態(tài)是否被電子占據(jù)的一個界限

當(dāng)時若，則若，則若，則費米能級是量子態(tài)基本上被電子占據(jù)或基本上是空的一個標(biāo)志第五十頁，共179頁。玻爾茲曼分布函數(shù)當(dāng)時，由于，所以費米分布函數(shù)轉(zhuǎn)化為稱為電子的玻爾茲曼分布函數(shù)第五十一頁，共179頁。玻爾茲曼分布函數(shù)空穴的玻爾茲曼分布函數(shù)第五十二頁，共179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)空穴分布在價帶頂）服從費米統(tǒng)計律的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)；服從玻爾茲曼統(tǒng)計律的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)費米統(tǒng)計律與玻爾茲曼統(tǒng)計律的主要差別：前者受泡利不相容原理的限制第五十三頁，共179頁。導(dǎo)帶中的電子濃度在導(dǎo)帶上的間有個電子從導(dǎo)帶底到導(dǎo)帶頂對進行積分，得到能帶中的電子總數(shù)，除以半導(dǎo)體體積，就得到了導(dǎo)帶中的電子濃度

第五十四頁，共179頁。導(dǎo)帶中的電子濃度第五十五頁，共179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)帶中電子濃度為第五十六頁，共179頁。價帶中的空穴濃度同理得價帶中的空穴濃度第五十七頁，共179頁。載流子濃度乘積同理得價帶中的空穴濃度熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體中，在一定的溫度下，乘積是一定的，如果電子濃度增大，空穴濃度就會減小；反之亦然第五十八頁，共179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)體第五十九頁，共179頁。本征費米能級第六十頁，共179頁。本征載流子濃度（既適用于本征半導(dǎo)體，也適用于非簡并的雜志半導(dǎo)體）第六十一頁，共179頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度一個能級能容納自旋方向相反的兩個電子雜質(zhì)能級只能是下面兩種情況之一被一個有任一自旋方向的電子占據(jù)不接受電子第六十二頁，共179頁。雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度施主能級上的電子濃度（沒電離的施主濃度）受主能級上的電子濃度（沒電離的受主濃度）第六十三頁，共179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六十四頁，共179頁。n和p的其他變換公式本征半導(dǎo)體時，

第六十五頁，共179頁。費米能級對摻雜半導(dǎo)體，第六十六頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第六十七頁，共179頁。載流子輸運半導(dǎo)體中載流子的輸運有三種形式：漂移擴散產(chǎn)生和復(fù)合第六十八頁，共179頁。歐姆定律金屬導(dǎo)體外加電壓，電流強度為電流密度為第六十九頁，共179頁。歐姆定律均勻?qū)w外加電壓，電場強度為電流密度為歐姆定律的微分形式第七十頁，共179頁。漂移電流漂移運動當(dāng)外加電壓時，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動（定向運動的速度稱為漂移速度）電流密度

第七十一頁，共179頁。漂移速度漂移速度第七十二頁，共179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)電場強度不大時，滿足，故可得半導(dǎo)體中電導(dǎo)率為第七十三頁，共179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)體第七十四頁，共179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形式恒定不斷增大第七十五頁，共179頁。熱運動在無電場作用下，載流子永無停息地做著無規(guī)則的、雜亂無章的運動，稱為熱運動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間為第七十六頁，共179頁。熱運動當(dāng)有外電場作用時，載流子既受電場力的作用，同時不斷發(fā)生散射載流子在外電場的作用下為熱運動和漂移運動的疊加，因此電流密度是恒定的第七十七頁，共179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場遭到破壞附加勢場使得能帶中的電子在不同狀態(tài)間躍遷，并使得載流子的運動速度及方向均發(fā)生改變，發(fā)生散射行為。第七十八頁，共179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)附近的周期性勢場，它就是使載流子散射的附加勢場散射概率代表單位時間內(nèi)一個載流子受到散射的次數(shù)電離施主散射電離受主散射第七十九頁，共179頁。晶格振動的散射格波形成原子振動的基本波動格波波矢對應(yīng)于某一q值的格波數(shù)目不定，一個晶體中格波的總數(shù)取決于原胞中所含的原子數(shù)Si、Ge半導(dǎo)體的原胞含有兩個原子，對應(yīng)于每一個q就有六個不同的格波，頻率低的三個格波稱為聲學(xué)波，頻率高的三個為光學(xué)波長聲學(xué)波（聲波）振動在散射前后電子能量基本不變，稱為彈性散射；光學(xué)波振動在散射前后電子能量有較大的改變，稱為非彈性散射第八十頁，共179頁。晶格振動的散射聲學(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八十一頁，共179頁。

