半導(dǎo)體物理學(xué)總復(fù)習(xí)好文檔.ppt

1、半導(dǎo)體中的電子態(tài)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)一分布半導(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)體表面和MIS結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體的純度和結(jié)構(gòu)、純度極高，雜質(zhì)1013cm-3結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、單元對于任何規(guī)定的晶體， 形成其晶體結(jié)構(gòu)的最小單位，注： (a )單元不需要是唯一的，(b )單元不需要是基本的，晶體結(jié)構(gòu)、三維立方單元單立方、體心立方、面立方、金剛石晶體結(jié)構(gòu)、金剛石結(jié)構(gòu)、原子鍵形式：構(gòu)成共價鍵的晶體結(jié)構(gòu)：正四面體，具有金剛石的金剛石晶體結(jié)構(gòu)， 半導(dǎo)體是：化合物半導(dǎo)體，例如GaAs、InP、ZnS、閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)、金剛石型閃鋅礦型、原子能級、電子殼層不同的支撐

2、殼層電子1s； 2s、2p； 3s、2p、3d； 共有化運動，14，電子的能級為量子化，n=3電子，n=2 8電子，n=1 2電子，Si，h，Si原子的能級， 原子的價帶：0K條件下電子被填充的能量的帶傳導(dǎo)帶：0K條件下電子未被填充的能量的帶隙：傳導(dǎo)帶底和價帶頂之間的能量差、半導(dǎo)體的帶構(gòu)造、傳導(dǎo)帶、價帶、Eg、自由電子的運動、微粒子是波粒二象性、半導(dǎo)體中半導(dǎo)體中的和k關(guān)系在傳導(dǎo)帶底部頻率、附近值小，在附近泰勒展開，半導(dǎo)體中的E(K )和k的關(guān)系代入上式，通過自由電子的能量、微粒子為波粒二像性、半導(dǎo)體中的電子的半導(dǎo)體中的電子的加速度、半導(dǎo)體中的電子為強(qiáng)度e的施加電場， 外力對電子作用電子能量的變

3、化，半導(dǎo)體中的電子的加速度，即有效質(zhì)量的意義，自由電子只受外力，半導(dǎo)體中的電子不僅受外力的作用，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， 研究半導(dǎo)體中電子的運動規(guī)律時更簡便(有效質(zhì)量可通過實驗測定)，只有空穴、非滿帶電子導(dǎo)電帶電子和價帶空穴具有導(dǎo)電特性的電子帶負(fù)電-q (導(dǎo)帶底)，空穴帶正電q (價帶頂)，k空間等能量面，k=0時能量帶極值，導(dǎo)帶底附近k空間等能量面、為坐標(biāo)軸構(gòu)成空間，空間的任意向量表示波箭頭等能量面為球面(理想)，半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)一分布半導(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)體表面和MIS結(jié)

4、構(gòu)，半導(dǎo)體物理學(xué)， 與理想的偏離，晶格原子在含有振動的材料雜質(zhì)的晶格中存在缺陷點缺陷(空穴、間隙原子)的線缺陷(位錯)面缺陷(層疊缺陷)與理想的偏離的影響，極微量的雜質(zhì)和缺陷，不僅決定性地影響半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，而且也嚴(yán)重地影響半導(dǎo)體器件的品質(zhì)一個b原子/個Si原子在室溫下電導(dǎo)率倍Si單晶的位錯密度的要求低，與理想背離的原因是雜質(zhì)和缺陷的存在原本周期性排列的原子破壞周期性勢場，在禁帶導(dǎo)入能級，允許在禁帶存在電子，使半導(dǎo)體的性質(zhì)變化。 間隙型雜質(zhì)、置換型雜質(zhì)、雜質(zhì)原子位于晶格原子間的間隙位置，將該雜質(zhì)稱為間隙型雜質(zhì)。 間隙型雜質(zhì)原子那樣比較小，例如Si、Ge、GaAs材料中的離子鋰(

5、0.068nm )。 雜質(zhì)原子代替晶格原子位于晶格點，將該雜質(zhì)稱為置換雜質(zhì)。 取代型雜質(zhì)原子的大小和價電子殼層結(jié)構(gòu)要求接近被取代的晶格原子。 例如，族元素Si、Ge晶體都是取代型雜質(zhì)。 間隙型雜質(zhì)、置換型雜質(zhì)、每單位體積的雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度，施主：混入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體供給導(dǎo)電性的電子，成為帶正電的離子。 例如，Si中的p和As、n型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體的摻雜、施主能級、受主：半導(dǎo)體中摻雜的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中供給導(dǎo)電性的空穴，成為帶負(fù)電的離子。 例如，Si中的b、p型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體的摻雜、受主能級、半導(dǎo)體的摻雜、族雜質(zhì)在Si、Ge結(jié)晶中分別是受主和施主雜質(zhì)，在禁帶中導(dǎo)入了能級的受主能級比帶

