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半导体物理_复习(刘恩科)资料_中职中专_职业教育_教育专区

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半导体物理复习课 半导体物理 第一章 半导体中的电子状态 ? 晶体结构与共价键 金刚石型结构 闪锌矿型结构 纤锌矿型结构 氯化钠型结构 半导体物理 能级与能带 电子在原子核势场和 其他电子作用下分列 在不同能级 原子相互接近 形成晶体 相邻原子壳 层形成交叠 ? 共有化运动:由于电子壳 层的交叠,电子不再完全 局限在某一个原子上,可 以由一个原子转移到相邻 的原子上去,因而,电子 将可以在整个晶体中运动 ? 只有外层电子共有化运动 最显著 共有化运动 半导体物理 能级分裂 半导体物理 能带形成 导带 满带或价 带 半导体物理 半导体物理 ? 本征激发 常用禁带宽度 硅:1.12eV 锗:0.67eV 砷化镓: 1.43eV 半导体物理 半导体中电子状态和能带 晶体中的电子 VS 自由电子 严格周期性重复排列的原子间运动 恒定为零的势场中运动 单电子近似:晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场 以及其他大量电子的平均势场中运动,这个势场也是周期变化的, 并且它的周期与晶格周期相同。 半导体物理 半导体中的电子运动 ? 半导体中E(k)与k的关系 ? 电子速度与能量关系 ? 电子有效质量 2 h * mn ? 2 d E dk 2 半导体物理 有效质量的意义: f a 1、概括了半导体内部势场 的作用 2、a是半导体内部势场和 外电场作用的综合效果 3、直接将外力与电子加速 度联系起来 半导体物理 ? 空穴 ? 正电 ? 有效质量为正 半导体物理 ? 回旋共振 ? 等能面 ? 电子有效质量可测 半导体物理 小结 ? 共有化运动 ? Si的能带分布图 ? 本征激发 ? 电子有效质量的意义 半导体物理 半导体中的杂质 ? 所处位置不同:替位式杂质、间隙式杂质 ? 所处能级不同:施主杂质、受主杂质 施放电子而 产生导电电 子并形成正 电中心 接受电子成 为负电中心 半导体物理 半导体物理 半导体物理 ? 杂质补偿作用 N D ?? N A N A ?? N D ND ≈ NA 半导体物理 ? 深能级 ? 深能级对半导体中的载流子浓度和导电类型的影响没 有浅能级杂质显著,但对载流子的复合作用比浅能级 杂质强,故这些杂质也称为 复合中心 半导体物理 ?离子性强的化合物半导体(M,X) 半导体物理 小结 ? 施主杂质——施主能级 ? 受主杂质——受主能级 ? 杂质补偿 ? 深能级(复合中心) ? 缺陷及所对应的施主/受主作用 半导体物理 第三章 半导体中载流子的统计分布 热平衡状态 高能量的量子态 使电子空穴对 不断减少 产生电子空穴对 低能量的量子态 热平衡载流子:处于热平衡状态下的导电电子和空穴 半导体物理 状态密度 ? 状态密度:能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子 态数。 dZ g ?E ? ? dE 状态密度的计算:为简单起见,考虑等能面为球面的情况 dZ 2m g c ?E ? ? ? 4?V dE h ? ? ?E ? E ? 3 * 2 n 3 c 1 2 半导体物理 费米能级与分布函数 ? 费米分布函数:(描述热平衡状态下,电子在允许的量子态上如 何分布) 1 f ?E ? ? E ? EF 1 ? exp( ) k0T 标志了电子填 充能级的水平 ? T=0K时, 若E<EF,则f (E)=1 E-EF>>k0T 若E>EF,则f (E)=0 半导体物理 玻尔兹曼分布函数 条件:E-EF>>k0T f B ?E ? ? e E ? EF ? k0T 费米统计分布:受到泡利不相容原理限制 玻尔兹曼分布:泡利原理不起作用 半导体物理 ? 导带电子浓度 能量E到E+dE之间的量子态 dZ ? gc ( E)dE 电子占据能量为E的量子态几率 f (E) Ec ' 将所有能量区间中电子数相加 载流子浓度 是与温度、 杂质数量及 种类有关的 量 Ec ? f ( E ) g c ( E )dE 除以半导体体积 ? V (2mn* )3/ 2 导带电子浓度 E 3/ 2 nc0 ? EF ) x1/ 2e? x dx n0 ? 4? ( k T ) exp( ? 0 h3 k0T ? 0 半导体物理 载流子浓度乘积n0p0 ? 与费米能级无关 ? 只决定与温度T,与所含杂质无关 ? Eg n0 p0 ? N c N v exp ? ? ? 适用于热平衡状态下的任何半导体 ? k0T ? 温度一定, n0p0一定 ? ? ? Nc:导带有效状态密度 Nv:价带有效状态密度 半导体物理 本征半导体 电中性条件 n? p ? NV ? 1 1 ? Ei ? EF ? ?EC ? EV ? ? kT ln? ? ? 2 2 N ? C? ni ? pi ? ? N C NV ? 1 2 ? Eg ? exp ? ? ? ? 2kT ? 半导体物理 杂质半导体中的载流子浓度 电子占据施主能级的几率: f D ?E ? ? 1 ? ED ? E F ? 1 1 ? exp? ? kT ? ? 2 0 ? ? 空穴占据受主能级的几率: f A ?E ? ? 1 ? E F ? EA ? 1 ? 1 ? exp? ? ? 2 ? k0T ? 施主能级上的电子浓度 nD ? N D f D ( E ) ? ND E ? EF 1 1 ? exp( D ) 2 k0T 电离施主浓度 nD ? ? ND ? nD 半导体物理 只含一种杂质的半导体 ? N型半导体 n0=nd++p0 弱电离 杂质电离 饱和电离区 杂质饱和电离——本征过渡区 本征激发区 半导体物理 弱电离 EF ? EC ? EC ? Ed kT ? g d N C ?
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文档贡献者

李春雷

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