與的關(guān)系N個電子以速度沿某方向運動，在時刻未遭到散射的電子數(shù)為，則在時間內(nèi)被散射的電子數(shù)為因此第八十二頁，共179頁。

與的關(guān)系上式的解為則被散射的電子數(shù)為第八十三頁，共179頁。

與的關(guān)系在時間內(nèi)被散射的所有電子的自由時間為，這些電子自由時間的總和為，則個電子的平均自由時間可表示為第八十四頁，共179頁。

、與的關(guān)系平均漂移速度為第八十五頁，共179頁。

、與的關(guān)系N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體第八十六頁，共179頁。

與及的關(guān)系電離雜質(zhì)散射聲學(xué)波散射光學(xué)波散射第八十七頁，共179頁。

與及的關(guān)系電離雜質(zhì)散射聲學(xué)波散射光學(xué)波散射第八十八頁，共179頁。影響遷移率的因素與散射有關(guān)晶格散射電離雜質(zhì)散射第八十九頁，共179頁。N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電阻率第九十頁，共179頁。電阻率與摻雜的關(guān)系N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體第九十一頁，共179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）第九十二頁，共179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到一飽和值，不隨E變化。n-Ge:第九十三頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第九十四頁，共179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）第九十五頁，共179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九十六頁，共179頁。平衡載流子滿足費米－狄拉克統(tǒng)計分布過剩載流子不滿足費米－狄拉克統(tǒng)計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九十七頁，共179頁。過剩載流子和電中性平衡時過剩載流子電中性：第九十八頁，共179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的多數(shù)載流子濃度小的多N型材料P型材料第九十九頁，共179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，和將隨時間逐漸衰減直至0，衰減的時間常數(shù)稱為壽命，也常稱為少數(shù)載流子壽命

單位時間內(nèi)非平衡載流子的復(fù)合概率非平衡載流子的復(fù)合率第一百頁，共179頁。復(fù)合n型材料中的空穴當(dāng)時，，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)歷的時間；壽命越短，衰減越快第一百零一頁，共179頁。費米能級熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體中有統(tǒng)一的費米能級統(tǒng)一的費米能級是熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志第一百零二頁，共179頁。準費米能級

當(dāng)半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)被打破時，新的熱平衡狀態(tài)可通過熱躍遷實現(xiàn)，但導(dǎo)帶和價帶間的熱躍遷較稀少導(dǎo)帶和價帶各自處于平衡態(tài)，因此存在導(dǎo)帶費米能級和價帶費米能級，稱其為“準費米能級”第一百零三頁，共179頁。準費米能級

注：非平衡載流子越多，準費米能級偏離就越遠。在非平衡態(tài)時，一般情況下，少數(shù)載流子的準費米能級偏離費米能級較大第一百零四頁，共179頁。準費米能級

注：兩種載流子的準費米能級偏離的情況反映了半導(dǎo)體偏離熱平衡狀態(tài)的程度第一百零五頁，共179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）：單位時間單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的電子—空穴對數(shù)復(fù)合電子和空穴（載流子）消失的過程復(fù)合率（R）：單位時間單位體積內(nèi)復(fù)合掉的電子—空穴對數(shù)產(chǎn)生和復(fù)合會改變載流子的濃度，從而間接地影響電流第一百零六頁，共179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）（具有深能級雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料）第一百零七頁，共179頁。產(chǎn)生直接產(chǎn)生R-G中心產(chǎn)生載流子產(chǎn)生與碰撞電離第一百零八頁，共179頁。陷阱效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時，雜質(zhì)能級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)能級都具有陷阱效應(yīng)具有顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)能級稱為陷阱；相應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心雜質(zhì)能級與平衡時的費米能級重合時，最有利于陷阱作用第一百零九頁，共179頁。擴散粒子從高濃度向低濃度區(qū)域運動第一百一十頁，共179頁。擴散電流第一百一十一頁，共179頁。半導(dǎo)體內(nèi)總電流擴散+漂移第一百一十二頁，共179頁。擴散系數(shù)和遷移率的關(guān)系考慮非均勻半導(dǎo)體第一百一十三頁，共179頁。愛因斯坦關(guān)系在平衡態(tài)時，凈電流為0第一百一十四頁，共179頁。連續(xù)性方程第一百一十五頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第一百一十六頁，共179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散法第一百一十七頁，共179頁。PN結(jié)雜質(zhì)分布下面兩種分布在實際器件中最常見也最容易進行物理分析

