《半导体物理总复习》PPT课件

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1、第一章迄今大约有60种主要的器件以及100种与主要器件相关的变异器件。4种基本半导体器件结构。金属-半导体接触（1874）：整流接触，欧姆接触。金半场效应晶体管（MESFET）：整流接触，栅极；欧姆接触，漏极、源极。微波器件。p-n结：半导体器件的关键基础结构；p-n-p双极型晶体管（1947），p-n-p-n结构的可控硅器件。异质结（1957）：由两种不同材料的半导体组成；快速器件、光电器件的关键构成。金属-氧化物-半导体结构（MOS，1960）：MOS结构，栅极；p-n结，漏极、源极。可制作MOSFET。1第二章立方晶系基本的晶体结构简单的

2、立方晶格体心立方晶格面心立方晶格金刚石晶格结构（硅、锗）闪锌矿晶格结构（GaAs）密勒指数：界定一晶体中不同平面的方法。由下列步骤确定：找出平面在三坐标轴上的截距值r、s、t（以晶格常数为单位）；取这三个截距的倒数，并将其化简成最简单整数比，；h、k、l为互质的整数，以（hkl）来表示单一平面的密勒指数。2下图为砷化镓的动量-能量关系曲线，其价带顶与导带底发生在相同动量处（p=0）。因此，电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。直接带隙半导体：能量/eV对Si、Ge而言，其动量-能量曲线中价带顶在p=0，导带最低处则在p=pC。因此，电子从价带

3、顶转换到导带最低处时，不仅需要能量转换(≥Eg)，也需要动量转换(≥pC)。间接带隙半导体：能量/eV0pc3用能带理论解释金属、半导体及绝缘体的电导率之间的巨大差异：电子在最高能带或最高两能带的占有率决定此固体的导电性。价带导带填满的价带空导带部分填满的导带EgEg≈9eV金属价带导带半导体绝缘体4本征半导体：半导体中的杂质远小于由热产生的电子空穴。热平衡状态：在恒温下的稳定状态，且并无任何外来干扰（如照光、压力或电场）。连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴。此状态下，载流子（导带电子和价带空穴）浓度不变。统计力学，

4、费米分布函数表示为费米能级EF是电子占有率为1/2时的能量。F(E)在费米能量EF附近呈对称分布。对于能量为E的能态被电子占据的概率，可近似为：对于能量为E的能态被空穴占据的概率5导带的电子浓度为其中，NC是导带中的有效态密度。同理，价带中的空穴浓度为其中，NV是价带中的有效态密度。本征载流子浓度ni：本征半导体，导带中每单位体积的电子数与价带中每单位体积的空穴数相同，即n=p=ni，ni称为本征载流子浓度，本征费米能级Ei：本征半导体的费米能级EF。室温下，本征半导体的费米能级Ei相当靠近禁带的中央。6非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，半导

5、体变成非本征的，而且引入杂质能级。施主、受主、杂质能级、n型半导体、p型半导体、多子、少子概念，以及施主、受主的实例，载流子（电子、空穴）。非简并半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中有效态密度，即费米能级EF至少比EV高3kT，或比EC低3kT的半导体。室温下，完全电离，非本征半导体中多子浓度为杂质浓度。施主浓度越高，费米能级往导带底部靠近。受主浓度越高，费米能级往价带顶端靠近近。7热平衡情况下，无论对于本征还是非本征半导体，该式都成立，称为质量作用定律。只要满足近似条件（EC-EF>3kT或EF-EV>3kT），下式即可成立只要满足

6、近似条件，np的乘积为本征载流子浓度（和材料性质有关，与掺杂无关）的平方。热平衡状态半导体的基本公式。若施主与受主同时存在，则由较高浓度的杂质决定半导体传导类型。费米能级调整以保持电中性，即总负电荷（包括导带电子和受主离子）必须等于总正电荷（包括价带空穴和施主离子）。一般净杂质浓度

7、ND－NA

8、比本征载流子浓度ni大，因此8下图显示施主浓度ND为1015cm-3时，硅的电子浓度对温度的函数关系图。低温，晶体中热能不足以电离所有施主杂质。有些电子被冻结在施主能级，因此电子浓度小于施主浓度。温度上升，完全电离的情形即可达到（即nn=ND）。温度继续

9、上升，电子浓度基本上在一段长的温度范围内维持定值，此为非本征区。温度进一步上升，达到某一值，此时本征载流子浓度可与施主浓度相比，超过此温度后，半导体便为本征的。半导体变成本征时的温度由杂质浓度及禁带宽度值决定。电子浓度n/cm-39最重要的两种散射机制：影响迁移率的因素：晶格散射：当晶体温度高于0K时，晶格原子的热振动随温度增加而增加；在高温下晶格散射变得显著，迁移率因此随着温度的增加而减少。杂质散射：是一个带电载流子经过一个电离杂质所引起的。由于库仑力的交互作用，带电载流子的路径会偏移。µI随着T3/2/NT而变化，其中NT为总杂质浓度。散射

10、机制平均自由时间迁移率第三章漂移运动：小电场E施加于半导体，每一个电子上受到-qE的作用力，且在各次碰撞之间，沿着电场的反向被加速。因此，一个额外的速