半导体物理学第七版电子工业出版社刘恩科等编着3

半导体物理学李岩1半导体物理学教材:《半导体物理学》(第七版)，刘恩科等编著，电子工业出版社参考书：《半导体物理与器件》（第三版），DonaldA.Neamen著，电子工业出版社樊昌信著，《半导体物理》，国防工业出版社，2009年1月第六版王建平编著，《半导体物理》，人民邮电出版社，2007月10月第一版2半导体中的电子状态半导体中杂质和缺陷能级半导体中载流子的统计分布半导体的导电性非平衡载流子pn结金属和半导体的接触半导体表面与MIS结构半导体物理学3固态电子学分支之一微电子学光电子学研究在固体（主要是半导体〕材料上构成的微小型化器件、电路、及系统的电子学分支学科微电子学简介:半导体概要目前主要方向：太阳能，纳米结构，生物应用4微电子学研究领域半导体器件物理集成电路工艺集成电路设计和测试微电子学发展的特点向高集成度、低功耗、高性能高可靠性电路方向发展与其它学科互相渗透，形成新的学科领域：光电集成、MEMS、生物芯片半导体概要5固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体什么是半导体？半导体及其基本特性可以在在特定温度以下，呈现电阻为零的导体

67半导体中的电子状态半导体中杂质和缺陷能级半导体中载流子的统计分布半导体的导电性非平衡载流子pn结金属和半导体的接触半导体表面与MIS结构半导体物理学8半导体的纯度和结构

纯度极高，杂质<1013cm-3结构9晶体结构单胞对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的最小单元注：（a）单胞无需是唯一的

（b）单胞无需是基本的10晶体结构三维立方单胞

简立方、体心立方、面立方11金刚石晶体结构金刚石结构原子结合形式：共价键形成的晶体结构：构成一个正四面体，具有金刚石晶体结构价键之间具有相同的夹角12半导体有:

元素半导体如Si、Ge

金刚石晶体结构13Si和Ge的晶格常数a分别为0.543102nm和0.565791nm硅每立方厘米体积有锗每立方厘米体积有两原子间最短距离硅为0.235nm,锗为0.245nm个原子个原子14半导体有:

化合物半导体如GaAs、InP、ZnS闪锌矿晶体结构金刚石型闪锌矿型151617原子的能级电子壳层不同支壳层电子1s；2s，2p；3s，2p，3d；…共有化运动18电子共有化运动概念原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。共有化运动的产生由于不同原子的相似壳层间的交叠，由于内个壳层交叠程度不同，所以只有最个层电子的共有化运动才显著。19+14电子的能级是量子化的n=3四个电子n=28个电子n=12个电子SiHSi原子的能级20原子的能员级的分裂孤立原旨子的能却级羞4个杰原子能梢级的分四裂21原子的能改级的分裂原子能尖级分裂谨为能带22Si的能带（价带、导锄带和带隙〕23价带：胃0K条件下剃被电子添填充的螺能量的抛能带导带：源0K条疫件下未草被电子痰填充的剪能量的逼能带带隙：导韵带底与价糟带顶之间者的能量差半导体的冲能带结构导带价带Eg24自由电子椅的运动微观粒子神具有波粒鞠二象性A为常数箱，r是空汉间某点的慨矢径，k估是平面波锤的波数，等于波某长鹅倒祥数的林倍25半导体杯中电子匪的运动薛定谔方处程及其解多的形式布洛赫陕波函数26布里渊安区与能巩带2728固体材嚷料分成甚：超导体、业导体、半乎导体、绝敞缘体固体材煮料的能补带图29金刚石的沿禁带宽度分为6～7爸eV,是膛绝缘体。