半导体知识点整理

1、第0章半导体概述电阻率P介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数T半导体第1章 半导体中的电子状态共价键：由同种晶体组成的元素半导体，其原子间无负电性差，它们通过共用一对自旋相反而 配对的价电子结合在一起。共价键的特点：1、饱和性 2 、方向性共有化运动：电子由一个原子转移到相邻的原子去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。孤立原子中的电子状态：主量子数n:1,2,3,角量子数I : 0, 1, 2,(n 1)磁量子数ml : 0, 1 , 2,1自旋量子数 ms 1/2波函数：描述微观粒子的状态波矢k描述晶体中电子的共有化运动状态薛定谔方程：决定粒子变化的方程8二2mdrV ( r )

2、? (r )二 E ? (r )布里渊区的特征：(1) 每隔1/a的k表示的是同一个电子态；(2) 波矢k只能取一系列分立的值，每个k占有的线度为1/L ； 本征激发：当温度一定时，价带电子受到激发而成为导带电子的过程物质的能带可分为价带、禁带和导带三部分，导带和价带之间的空隙称为能隙。由于能带结 构不同，在导电特性上就有了导体、绝缘体、半导体。导体：通常指电阻率 10 4 - *cm的物质。金属和合金一般都是导体，如铝、金、钨、铜、镍 铬等。能带能隙很小或为0,在室温下电子很容易获得能量而跃迁至导带而导电。绝缘体：通常电阻率 10门*cm物质。如SiO2、SiON、Si3N4等。能带能隙很大

3、，可达到 9V，电子很难跳跃至导带，所以无法导电。半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间，能隙一般约为 1- 3 V ,只要给予适当条件的能量 激发，或是改变其能隙之间距就能导电。如硅为 1.12eV，锗为0.67eV，砷化傢为1.43eV， 所以它们都是半导体。h2k22m nmn电子有效质量空穴：将价带电子的导电作用等效为带正电荷的准粒子的导电作用 禁带宽度Eg随温度增加而减小。多能谷结构：锗、硅的导带分别存在四个和六个这种能量最小值，导带电子主要分布在这些 极值附近。间接带隙半导体：硅和锗的导带底和价带顶在 k空间处于不同的k值。第2章 半导体中的杂质和缺陷能级 根据杂质能级在禁带中的位置

4、，将杂质分为： 浅能级杂质能级接近导带底Ec或价带顶Ev; 深能级杂质能级远离导带底Ec或价带顶Ev。施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发到导带 Ec成为导带电子，该杂质电离后成为正电 中心（正离子）。这种杂质称为施主杂质。施主电离能：厶Ed二EC-Ed受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带 Ev成为价带空穴，该杂质电离后成为负电 中心（负离子）。这种杂质称为受主杂质。受主电离能： EA=EA-EV掺施主的半导体的导带电子数主要由施主决定，导电的载流子主要是电子（电子数 空穴数），对应的半导体称为N型半导体。称电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称 少子。杂质的补偿作用：杂

5、质的补偿，既掺有施主又掺有受主：补偿半导体Nd Na时n型半导体（2） Na Nd时p型半导体（3） Na Nd时杂质的高度补偿 深能级杂质特点：多为替位式杂质硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底和价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质 深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级。束缚激子：即等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种 带电符号的载流子，这就是束缚激子。两性杂质：在化合物半导体中，某种杂在其中既可以作施主又可以作受主，这种杂质称为两 性杂质。缺陷能级：1、点缺陷2、位错能级(主要指线缺陷)点缺陷：空位 自间隙原子 反结构缺陷 各种复合体 位错

6、第4章半导体的导电性外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动形成电 流。即漂移运动.载流子散射：载流子在半导体中运动时，不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子 发生碰撞。用波的概念，即电子波在半导体中传播时遭到了散射。平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比值称为电子迁移率。迁移率的意义：表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。它是表示半导体电迁移能力的重要参数。迁移率：反映载流子在电场作用下运动的难易程度1E -E F1 e koT1电子准费未1 e k0T空穴准费未非平衡态到平衡态的弛豫时间。电离杂质散射：即库仑散射.能级E(K)被电子占据的概率:E

