半导体材料短篇

1、半导体基础知识张光春2006.3一半导体材料1.1固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下：1.2半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下：元素半导体（element）：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 半导体器件与物理工艺 化合物（compound）半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。1) 二元化合物 GaAs 砷化镓 SiC 碳化硅？ ZnS 硫化锌？ GaN 氮化镓2) 三元化合物 AlGa11As 砷化镓铝AlIn11As 砷化铟铝1.3半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体。它们的定义分别为：本征半导体：当半

2、导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体（Intrinsic Semiconductor），此时EF在禁带中央。非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征（extrinsic）半导体。1.4掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，即：施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。1.5掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为

3、少数导电载流子（简称少子）。相对的，掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。1.6载流子浓度本征半导体的载流子浓度ni=n0=p0n0 p0= ni2热平衡条件非本征半导体的载流子浓度一般情况下：，。如下图：另外，电阻率与杂质浓度有如下关系：本征半导体：另外，根据不同导电类型的半导体，上述公式可以简化为：n型半导体：p型半导体：平衡载流子 处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的，这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。 n0 p0= ni2非平衡载流子

4、 处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，可以比他们多出一部分，多出这部分载流子称为非平衡载流子，用n和p表示。光照产生非平衡载流子 非平衡载流子的寿命 非平衡载流子平均生存的时间称为非平衡载流子的寿命。 由于相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的影响处于主导地位，因而非平衡载流子的寿命（常称为少数载流子寿命，简称少子寿命）被用来衡量材料的质量。当时，即此时就是材料的少子寿命。1.7复合理论1) 直接复合（direct recombination）由电子在导带与价带间直接跃进而引起的非平衡载流子的复合过程。2) 间接复合（indirect recombination） -非

5、平衡载流子通过复合中心的复合。3.表面复合（surface recombination）是指在半导体表面发生的复合过程 表面处的杂质和表面处特有的缺陷也在禁带形成复合中心能级，因而，就复合机制讲，表面复合仍然是间接复合。实际测得的少子寿命应是体内复合和表面复合的综合结果。设这两种复合是单独平行发生的。用表示体内复合，用表示表面复合。总的复合机率为：，其中eff称为有效少子寿命。复合过程中能量的释放 载流子复合时，一定要释放多余的能量，放出能量的方法有三种： 发射光子，即伴随着复合，将有发光现象，常称为发光复合或辐射复合。 发射声子，载流子将多余的能量传给晶格，加强晶格的振动（使硅体发热）。 将

6、能量给予其它载流子，增加它们的动能，称为俄歇（Auger）复合。二P-N结2.1 P-N结的形成 在一块n 型（或P型）半导体上，用适当的工艺方法把P型（或n型）杂质掺入其中，使不同区域分别具有n型和p型的导电类型，在二者的交界处就形成了p-n结。2.2 P-N结的杂质分布2.3 平衡PN结的电场，电势和结宽（以突变结为例）电荷分布：2.4 不同偏压条件下，P-N结的能带图半导体器件物理与工艺2.5 P-N结的电流电压特性1.理想特性 4个假设：耗尽区为突变边界小注入 耗尽区内无产生和复合边界载流子浓度和结的静电势有关P-N结理想曲线2.非理想的P-N结电流电压特性 引起理想曲线与实际曲线差别的主要原因有： 表面效应 势垒区中的产生及复合 大注入条件 串联电阻效应一般而言，扩散电流的特点是：它与成正比 复合电流的特点是：它与成正比实际结果可以被表示成： n称为理想系数（ideality facto