硅为1更.12辣eV，尤锗为0戴.67城eV,饰砷化镓诉1.4轰3eV木，它们懒都是半节导体30半导体、楚绝缘体和录导体31半导体偷的能带本征激赢发32练习1、什么窄是共有化醋运动？2、画努出Si终原子结丸构图（展画出s饶态和p设态并注撞明该能泉级层上叫的电子恋数）3、电炒子所处谦能级越参低越稳后定。纯（适）4、无论泡是自由电吸子还是晶画体材料中习的电子，晨他们在某妄处出现的各几率是恒佳定不变的聚。谊（储）5、分别扯叙述半导繁体与金属互和绝缘体惨在导电过锁程中的差遗别。33薛定谔放方程薛定谔方岁程（Sch母rödi支nger籍equ丽atio峡n）是由工奥地利物传理学家薛沈定谔提出久的量子力汇学中的一走个基本方筋程，也是愈量子力专学的一嗽个基本偷假定，互其正确坝性只能沃靠实验州来检验艺。它是职将物质波的概念般和波动方纺程相结合建讯立的二阶觉偏微分方别程，可描共述微观粒子的运蒙动，每个禁微观系统犁都有一个概相应的薛崭定谔方程式，通过解肢方程可得男到波函数父的具体形预式以及对摄应的能量，从而现了解微边观系统钳的性质父。34薛定谔方咱程及其解略的形式布洛赫亿波函数晶体中郊电子所着遵守的屋薛定谔袍方程S为常数拆，a为晶冒格常数35布里渊蛛区的概教念36半导体中昆E（K）尸与K的关预系在导带底译部，波数哲，附近疫值片很小，将成在宽附近泰勒失展开37半导体中助E（K）剧与K的关帽系令愚代入浅上式得38自由电子摆的能量微观粒子果具有波粒落二象性39半导体份中电子孩的平均巨速度在周期惊性势场湾内，电丹子的平颂均速度挺u可表揪示为波致包的群杜速度40自由电距子的速竖度微观粒子广具有波粒架二象性41半导体唐中电子异的加速购度半导体中改电子在一壁强度为拴E的外加蚕电场作用左下，外力氏对电子做洁功为电子有能量的变怨化42半导体中疏电子的加压速度令温即43有效质舱量的意誓义自由电得子只受和外力作带用；半尽导体中刃的电子不不仅受养到外力冒的作用护，同时任还受半虾导体内闻部势场固的作用意义：有迅效质量概浩括了半导五体内部势宿场的作用订，使得研鸽究半导体与中电子的粮运动规律脸时更为简让便（有效耍质量可由喊试验测定趁）44空穴只有非拴满带电梁子才可筝导电导带电子伟和价带空菌穴具有导运电特性；羞电子带负忍电-q（办导带底）值，空穴带件正电+q薄（价带顶粘）45K空间艇等能面在k=权0处为滨能带极睡值导带底附想近价带顶惜附近46K空间等舰能面以投、萍、崭为策坐标轴甩构成绩空间，豆空喂间任一壶矢量代蚕表波矢导带底躁附近47K空间畜等能面对应于某耍一侄值煌，有许多居组不同的，这些组矮构成一个亏封闭面，音在着个面侮上能量值射为一恒值晋，这个面凡称为等能晓量面，简境称等能面榆。等能面为帖一球面（呼理想）48半导体闷中的电织子状态半导体趁中杂质潮和缺陷于能级半导体中违载流子的迁统计分布半导体伏的导电制性非平衡泛载流子pn结金属和尤半导体错的接触半导体菠表面与其MIS敢结构半导体束物理学49与理想抱情况的较偏离晶格原子响是振动的材料含杂吧质晶格中记存在缺辣陷点缺陷（报空位、间泻隙原子）线缺陷没（位错狱）面缺陷（新层错）50与理想舒情况的猪偏离的淘影响极微量伪的杂质广和缺陷迫，会对权半导体蝴材料的妨物理性伪质和化顺学性质今产生决乡丰定性的策影响，色同时也鸟严重影骂响半导框体器件闷的质量各。1个B原配子/耳个川Si原子在室温缝下电导剧率提高粘倍Si单晶华位错密度碍要求低于51与理想把情况的骑偏离的怪原因理论分析怎认为，杂凡质和缺陷佩的存在使麦得原本周英期性排列母的原子所昨产生的周籍期性势场揪受到破坏废，并在禁疼带中引入超了能级，有允许电子腥在禁带中火存在，从挖而使半导拦体的性质殿发生改变估。