突變結(jié):線性緩變結(jié):淺結(jié)、重摻雜（<1um）深結(jié)（>3um）或外延的PN結(jié)第一百一十八頁，共179頁。PN結(jié)的形成第一百一十九頁，共179頁。PN結(jié)中的能帶PN第一百二十頁，共179頁。內(nèi)建電勢第一百二十一頁，共179頁。內(nèi)建電勢PN結(jié)的內(nèi)建電勢決定于摻雜濃度ND、NA、材料禁帶寬度以及工作溫度第一百二十二頁，共179頁。能帶內(nèi)建電勢電場第一百二十三頁，共179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，使耗盡區(qū)勢壘下降，反之上升。即耗盡區(qū)兩側(cè)電壓為Vbi-VA第一百二十四頁，共179頁。反偏PN結(jié)反偏電壓能改變耗盡區(qū)寬度嗎？第一百二十五頁，共179頁。準費米能級第一百二十六頁，共179頁。理想二極管方程PN結(jié)正偏時第一百二十七頁，共179頁。理想二極管方程PN結(jié)反偏時第一百二十八頁，共179頁。耗盡層邊界P型一側(cè)PN第一百二十九頁，共179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)第一百三十頁，共179頁。PN結(jié)電流第一百三十一頁，共179頁。PN結(jié)電流與溫度的關(guān)系第一百三十二頁，共179頁。空間電荷區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合正向有復(fù)合電流反向有產(chǎn)生電流第一百三十三頁，共179頁。空間電荷區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合-1反向偏置時,正向偏置時,計算比較復(fù)雜VA愈低，IR-G愈是起支配作用第一百三十四頁，共179頁。VAVbi時的大電流現(xiàn)象串聯(lián)電阻效應(yīng)q/kTLog(I)VA第一百三十五頁，共179頁。VAVbi時的大電流現(xiàn)象-1大注入效應(yīng)大注入是指正偏工作時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第一百三十六頁，共179頁。VAVbi時的大電流現(xiàn)象-2第一百三十七頁，共179頁。VAVbi時的大電流現(xiàn)象-3VA越大,電流上升變緩第一百三十八頁，共179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一百三十九頁，共179頁。雪崩倍增第一百四十頁，共179頁。齊納過程產(chǎn)生了隧穿效應(yīng)E隧道穿透幾率P：隧道長度:隧道擊穿:VB<4Eg/q雪崩擊穿：VB>6Eg/q第一百四十一頁，共179頁。PN結(jié)二極管的等效電路小信號加到PN結(jié)上~+-vaVA+-PNRsGC第一百四十二頁，共179頁。反向偏置結(jié)電容也稱勢壘電容或過渡區(qū)電容第一百四十三頁，共179頁。反向偏置結(jié)電容-1第一百四十四頁，共179頁。反向偏置結(jié)電容-2耗盡近似下線性緩變結(jié)的空間電荷區(qū)電荷總量第一百四十五頁，共179頁。參數(shù)提取和雜質(zhì)分布CV測量系統(tǒng)VA1/C2Vbi第一百四十六頁，共179頁。擴散電容第一百四十七頁，共179頁。擴散電容-1表現(xiàn)為電容形式第一百四十八頁，共179頁。擴散電容-2擴散電容與正向電流成正比第一百四十九頁，共179頁。半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(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)第一百五十頁，共179頁。金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)第一百五十一頁，共179頁。金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬和半導(dǎo)體的接觸第一百五十二頁，共179頁。整流理論金屬和N型半導(dǎo)體的接觸第一百五十三頁，共179頁。擴散理論對于N型阻擋層，當(dāng)勢壘的寬度比電子的平均自由程大地多時，電子通過勢壘區(qū)要發(fā)生多次碰撞，這樣的阻擋層稱為厚阻擋層。擴散理論適用于厚阻擋第一百五十四頁，共179頁。肖特基勢壘二極管與二極管的比較相同點單向?qū)щ娦圆煌c正向?qū)〞r，pn結(jié)正向電流由少數(shù)載流子的擴散運動形成，而肖特基勢壘二極管的正向電流由半導(dǎo)體的多數(shù)載流子發(fā)生漂移運動直接進入金屬形成，因此后者比前