物理-半导体器件chapter第二章基础

PhysicsofSemiconductor 电子与信息学 电子与信息学一、半导体材料及其结四、半导体中的掺五、半导体中的载流子及其输

电子与信息学电阻率在10-4~1010cm. 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学常见的半导体材、固体的结和不规则–按照构成固体的粒子在空间的排列 电子与信息学

无周期

每个小区域有周期、晶体的结构成晶体的粒子抽象为一个点，这样得到的空间点阵成石结构（Ge、Si） 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学硅IV原子硅IV本征半导体的共价键结硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个(a)硅晶体的空间排 (b)共价键结构平面示意

与

形成价带当原子组成晶体时，根据量子力学原理，单个原子中的每个能级都要，形成能带。严格地讲，能带也是由一系列能级组成，但能带中的能级是如此之多，以至于同一个能带内部各个 电子与信息学 电子与信息学EV运动状态都是一样的，处于导带底状态的电子的能量都是Ec，处于价带顶状态的电子的能量都是Ev.动，产生净电流导带有少量电子，动，产生净电流导带有少量电子，

激发到导 电子与信息学 电子与信息学 电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束 电子与信息学电子空穴 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学空穴的移自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学电子和空穴的有效质量半导体中的载流子的行为可以等效为自由粒子，看成一个自由运动的准粒子，则该准粒子的等效 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学1 电子与信息学 电子与信息学替位式杂质类杂质原子价电子壳层结构接近本体原子，如Ⅲ、Ⅴ族2理理N型半导P型半导 电子与信息学 电子与信息学成N型半导体,也称电子型半导体。NN型半导体结构示意 电子与信息学杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。P型半导P型半导体的结构示意 电子与信息学施主：掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导中掺入五价的PAs.As：V族，其中的四个价电子与Si形成共价键，但多出一个 电子与信息学 电子与信息学As多余的电子由于As多余的电子由于受正离子的吸引，能量较导带电子能量要低，同时，吸引作用比共价键结合要弱，因此能量较价带电子要高，施主能级位于带隙中，离导带很近： 电子与信息学电离所需要的最小能量称为电离能，通常为导带底电离所需要的最小能量称为电离能，通常为导带底B原子多出的电子空位很容易接受价带电子，形成共价键 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学施主 电子与信息学11n=p22 电子与信息学4 有5×1022个硅原子，仅价电子数每立方厘米中约有4×5× 电子与信息学4分布函－概括电子热平1f(E)

1e(EEF)/kT 电子与信息学Ei表示本征情况下的 EF能级，基本上相当于禁 电子与信息学 电子与信息学 从图看到，从重掺杂p型到重掺杂N型，能级越来越高，不管能级的具置如何，对于任一给定的半导体材料， 电子与信息学导带和价带中的载流子浓Nc、Nv是常数，分别是导带和Nc、Nv是常数，分别是导带和价带的有效状cnNe(EcEF)/kTc

pNe(EvEF)/kTv 1(EE)/kTvi n(np)2 NNe i EEc

kTln 电子与信息学nnenneEFipneEiEFicne

Ei F kTln(ND)FniniNAEFEikTln 电子与信息学 电子与信息学渐从价带方向趋向禁带的中间，在高温时达到本征（EFEi）准 为“准 能级”。EFn Ein kT

p kT 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学 电子与信息学tn(n)0e1、载流子的运 电子与信息学载流子的漂移运动载流子在电场作用下的输运过程 电子与信息学 半导体中载流子在电场作用下，将做定向漂移运动，其中为载流子的浓度，q为载流子的电量正比E。 电子与信息学迁移率：为单位电场作用流子获得平均速度，反映了载流子在电场作用下输运能力，是反映半导体及 电子与信息学 电子与信息学 。。间间影响迁移率的因

GaAs>Ge>