52硅、锗量晶体中顿的杂质亩能级例：如羽图所示丸为一晶缺格常数祸为a的货Si晶崇胞，求敢：（a）S免i原子半灿径（b）晶考胞中所有摊Si原子令占据晶胞示的百分比解：（烦a）（b）53间隙式杂触质、替位筒式杂质杂质原诞子位于叮晶格原阁子间的稻间隙位刘置，该魔杂质称远为间隙式甘杂质。间隙式杂狭质原子一私般比较小也，如Si易、Ge、严GaAs摇材料中的头离子锂（然0.06程8nm）供。杂质原子腰取代晶格忙原子而位案于晶格点蹲处，该杂赴质称为替位式太杂质。替位式钓杂质原甚子的大旧小和价调电子壳图层结构阔要求与萍被取代求的晶格宗原子相桐近。如及Ⅲ、Ⅴ窃族元素惰在Si见、Ge喊晶体中耻都为替碑位式杂钳质。54间隙式杂唯质、替位互式杂质单位体积家中的杂质浸原子数称删为杂质浓峰度55练习1、实际县情况下k凶空间的等址能面与理送想情况下捎的等能面符分别是如歼何形状的猫？它们之勾间有差别穿的原因？2、实私际情况菌的半导殿体材料撇与理想近的半导汽体材料底有何不仙同？3、杂忧质和缺消陷是如颜何影响垂半导体呢的特性参的？56施主：掺入在虾半导体中屡的杂质原残子，能够像向半导体苗中提供导虾电的电子跑，并成为虚带正电模的离子罗。如S贪i中的P李和AsN型半导眉体As半导体评的掺杂施主能级57受主：掺入菌在半导巡寿体中的密杂质原渣子，能蝇够向半蓄导体中薄提供导乌电的空晚穴，并成为带饥负电的离地子。如S瞎i中的BP型半导惹体B半导体的眼掺杂受主能焰级58半导体巨的掺杂Ⅲ、Ⅴ朋族杂质识在Si睬、Ge俯晶体中陪分别为还受主和脏施主杂著质，它碌们在禁丢带中引滴入了能梦级；受狼主能级盼比价带伟顶高弃，施清主能级熄比导带努底低游，四均为浅城能级，迟这两种其杂质称村为浅能梨级杂质同。杂质处于肺两种状态霸：中性态揪和离化态薯。当处于范离化态时毫，施主杂颂质向导带萌提供电子徐成为正电饭中心；受垒主杂质向乔价带提供委空穴成为桂负电中心炸。59半导体勉中同时传存在施病主和受招主杂质徐，且慢。N型半乏导体N型半摇导体60半导体中丧同时存在泳施主和受狼主杂质，抗且草。P型半导消体P型半导肺体61杂质的补压偿作用半导体中押同时存在篮施主和受伤主杂质时迁，半导体汉是N型还遗是P型由易杂质的浓为度差决定半导体中绒净杂质浓潮度称为有窑效杂质浓低度（有效畏施主浓度灶；有效受辩主浓度）杂质的吵高度补避偿（后）62点缺陷弗仓克耳吼缺陷间隙原子蔽和空位成照对出现肖特基线缺陷只存在资空位而究无间隙俱原子间隙原子竹和空位这悟两种点缺菊陷受温度际影响较大拢，为热缺陷，它们不蚕断产生和墨复合，直刃至达到动鱼态平衡，朱总是同时存在的。空位表现为受主作用；间隙原子表现为施主作用63点缺陷替位原锄子（化向合物半抹导体）64位错位错是半将导体中的络一种缺陷盗，它严重碧影响材料慢和器件的写性能。65位错施主情况烦受主情密况66练习1、Ⅲ、朝Ⅴ族杂质榜在Si、均Ge晶体罪中为深能税级杂质。（旬）2、受主流杂质向价间带提供空冻穴成为正跨电中心。要（后）3、杂质果处于两种寄状态：（稠）和（很）。4、空位阻表现为（缺）界作用，间埋隙原子表康现为（尸）作渗用。5、以垦Si在泪GaA皮s中的告行为为稳例，说授明Ⅳ族勒杂质在惹Ⅲ—Ⅴ砍化合物躲中可能敏出现的唐双性行号为。67半导体中属的电子状诊态半导体丈中杂质博和缺陷宜能级半导体中捎载流子的零统计分布半导体热的导电箩性非平衡载垮流子pn结金属和半袖导体的接仓触半导体足表面与翁MIS拥结构半导体指物理学68热平衡河状态在一定温啄度下，载流子的绿产生和载流子的肢复合建立起枯一动态苗平衡，朋这时的惰载流子怪称为热平衡载赚流子。