1 半導(dǎo)體材料.ppt

1、,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),第一部分 半導(dǎo)體材料,半導(dǎo)體材料的相關(guān)問題 半導(dǎo)體中電子的能量和狀態(tài) 均勻半導(dǎo)體 均勻半導(dǎo)體中的電流 非均勻半導(dǎo)體 II. 若干重要概念與方程,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),半導(dǎo)體材料的相關(guān)問題 晶體中的共價鍵（或共價鍵+離子鍵）: 外層（第三殼層）電子的能量分裂為兩個能帶,Si,GaAs,InP,NaCl,CdTe,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),電子親和能、電離能和禁帶寬度,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),電子壽命,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),絕緣體、半導(dǎo)體與導(dǎo)體,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),一維空間的自由電子,h/P,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),準(zhǔn)自由電子模型,半導(dǎo)體器件原理,南京

2、大學(xué),光發(fā)射和光吸收初探, 黃金規(guī)則,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),晶體中的電子的準(zhǔn)經(jīng)典力學(xué),能帶底部,帶頂有效質(zhì)量為負(fù)：外部作用力+所有原子施加的力（已記入有效質(zhì)量中） 將帶頂?shù)膽B(tài)看成空穴，認(rèn)為空穴擁有正有效質(zhì)量，擁有正電荷。,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),本征半導(dǎo)體,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),非本征半導(dǎo)體,基本假設(shè)： （1）rn足夠大 （2）有效質(zhì)量,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),摻雜能級,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),受主與空穴,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),能帶中電子的態(tài)密度函數(shù),半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),電子與空穴按能量的分布,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),電子按能量的分布,電子的波長大約是晶格常數(shù)的40倍

3、，電子分布在整個晶體中,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),非簡并半導(dǎo)體,非簡并半導(dǎo)體,簡并n型半導(dǎo)體 簡并p型半導(dǎo)體,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),高溫與低溫下的載流子濃度,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),載流子濃度與溫度,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),雜質(zhì)導(dǎo)致的禁帶變窄,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),表觀禁帶變窄（費米能級的移動）,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),載流子遷移率（電離雜質(zhì)散射與晶格散射）,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),雜質(zhì)帶遷移率,強(qiáng)電場遷移率 速度飽和效應(yīng)：光學(xué)聲子散射過程引起,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),載流子遷移率（多子與少子）,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),載流子的產(chǎn)生與復(fù)合,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),載流子的

4、產(chǎn)生與復(fù)合,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),光吸收,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),光發(fā)射,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),光子與聲子,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),擴(kuò)散系數(shù)與少子的擴(kuò)散長度,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),準(zhǔn)費米能級（表面光照下）,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),梯度摻雜,非均勻半導(dǎo)體,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),平衡態(tài)時的費米能級處處相等,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),愛因斯坦關(guān)系,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),平衡狀態(tài)下的電流,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),非均勻組分半導(dǎo)體(Si:Ge合金）,電中性條件下的能帶圖,平衡時能帶圖,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),摻雜與組分梯度變化的半導(dǎo)體(Si:Ge合金）,平衡時能帶圖,電中性

5、條件下的能帶圖,摻雜濃度變化： 價帶和導(dǎo)帶下移 組分梯度變化： 導(dǎo)帶底下移 電子的有效凈電場增加,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),II 若干重要概念與方程,1.若干重要概念 (1) 載流子濃度與費米能級,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),（2）遷移率 高溫： 晶格散射控制（T-3/2），對載流子濃度相對不敏感； 低溫： 雜質(zhì)散射控制，強(qiáng)力依賴于載流子濃度。 MOSFET反型層中遷移率遠(yuǎn)低于體遷移率（表面遷移率）,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),（3） 擴(kuò)散電流,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),（4）薄層電阻率 （5）速度飽和,半導(dǎo)體器件原理,南京大學(xué),2. 器件中的基本方程 （1）泊松方程 （2）德拜長度(能帶對摻雜突然變化的響應(yīng)長度）,半導(dǎo)體器件原理,南