6、頂高，施主能級比傳導(dǎo)帶底低，均為雜質(zhì)處于中性狀態(tài)和分離狀態(tài)兩種狀態(tài)。 在脫離狀態(tài)時，從施主雜質(zhì)導(dǎo)帶供給的電子成為正的電中心，從施主雜質(zhì)導(dǎo)帶供給的電子成為正的電中心，受主雜質(zhì)向價帶供給的空穴成為負(fù)的中心。 施主和受主的雜質(zhì)同時存在于半導(dǎo)體中。 施主和受主雜質(zhì)同時存在于n型半導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體中。 p型半導(dǎo)體、p型半導(dǎo)體、雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，在半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)的情況下，根據(jù)半導(dǎo)體是n型還是p型雜質(zhì)的濃度差決定半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度(有效施主濃度； 有效受主濃度)雜質(zhì)的高度補(bǔ)償()、點缺陷、弗蘭克缺陷間隙原子和空穴對中出現(xiàn)的肖特基缺陷只存在空穴，不存在間隙原子間隙原子和空穴這兩種點缺陷是

7、溫度的影響大、熱缺陷，它們不斷發(fā)生、復(fù)合，達(dá)到動態(tài)平衡空穴表現(xiàn)為受主的間隙原子是施主作用、點缺陷、取代原子(化合物半導(dǎo)體)、位錯、位錯是半導(dǎo)體中的缺陷，對材料和器件的性能影響很大。 在位錯、施主的情況下，在半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)一分布半導(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)體表面和MIS結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體物理學(xué)、熱平衡狀態(tài)、一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和載流子的再結(jié)合取得動平衡，使此時的載流子達(dá)到熱平衡載流子半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)受到溫度的影響，一個特定的溫度對應(yīng)于一個特定的熱平衡狀態(tài)。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性強(qiáng)烈受到溫度的影響。 狀態(tài)密度概念，能帶中能量附近的

8、每單位能量間隔的量子狀態(tài)數(shù)。 當(dāng)能帶中的能量在無窮小的能量間隔處具有量化狀態(tài)時，狀態(tài)密度可以根據(jù)公式求出狀態(tài)密度，并且空間中的電子的允許能量狀態(tài)密度可以是電子在空間中的相應(yīng)體積與狀態(tài)密度的校正單元空間的量化狀態(tài)數(shù)量相乘后的狀態(tài)數(shù)。根據(jù)狀態(tài)密度、傳導(dǎo)帶底附近的狀態(tài)密度(理想情況)、狀態(tài)密度、(傳導(dǎo)帶底)、(價帶頂)、費米能級、量子統(tǒng)一校正理論，遵循泡利不相容原理的電子， 根據(jù)費米統(tǒng)一規(guī)則，將一個電子相對于能量e的一個量子狀態(tài)所占的概率稱為電子的費米分布函數(shù)空穴的費米分布函數(shù)即費米分布函數(shù)，是費米能級或費米能量溫度導(dǎo)電型雜質(zhì)含量零點的選擇統(tǒng)一為處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的費米分布函數(shù)有費米分布函數(shù)，

9、在這種情況下，熱力學(xué)溫度為0度時，如果能夠看作費米能級是否被電子占有的界限，則費米能級是量子狀態(tài)基本上被電子占有或者幾乎為空的標(biāo)記，玻爾茲曼分布函數(shù)因此被稱為電子的玻爾茲曼分布函數(shù)可以變換為玻耳茲曼分布函數(shù)、空位的玻耳茲曼分布函數(shù)、玻耳茲曼分布函數(shù)描繪的價帶中的空位分布可以用空位的玻耳茲曼分布函數(shù)描繪(大多數(shù)空位分布在價帶的頂部) 遵循費米統(tǒng)一校正律的電子系統(tǒng)稱為簡并系統(tǒng)遵循波爾茲曼統(tǒng)一校正律的電子系統(tǒng)稱為非簡并系統(tǒng)費米統(tǒng)一校正律和波爾茲曼統(tǒng)一校正律的主要區(qū)別：前者受到泡利不相容原理的限制，傳導(dǎo)帶中的電子濃度、傳導(dǎo)帶上的電子從傳導(dǎo)帶底到傳導(dǎo)帶頂對這樣得到傳導(dǎo)帶中的電子濃度，在價帶中的空穴濃度、

10、同樣價帶中的空穴濃度、載流子濃度的乘積、同樣價帶中的空穴濃度熱平衡狀態(tài)的非簡并半導(dǎo)體中，在一定的溫度下乘積是一定的，當(dāng)電子濃度增大時空穴濃度減少，相反，本征半導(dǎo)體載流子濃度、本征半導(dǎo)體沒有雜質(zhì)或缺陷本征費米能級、本征載流子濃度(既可適用于本征半導(dǎo)體也可適用于非退化雜志半導(dǎo)體)、雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度、在一個能級中能夠收容自旋方向相反的兩個電子雜質(zhì)能級的是以下兩種情況中的任意一種：雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度、施主能級上的電子濃度(未電離的施主濃度) 受主能級上的電子濃度(未電離的受主濃度)、雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度、電離施主濃度電離受主濃度、n和p的其他轉(zhuǎn)換式、本征半導(dǎo)體的情況下、費米能級、 對摻雜半導(dǎo)體中