半导体毫的热平理衡状态爸受温度影响，坟某一特急定温度秀对应某宵一特定恶的热平们衡状态壳。半导体佛的导电性受温度影响剧烈照。69态密度江的概念能带中能金量斩附近每单瞒位能量间充隔内的量父子态数。能带中能蜡量为弟无限小识的能量间揉隔内有利个量奴子态，则谈状态密度醋为70态密度的奔计算状态密帖度的计据算单位掌空间严的量子策态数能量遣在脉空间中眉所对应希的体积前两者相砖乘得状态虎数根据定义厨公式求得门态密度71空间中的持量子态在空训间中，电各子的允许屡能量状态念密度为辽，考首虑电子的洗自旋情况壮，电子的代允许量子坏态密度为馆，每个量火子态最多坑只能容纳一个电子。72态密度导带底捏附近状年态密度压（理想忽情况）73态密度（导带底是）（价带爪顶）74练习1、推导乓价带顶附洁近状态密坑度75费米能肾级根据量子迅统计理论礼，服从泡剥利不相容狐原理的电亦子遵循费裹米统计律对于能缝量为E丹的一个弦量子态徐被一个拥电子占颂据的概卷率蜘为称为电臣子的费咏米分布字函数空穴的勇费米分川布函数炕？76费米分败布函数称为费米快能级或费似米能量温度导电类爷型杂质含雪量能量零点毕的选取处于热葬平衡状夸态的电牺子系统助有统一绿的费米演能级77费米分布浩函数当意时若逐，熔则若江，则在热力学榴温度为0踏度时，费魂米能级林可看剂成量子态况是否被电神子占据的绑一个界限当捧时若漆，则若在，则若烦，瓶则费米能级筹是量子态状基本上被电子占绩据或基唱本上是互空的一个标志78玻尔兹曼储分布函数当承时，由于驼，所絮以费米分峡布函数触转化为称为电笼子的玻处尔兹曼避分布函益数79玻尔兹仅曼分布臭函数空穴的玻房诚尔兹曼分席布函数80玻尔兹曼演分布函数导带中概电子分祖布可用疾电子的本玻尔兹驱曼分布与函数描交写（绝大多数扫电子分布名在导带底）；价阳带中的姥空穴分默布可用肠空穴的食玻尔兹剪曼分布估函数描绍写（绝大多数吴空穴分布漆在价带顶）服从费米统歉计律的电子琴系统称使为简并性系魂统；服从玻尔兹曼缸统计律的电子立系统称馋为非简并性碎系统费米统角计律与俊玻尔兹笨曼统计衬律的主蛙要差别僻：前者受椒泡利不拨相容原口理的限到制81练习1、空抵穴占据捡费米能租级的概跟率在各只种温度第下总是宇1/2呜。（楚）2、费米历能级位置叼较高，说眨明有较多厅的能量较携高的量子脑态上有电条子。胜（索）漂3、能吉量为E的拨一个量子山态被一个晒空穴占据嘱的概率为厦（艺）熟。4、为什稳么电子分相布在导带瞎底，空穴矩分布在价爆带顶？82导带中的韵电子浓度在导带仁上的练间召有假个倍电子从导带爷底到导玻带顶对凉进勿行积分茧，得到狱能带中停的电子润总数，限除以半屯导体体箭积，就纵得到了拳导带中技的电子销浓度83导带中的悟电子浓度84导带中吃的电子灿浓度导带宽度乞的典型值蠢一般蹦，晃，所以醒，因球此，塌，积汇分上限改惕为并许不影响结患果。由此视可得导带瓣中电子浓秀度为85价带中的角空穴浓度同理得价础带中的空省穴浓度86载流子浓然度乘积同理得价馆带中的空蒜穴浓度热平衡伟状态下锻的非简设并半导战体中，代在一定菠的温度幅下，乘词积探是一定梅的，如湿果电子宴浓度增驻大，空淋穴浓度相就会减裤小；反币之亦然87本征半导蹄体载流子剩浓度本征半导立体无任何杂娘质和缺陷拌的半导体88本征费忆米能级89本征载尘流子浓组度（既适能用于本著征半导偏体，也桌适用于配非简并闪的杂志各半导体宇）90杂质半导纯体载流子热浓度一个能级苗能容纳自番旋方向相请反的两个寒电子杂质能愧级只能负是下面缝两种情结况之一被一个拉有任一驼自旋方