半导体物理知识点梳理

1、半导体物理考点归纳1金刚石1)结构特点：a.由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线 位移1/4的长度形成b.属面心晶系，具立方对称性，共价键结合四面体。c.配位数为4,较低，较稳定。(配位数：最近邻原子数)d. 一个晶体学 晶胞内有4+8*1/8+6*1/2= 8个原子。2)代表性半导体：iv族的c, si, ge等元素半导体大多属于这种结构。2 .闪锌矿1)结构特点：a.共价性占优势，立方对称性；b.晶胞结构类似于金刚石结构，但为双原子复式晶格；c.属共价键晶体，但有不同的离子性。2)代表性半导体：gaas等三五族元素化合物均属于此种结构。3 .电子共

2、有化运动：原子结合为晶体时，轨道交叠。外层轨道交叠程度较大，电子可从一个原子运动到另一 原子中，因而电子可在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。4 .布洛赫波：i271kx晶体中电子运动的基本方程为：* k(x) = uk(x)e x , k为波矢，uk(x)为一个5.布里渊区：禁带出现在k=n/2a处, 允带出现在以下几个区：uk(x) = uk(x na)即在布里渊区边界上 ；第一布里渊区：1/2ak1/2a (简约布里渊区) 第二布里渊区：-1/ak-1/2a,1/2ak1/ae(k)也是k的周期函数，周期为1/a,即e(k)=e(k+n/a),能带愈宽，共有化运动就更强烈。6 .施主

3、杂质：v族杂质在硅，铺中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们 为施主杂质或n型杂质7 .施主能级：将施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级，记为ed。施主能级离导带很近。8 .受主杂质：iii族杂质在硅，错中能够 接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心，称它们为受主 杂质或p型杂质。9 .受主能级：把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级，记为ea。受主能级离价带很近。10 .简并半导体&非简并半导体：若费米能级进入了导带，说明n型杂质掺杂浓度很高(即nd很大)；也说明了导带底附近的量子态基本上被电子所占据了。若费米能级进入了价带，说明p型杂质掺杂浓度很高(即na很

4、大)；也说明了价带顶附近的量子态基本上被空穴所占据了。此时要 考虑泡利不相容原理，而玻尔兹曼分布不适用，必须用费米分布函数。这此情况称为载流子的简并化。发生载流子简并化的半导体称为简并半导体.简并化的标准ec-ef=0简并0（ec-ef 2kot非简并，低掺杂一、11 .电导率一 一 ：n型半导体的电导率2 .电离杂质散射：ec- ef ：: -2kotef可能进入导带底pqu p单位：西门子/米n = nqu np型半导体的电导率这一电离的施主或受主带电，形成库仑势场，它局部地破坏了杂质附近的周期性势场。势场就是使载流子散射的附加势场。载流子运动到电离杂质附近时，由于此势场的作用，使 载流子

5、的运动方向发生改变。3 .晶格散射：在一定温度下，晶格中的原子都各自在其平衡位置附近作微振动。晶格中原子的振动都是由若干不同的基本波动按照波的叠加原理组合而成。这些基本波动称为格波。人们把格波的能量单元hva称为声子。低温下，声学声子与载流子交换能量，只吸收和释放声子.高温下，光学声子与载流子交换能量，由于载流子能量小于光学声子，所以高温 下载流子吸收能量 hv光。+4 .电中性条件：（n型半导体）：n0 =门口 * po低温弱电离区、中间电离区：n0=nd+强电离区：n0=nd局温过渡区：= nd + r ntp0=n2局温区：n0=p05 .直接复合：由电子在导带与价带间直接跃迁而引起的非

6、平衡载流子的复合过程6 .间接复合：电子与空穴通过禁带的复合能级进行复合。7 .爱因斯坦方程：dp kntp 02=k18 .扩散长度：一 nqlp标志非平衡载流子深入样品的平均距离xxp(x) = ae lpbelp lp = , dp px9 .牵引长度：r e蛆=ap=ap0elp(e) p dxlp(e) ue、lp称牵引长度，表示在外 电场下，寿命丁内漂移距离10 .p-n 一维连续方程式:/d2ap dap de 邸1dan 八 52az7 厂。八 de az?= a丁+卢 j ctoxoxcx t1.空间电荷区定义：空穴将从p区扩散到n区，同样，电子将从 n型扩散到p区。则p区将

7、剩下带负电的 受主离子，n区将剩下带正电的施主离子 。在pn结附近的这些电离施主与电离受主所带电 荷称为空间电荷。所存在的区域为空间电荷区 。2.接触电势差定义：平衡 pn结的空间电荷区两端间的电势差公式q vn pdp dv =k0t vppp p= hd=vn-vp 也np q pn3.单边突变结：突变结:“k0tl pp k0tl nandvd inin2qpnqni缓变节:vp = 2k 0t 1n xdq2n ia ： x j处斜率如果一边的掺杂浓度远大于另一边,则p-n结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结叫 4 .肖克来方程式：= js（e-l）5 .!理想pn结：qdnnqdp

