半导体材料课件

半导体材料课件第1页/共45页半导体器件原理南京大学半导体材料的相关问题晶体中的共价键（或共价键+离子键）:

外层（第三壳层）电子的能量分裂为两个能带SiGaAsInPNaClCdTe第2页/共45页半导体器件原理南京大学电子亲和能、电离能和禁带宽度第3页/共45页半导体器件原理南京大学电子寿命第4页/共45页半导体器件原理南京大学绝缘体、半导体与导体第5页/共45页半导体器件原理南京大学一维空间的自由电子λ＝h/P第6页/共45页半导体器件原理南京大学准自由电子模型第7页/共45页半导体器件原理南京大学光发射和光吸收初探,黄金规则第8页/共45页半导体器件原理南京大学晶体中的电子的准经典力学能带底部带顶有效质量为负：外部作用力+所有原子施加的力（已记入有效质量中）

将带顶的态看成空穴，认为空穴拥有正有效质量，拥有正电荷。第9页/共45页半导体器件原理南京大学本征半导体第10页/共45页半导体器件原理南京大学非本征半导体基本假设：（1）rn足够大（2）有效质量第11页/共45页半导体器件原理南京大学掺杂能级第12页/共45页半导体器件原理南京大学受主与空穴第13页/共45页半导体器件原理南京大学能带中电子的态密度函数第14页/共45页半导体器件原理南京大学电子与空穴按能量的分布第15页/共45页半导体器件原理南京大学电子按能量的分布电子的波长大约是晶格常数的40倍，电子分布在整个晶体中第16页/共45页半导体器件原理南京大学非简并半导体非简并半导体简并n型半导体简并p型半导体第17页/共45页半导体器件原理南京大学高温与低温下的载流子浓度第18页/共45页半导体器件原理南京大学载流子浓度与温度第19页/共45页半导体器件原理南京大学杂质导致的禁带变窄第20页/共45页半导体器件原理南京大学表观禁带变窄（费米能级的移动）第21页/共45页半导体器件原理南京大学载流子迁移率（电离杂质散射与晶格散射）第22页/共45页半导体器件原理南京大学杂质带迁移率强电场迁移率速度饱和效应：光学声子散射过程引起第23页/共45页半导体器件原理南京大学载流子迁移率（多子与少子）第24页/共45页半导体器件原理南京大学载流子的产生与复合第25页/共45页半导体器件原理南京大学载流子的产生与复合第26页/共45页半导体器件原理南京大学光吸收第27页/共45页半导体器件原理南京大学光发射第28页/共45页半导体器件原理南京大学光子与声子

第29页/共45页半导体器件原理南京大学扩散系数与少子的扩散长度第30页/共45页半导体器件原理南京大学准费米能级（表面光照下）第31页/共45页半导体器件原理南京大学梯度掺杂非均匀半导体第32页/共45页半导体器件原理南京大学平衡态时的费米能级处处相等第33页/共45页半导体器件原理南京大学爱因斯坦关系

第34页/共45页半导体器件原理南京大学平衡状态下的电流第35页/共45页半导体器件原理南京大学非均匀组分半导体(Si:Ge合金）电中性条件下的能带图平衡时能带图第36页/共45页半导体器件原理南京大学掺杂与组分梯度变化的半导体(Si:Ge合金）平衡时能带图电中性条件下的能带图掺杂浓度变化：价带和导带下移组分梯度变化：导带底下移电子的有效净电场增加第37页/共45页半导体器件原理南京大学II若干重要概念与方程1.若干重要概念(1)载流子浓度与费米能级第38页/共45页半导体器件原理南京大学（2）迁移率高温： 晶格散射控制（T-3/2），对载流子浓度相对不敏感；低温： 杂质散射控制，强力依赖于载流子浓度。

MOSFET反型层中迁移率远低于体迁移率（表面迁移率）第39页/共45页半导体器件原理南京大学（3）扩散电流第40页/共45页半导体器件原理南京大学（4）薄层电阻率（5）速度饱和第41页/共45页半导体器件原理南京大学2.器件中的基本方程（1）泊松方程（2）德拜长度(能带对掺杂突然变化的响应长度）第42页/共45页半导体器件原理南京大学（3）电流密度方程（准费密势）第43页/共