窗向的电萍子占据不接受怠电子91杂质半导芬体载流子历浓度施主能龄级上的究电子浓掌度（没楼电离的射施主浓僚度）受主能级杏上的电子婆浓度（没挤电离的受童主浓度）92杂质半创导体载雾流子浓境度电离施但主浓度电离受主妇浓度93n和p袖的其他心变换公驶式本征半匙导体时樱，94费米能级对掺杂虎半导体楚，95费米能虫级接近室匠温时EF-Ei=kTln(ND/ni)96练习97半导体中驴的电子状涛态半导体雀中杂质灵和缺陷猾能级半导体中发载流子的蹲统计分布半导体花的导电膨性非平衡跌载流子pn结金属和抽半导体榆的接触半导体忘表面与缓MIS元结构半导体吵物理学98载流子贼输运半导体淡中载流报子的输滔运有三图种形式河：漂移扩散产生和复虽合99欧姆定律金属导匠体外加弯电压翁，幕电流强薯度为电流密纯度为100欧姆定兼律均匀导体映外加电压跑，法电场强度库为电流密龄度为欧姆定律珠的微分形丽式101漂移电流漂移运动当外加校电压时病，导体颜内部的斗自由电飞子受到胖电场力悟的作用倾而沿电隔场的反需方向作先定向运招动（定漂向运动互的速度华称为漂哲移速度每）电流密宽度102漂移速度漂移速沫度103半导体仙的电导乎率和迁剧移率半导体俘中的导相电作用兆为电子耳导电和失空穴导腊电的总堤和当电场强站度不大时崭，满足翁，旱故可得半耕导体中电冠导率为104半导体的租电导率和狂迁移率N型半期导体P型半忙导体本征半逼导体105Que万sti铸on导体在外缓加电场作光用下，导约体内载流双子的漂移只电流有两议种表达形酸式恒定不断增大106热运动在无电场期作用下，姓载流子永良无停息地户做着无规问则的、杂纠乱无章的摔运动，称瓦为热运动晶体中逆的碰撞租和散射终引起净速度茧为零，粒并且净愧电流为妇零平均自也由时间谦为107热运动当有外电奸场作用时是，载流子胃既受电场击力的作用寺，同时不米断发生散邪射载流子康在外电教场的作校用下为热运动和漂移运动的叠加，兄因此电流希密度是恒岭定的108散射的原演因载流子并在半导众体内发汤生撒射夜的根本原俩因是周期性势娇场遭到破粗坏附加势雨场使得能带辈中的电子裁在不同殊状青态间跃迁洗，并使得刷载流子的薄运动速度惠及方向均任发生改变主，发生散截射行为。109电离杂蓄质的散跨射杂质电离芬的带电离宣子破坏了辫杂质附近喂的周期性达势场，它材就是使载山流子散射掀的附加势睛场散射概率漠代表单位怎时间内一抛个载流子铸受到散射致的次数电离施齿主散射电离受丢主散射110晶格振动箩的散射格波形成原子衔振动的基辈本波动格波波矢对应于亚某一q阻值的格视波数目流不定，畏一个晶独体中格波的总截数取决于幕原胞中所雷含的原子含数Si、其Ge半导体的春原胞含有费两个原子燃，对应于庆每一个q辜就有六个扔不同的格要波，频率低的三个格波称询为声学波，频率高的三个为光学波长声学波胞（声波）起振动在散射前冤后电子能姿量基本不众变，称为弹性散射；光学波振浓动在散射丙前后电忽子能量窃有较大喂的改变刮，称为非弹性雁散射111晶格振动饥的散射声学波掩散射在能带具糠有单一极蛙值的半导浩体中起主桌要散射作巡寿用的是长幼波在长声冲学波中芽，只有死纵波在亿散射中来起主要来作用，导它会引糟起能带撑的波形奶变化声学波编散射概蛙率光学波散老射在低温时厨不起作用巩，随着温浓度的升高墨，光学波失的散射概蔑率迅速增友大112练习1、载董流子的秩热运动趣在半导身体内会肉构成电序流。（沸）2、在半屑导体中，页载流子的框三种输运义方式为（已）、猴（谜）和柏（芹）。3、载泻流子在歇外电场丢的作用港下是（废）和精（尿）疗两种运思动的叠同加，因李此电流翻密度大灿小（吓）。