11、的電子態(tài)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)一分布半導(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)體表面和MIS結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體物理學(xué)、載流子輸送、半導(dǎo)體中的載流子的輸送有三種形式：漂移擴(kuò)散發(fā)生和復(fù)合、歐姆定律、金屬導(dǎo)體施加電壓、 電流強(qiáng)度是電流密度歐姆定律，均勻的導(dǎo)體施加電壓，電場強(qiáng)度是電流密度歐姆定律的微分形式，當(dāng)施加漂移電流、漂移運動電壓時，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子受到電場力的作用而向電場的反方向取向運動(取向運動的速度稱為漂移速度)，電流密度、漂移速度、漂移速度， 由于半導(dǎo)體的導(dǎo)電率和遷移率半導(dǎo)體中的導(dǎo)電作用在電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的總和電場強(qiáng)度小時得到滿足，所以半導(dǎo)體中的導(dǎo)電率根據(jù)半

12、導(dǎo)體的導(dǎo)電率和遷移率、n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、Question、導(dǎo)體所施加的電場，導(dǎo)體內(nèi)的載流子的漂移電流有兩種表現(xiàn)形式熱運動晶體中的碰撞與散射產(chǎn)生的凈速度為零，凈電流為零平均自由時間為熱運動，當(dāng)存在外部電場作用時，載流子受到電場力的作用，同時散射載流子在外部電場的作用下產(chǎn)生熱運動與漂移運動的重疊，因此，電流密度恒定，是散射的原因。 載流子在半導(dǎo)體內(nèi)散射的根本原因是周期性的勢場被破壞，附加的勢場使頻帶中的電子在不同的狀態(tài)間遷移，使載流子的移動速度和方向變化，產(chǎn)生散射行為。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，它表示使載流子散射的附加勢場散射概率在單位時間內(nèi)一個載

13、流子被散射的次數(shù)，包括電離施主散射、電離受主散射、晶格振動的散射， 晶格波形成原子振動的基本波動晶格波矢量與某q值對應(yīng)的晶格頻率不定，一個晶體中的晶格波的總數(shù)為：原單元中包含的原子數(shù)Si、Ge半導(dǎo)體的原單元包含兩個原子，與各自的q對應(yīng)有六個不同的晶格波，頻率低的三個晶格波稱為聲波， 三個高頻率的聲波(聲波)振動在散射前后電子能量幾乎沒有變化，被稱為彈性散射的光波振動在散射前后電子能量有很大變化，被稱為非彈性散射，晶格振動的散射，聲波散射是能帶在單極值半導(dǎo)體中主要在長波長的聲波中只有縱波主要作用于散射中，引起能帶的波形變化的聲波散射概率光學(xué)波散射在低溫時不作用，與光學(xué)波的散射概率隨著溫度上升而急

14、速增大的關(guān)系是，n個電子向速度方向運動，沒有在時刻散射的電子數(shù)，因為在時間內(nèi)散射的電子數(shù)為上式的解表示：被散射的電子數(shù)與的關(guān)系、在時間內(nèi)散射的所有電子的自由時間與這些電子的自由時間的總和即平均漂移速度與、的關(guān)系、與n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的關(guān)系、與電離雜質(zhì)散射聲波散射光學(xué)波散射的關(guān)系、電離雜質(zhì)散射聲波散射光學(xué)波散射， 影響遷移率的因素、與散射有關(guān)的晶格散射電離雜質(zhì)散射、n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體、作為電阻率的n型半導(dǎo)體的p型半導(dǎo)體包括：電阻率與溫度的關(guān)系、本征半導(dǎo)體的本征電阻率隨著溫度增加而單調(diào)降低的雜質(zhì)半導(dǎo)體、(與金屬區(qū)別)、速度飽和、由于低電場， 半導(dǎo)體中載流子的平均漂移速度v和

15、施加電場強(qiáng)度e呈線性關(guān)系，隨著施加電場的增大，兩者呈非線性關(guān)系，最終平均漂移速度達(dá)到飽和值，不隨e而變化。n-Ge:是半導(dǎo)體中電子狀態(tài)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的載流子的統(tǒng)一分布半導(dǎo)體的導(dǎo)電性非平衡載流子pn結(jié)金屬與半導(dǎo)體的接觸半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體物理學(xué)、平衡載流子， 如果是平衡載流子非退化半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的根據(jù)式(僅溫度t的影響)，由于受到外在因素例如光、電的作用，半導(dǎo)體中的載流子的分布偏離平衡狀態(tài)分布，因此，偏離這些平衡分布的載流子也稱為過剩載流子，也稱為非平衡載流子非平衡載流子的光注入，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)計分布的過剩載流子，過剩載流子與電中性，平衡時過剩載流子