7、 k EfkoTi第5章非平衡载流子小注入注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的少子浓度，小于平衡时的多子浓度，称为产生过剩载流子的方法：（1）光注入 （2）电注入 （3）高能粒子辐照位于禁带中央的深能级是最有效的复合中心浅能级不能起有效的复合中心的作用按复合机构分（1）直接复合（2）间接复合r :比例系数，它表示单位时间一个电子与一个空穴相遇的几率，通常称为复合系数。小注入时，非子寿命决定于材料小注入时非子的寿命决定于少子的寿命，少子的寿命受半导体的形状和表面状态的影响 大注入时，非子寿命决定于注入；注入浓度大，.小电子产生率电子俘获率：一浅能级杂质电子俘获率电子产生率：一深能级杂质俄歇复合-非

8、辐射复合：（1）载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合时，（2）将多余的能量传给另一载流子，（3）使此载流子被激发到能量更高的能级上去，（4）当 它重新跃迁回低能级时，多余的能量以 声子形式放出。当半导体处于热平衡态，施主、受主、复合中心或其他杂质能级上，都具有一定数目的电子， 且能级上的电子通过载流子的俘获和产生保持平衡。处于非平衡态，杂质能级上电子数目的改变表明杂质能级具有收容载流子的能力。杂质能级 积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。具有显著积累非平衡载流子作用的杂质能级称为陷 阱，相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。若rrn ,就是空穴陷阱，反之则为 电子陷阱。陷阱增长了从非平衡态恢

9、复到平衡态的时间。对非平衡载流子有两种定向运动：（1）电场作用下的漂移运动（2）浓度差引起的扩散运动。迁移率：反映载流子在电场作用下运动的难易程度。扩散系数：反映存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。第6章pn结PN结的形成：在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质 ，分别形成N型半导体和P型半 导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程： 因浓度差多子的扩 散运动由杂质离子形成空间电荷区，空间电荷区形成内电场，内电场促使少子漂移，内电场阻止多子扩散。内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。扩散的结

10、果使空间电荷区变宽。势垒电容Cb : PN结的阻挡层类似于平板电容器，它在交界面两侧贮存着数值相等；极性相 反的离子电荷，当外加电压使 PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变， 这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。扩散电容Cd：当外加电压变化时，除改变阻挡层内贮存的电荷量外，还同时改变阻挡层外中 性区（P区和N区）内贮存的非平衡载流子。例如，外加正向电压增大 V时，注人到中性区的 非平衡少子浓度相应增大，浓度分布曲线上移。雪崩击穿：当反向电压足够高时（击穿电压高，6伏以上）PN结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电

11、子空穴对，又被加速，而形 成连锁反应，使载流子剧增，反向电流骤增。PN结反向高场强 通过PN结的少子获得能量大 与晶体中原子碰撞使共价键的束缚电荷挣脱共价键 形成电子空穴对（碰撞电离） 载流子倍增效应齐纳击穿（隧道击穿）：对掺杂浓度高的半导体，PN结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（u 很大反向电流电击穿:当反向电流与电压的乘积不超过 PN结容许的耗散功率时，称为电击穿，是可逆的。即 反压降低时，管子可恢复原来的状态。雪崩击穿、齐纳击穿可逆热击穿:若反向电流与电压的乘积超出 PN结的耗散功率，则管子会因为过热而烧毁，形成热击 穿 热击穿 不可逆。第7章金属和半导体的接触欧姆接触：定义不产生

12、明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著 的变化。金属功函数的定义：真空中静止电子的能量 Eo与 金属的Ef能量之差.Eo与费米能级之差称为半导体的功函数。在半导体中，导带底Ec和价带顶Ev 一般都比Eo低几个电子伏特。半导体功函数的定义：真空中静止电子的能量Eo与 半导体的Ef能量之差，即电子的亲合能Ec -（E f ）s 1 二费米能级钉扎效应：在半导体表面，费米能级的位置由表面态决定，而与半导体掺杂浓度无 关的现象。隧道效应：重掺杂的半导体与金属接触时，则势垒宽度变得很薄，电子通过隧道效应贯穿势 垒产生大隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分，即可形成接近理想的 欧姆接触。肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，肖特基二 极管JSD和JST比pn结反向饱和电流JS大得多。因此肖特基二极管由较低的正向导通 电压，一般为0.3V左右，且有更好的高频特性。用途：钳位二极管（提高电路速度）等。第8章半导体表面与