4、什么辩是散射113与蔬的关系N个电子银以速度热沿某常方向运动域，在行时刻未遭哪到散射的迫电子数为驰，则倚在劈燕时间内尽被散射的萝电子数为因此114与方的关系上式的解飘为则讨被射散射的错电子数物为115与陵的关系在蜡时间内羽被散射的课所有电子陷的自由时瓦间为昨，这些封电子自由按时间的总丛和为，则捷个电子趁的平均便自由时咸间可表地示为116、与迷的临关系平均漂移眼速度为117、与碌的关系N型半即导体P型半颈导体本征半狭导体118与梁及摇的关系电离杂碍质散射声学波盯散射光学波散握射119与率及善的关系电离杂质爽散射声学波崇散射光学波设散射120影响迁架移率的枪因素与散射混有关晶格散睬射电离杂质慎散射121122N型半导概体P型半婆导体本征半党导体电阻率123电阻率飘与掺杂讲的关系N型半导迷体P型半导拣体124电阻率与翻温度的关股系本征半尺导体本征半扔导体电扔阻率随谋温度增恢加而单深调地下致降杂质半翁导体（区别午于金属捐）125速度饱和在低电龟场作用参下，载材流子在你半导体朝中的平暂均漂移迎速度v掠与外加牙电场强科度E呈旷线性关布系；随洋着外加龟电场的功不断增蚂大，两梦者呈非冤线性关帽系，并荷最终平扭均漂移辫速度达烟到一饱半和值，贺不随E默变化。n-Ge使:126耿氏效应耿氏效应n-G顺aAs器外加电裤场强度嗽超过竹时，额半导体诉内的电两流以仔的竟频率发抹生振荡127练习一、判肤断1、在脖半导体退中，原层子最外胖层电子傻的共有吃化运动第最显著合。驼（挠）2、不愧同的k口值可标岗志自由细电子的焦不同状环态，但晕它不可蹦标志晶头体中电绝子的共挂有化状执态。堡（植）3、空位私表现为施柳主作用，择间隙原子炉表现为受素主作用。挠（松）4、半尚导体中奴两种载她流子数绳目相同鞠的为高班纯半导卵体。拥（秃）128练习二、填米空1、半导波体材料结椒构可分为炼（）汪、（枪）、（扁）豪，应用最臂为广泛的才是（位）。2、金刚硬石型单胞返的基础结酿构为（抵），金刚杀石型为（于）对称疾性，闪锌幼矿型结构皆为（电）百对称性，终纤锌矿型奔为（今）对称性召。3、导质带和价裹带间间肾隙称为稠（暑），茄Si的悼禁带宽堂度为（莫），G捧e为（谎），G薪aAs瘦为（榨）俗。4、固体委按其导电胸性可分为勉（）礼、（翁）、（觉）。129练习5、杂质晕总共可分妙为两大类注（饰）尾和（逝），施主斧杂质为（咽），伟受主杂质文为（丘）。6、施栏主杂质树向（娃）传带提供辩（乏）俘成为（趟）馒电中心压；受主捡杂质向鲁（槽）澡带提供淡（旦）成为符（仅）电嘴中心。7、热平衡时食，能级E魂处的空穴恋浓度为（卷）。8、在半导党体中，趴载流子达的三种父输运方需式为（陵）角、（身）棉和（继）。130练习三、简答1、单胞孝的概念及壁两大注意矩点？2、三真种立方鼻单胞的尿名称？3、引入蝴有效质量湖的原因及驳意义？4、胸的尊物理含恒义？5、费宜米分布酱函数与护玻耳兹号曼分布堤函数的夏最大区坝别？6、在外它加电场E雪作用下，劝为什么半反导体内载岸流子的漂稼移电流恒狱定，试从腿载流子的千运动角度斜说明。7、在阀室温下弃，热平盼衡时，持Si半货导体中双，，求半绘导体中葡的电子字和空穴踪蝶浓度。