8、pnl p小注入条件：注入的少数载流子浓度比平衡多子浓度小得多 突变耗尽层近似：外加电压在耗尽层上； 耗尽层中的电荷由电离施主和电离受主电荷组成；耗尽层外导体电中性；注入的少子在p区，n区作纯扩散运动忽略势垒区内的产生及复合玻尔兹曼边界条件在耗尽层两端，遵守玻尔兹曼边界条件6.iv-s实际pn结iv曲线偏离分析：qvqvqv.k0t；2k0t；m k0jdiff 工 ejr 工 e= j 工 e正向偏置时，有小注入下：m=2,jr占主导（势垒区复合电流）中注入下：m=1, jfd占主导（扩散电流）注入较大：m=12大注入：同=2 jp占主导7.pn结雪崩击穿：由于倍增效应，使载流子数量增加，加

9、大了反向电流，从而发生h 九九 宝品氏二事管临电超1-1崎戊（, i户 ”骨电!鼻m l u，r 电色咕 j亢抵用m t#】羊单!电血*桂cd）产*-或合ultxish计区时，电it睥零中pn结击穿，称雪崩击穿 。8.pn结隧道击穿：在强电场下，由于隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象9.势垒电容扩散电容势垒电容：pn结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的“存入”和“取出”作 用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这种pn结的电容效应称为 扩散电容：由于扩散区的电荷数量随外加电压的变化，所产生的电容效应，称为 四、1 .! mis结构积累层：当金属与

10、半导体间加负电压（金属接负时），表面势为负 值，表面处能带向上弯曲。在热平衡情况下，半导体内费米 能级应保持定值，故随着向表面接近，价带顶将逐渐移近甚 至高过费米能级，同时价带中空穴浓度也将随之增加。这样 表面层内就出现空穴的堆积而带正电荷。特点：vg0,vs0 （较小），vs0空穴被召回，只剩下未被补偿的带有负电的受主离子； 能带向下弯曲，越接近表面，ef离ec越远，空穴浓度越低， 且比体内浓度低得多；空穴浓度非常小，使 曰与ef的距离 比体内低得多。电场改变方向3 .!反型层：当在金属和半导体间的正电压进一步增大时，表面大的能 带相对体内进一步向下弯曲。表面费米能级位置可能高于禁带 中央能

11、量巳即费米能级离导带底比离价带顶更近一些。表面 处的电子浓度将超过空穴浓度，形成了与原来半导体衬底导电 类型相反的一层，称反型层半导体空间电荷层内的负电荷由两 部分组成，一是耗尽层中已电离的受主负电荷，另一部分是反 型层中的电子，后者主要堆积在近表面区vg 0, vs0fig. 7 mis c-kcunrts. vbhagc is applied to the mcul relative to the 户就micchiductem (a) low (requencyi (b) intermediate frequency, (cj hi助 frequency (d)frequency with

12、 festsweep (deepfllai-band voltage of v- 0 its assumed.图7.12 p堂sl理想mos结构的高频。/特性当外加电压增大到使表面电子浓度可以和体内的空穴浓度 相比拟时，表面处的电子对电导的贡献就很大，称此时的状态 为强反型。同时电子浓度较小的状态称弱反型五、1 .欧姆接触不产生明显的定义：利用半导体与金属产生电子反阻挡层及空穴反阻挡层的接触而形成的, 附加阻抗，不会使半导体内部载流子浓度发生改变条件：2 .整流接触定义：金属半导体接触的阻挡层具有pn结的伏安特性，即有整流作用。条件：3 .电子（空穴）阻挡层、反阻挡层n型半导体wm ws:则e

13、fmefs,电子从金属流向半导体，形成电子反阻挡层p型半导体wm ws:空穴由金属流向半导体，形成空穴反阻挡层wmvws:空穴由半导体流向金属，形成空穴阻挡层4 .亲和能：导带底与真空能级之间的能量差5 .功函数：费米能级与真空能级之间的能量差六、1 .! 一种载流子霍尔系数计算 r _ ey 一 jxbz丽-qey-qvxbz=0n型：则 ey =-vxbz =-jxbz y xznq有 rh -:二 0nq2 .导电类型会判断及载流子浓度计算p 型：qey_qvxbz=0有 ey = vxbz = bz pq所以有rh=工a0单位为m3/cpq3 .霍尔效应定义把通过电流的半导体放在均匀磁

14、场中，设电场沿 x方向，电场强度为 ex;磁场方向和电 场垂直，沿z方向，磁感应弓ii度为bz,则将产生一个新的横向电场 ey,此电场垂直于电场 及磁场的+ y或-y方向。这一现象称之为霍耳效应 。4 .磁阻效应定义磁场存在时，不仅影响半导体的电场（即产生霍耳电场），还影响半导体的电阻。使沿外加电场方向的电流密度有所降低，半导体电阻增大，这个现象称磁阻效应。5 .两种载流子rh分析图令 b=un/up,有本征时，n=p,unup=b1,则 rh v 0。高阻型半导体（即n,p差别不太大）n 半导体：b2np,b1,rh n,pnb2,rh0温度升高，p=nb2时，rh=0温度升高pnb2, rhv0。七、1 .本征吸收限hv是引起本征吸收的最低限度的光子能量。当低于v或大于波长 时，就不能产生本征吸收，这种吸收系数显著下降的特定波长v （或特定的角频率）。2 .光生伏特效应用适当波长的光照非均匀半导体（p-n结）时，由于内建场的作用，结两边的光生载流 子受该电场的作用，各自向相反方向运动：