131半导体中柳的电子状逐态半导体钻中杂质宅和缺陷均能级半导体中维载流子的帅统计分布半导体的梢导电性非平衡载昼流子pn结金属和甲半导体蛋的接触半导体表犯面与MI声S结构半导体物砖理学132平衡载父流子在某以砌热平衡私状态下溉的载流氧子称为艘平衡载图流子非简并祸半导体胖处于热咱平衡状骆态的判珠据式（只受驰温度T短影响）133由于受忽外界因梨素如光丹、电的泥作用，剩半导体灿中载流担子的分籍布偏离盖了平衡陵态分布哪，称这墨些偏离摄平衡分援布的载拣流子为避过剩载肢流子，骗也称为树非平衡畅载流子过剩载流呀子非平衡肿载流子正的光注们入134平衡载违流子满浑足费米紫－狄拉知克统计墨分布过剩载流涛子不满足执费米－狄角拉克统计端分布且公式不成立载流子案的产生米和复合耐：电子笑和空穴滚增加和起消失的座过程过剩载博流子135过剩载流快子和电中奖性平衡时斜过命剩载流伟子电中性捞：136小注入条势件小注入条职件：注入岸的非平牵衡载流烟子浓度掘比平衡匹时的多循数载流槐子浓度铸小的多N型材联料P型材料137小注入条格件例：室拳温下一台受到微贸扰的掺征杂硅，判断其是田否满足小腊注入条件省？解：满足小筝注入条劫件！（赏）注：（1依）即使在三小注入的更情况下，轰非平衡少蛙数载流子作浓度还是帖可以比平蓬衡少数载喜流子浓度自大的多（2）蠢非平衡镰少数载使流子起孕重要作蜘用，非马平衡载变流子都筑指非平盛衡少数陪载流子138非平衡掠载流子柜寿命假定光股照产生键和徐，牙如果光腊突然关驱闭，缴和异将随时上间逐渐池衰减直虹至0，弦衰减的集时间常底数称为珍寿命，也常称为响少数载流赌子寿命单位时的间内非侮平衡载侄流子的洞复合概枯率非平衡载森流子的复梢合率139复合n型材岩料中的怀空穴当裕时，维，故妨寿命标谊志着非臭平衡载怨流子浓忽度减小恰到原值偿的1/略e所经箭历的时崖间；寿练命越短片，衰减崇越快140费米能叹级热平衡状诉态下的非闲简并半导涝体中有统匪一的费米质能级统一的狠费米能榨级是热漂平衡状介态的标周志141准费米纤能级当半导矮体的热笑平衡状吃态被打嚼破时，锦新的热视平衡状交态可通撒过热跃迁实现，桑但导带紧和价带蚀间的热哗跃迁较盒稀少导带和价也带各自处炕于平衡态棋，因此存露在导带费鸟米能级和存价带费米翠能级，称险其为“准费米能潮级”142准费米舌能级注：非以平衡载流么子越多，幅准费米能栋级偏离胜就越远。在非平衡苹态时，一辞般情况下蜜，少数载念流子的准烫费米能级奥偏离费米根能级较大143准费米驻能级注：吃两种载获流子的融准费米殖能级偏原离的情谣况反映拣了半导竹体偏离催热平衡东状态的界程度144产生和大复合产生电子和蹦空穴（誉载流子遥）被创竹建的过爹程产生率滥（G）：单位突时间单宜位体积逆内所产森生的电凑子—空洲穴对数复合电子和政空穴（布载流子举）消失炕的过程复合率伏（R）：单位时贿间单位体绍积内复合爸掉的电子扰—空穴对挡数产生和浆复合会告改变载浓流子的润浓度，真从而间毕接地影救响电流145复合直接复合倍间接箱复合递Au将ger复貌合（禁带宽铃度小的半撇导体材料类）（窄禁带泻半导体及耕高温情况歼下）（具有劲深能级咱杂质的恰半导体愧材料）146产生直接产聚生期R昼-G中坛心产生枝载流狠子产生与碰撞电盟离147练习1、一般薪情况下，命满足小注户入条件的做非平衡载已流子浓度瓶比平衡载杯流子浓度现小。（冰）2、寿命镇标志着非吸平衡载流睡子浓度减误小到原值约的（派）妨所经历的津时间。3、简述蕉小注入条错件4、处景于非平乓衡态的禽p型半胞导体中脉，蚀和响哪个距画近喇？为什瓦么？148陷阱效盗应当半导体诵处于非平婆衡态时，仪杂质能级尝具有积累裹非平衡载炸流子的作页用，即具本有一定的陷阱效应所有杂哲质能级贪都具有彩陷阱效搬应具有显睁著陷阱勿效应的赔杂质能步级称为陷阱；相应的结杂质和缺掠陷称为陷阱中较心杂质能冰级与平战衡时的绸费米能拆级重合候时，最候有利于莲陷阱作纪用149扩散粒子从高粱浓度向低谷浓度区域妈运动150扩散电流151半导体闪内总电卖流扩散+漂赏移152扩散系竟数和迁抄移率的断关系考虑非均鞠匀半导体153爱因斯讲坦关系在平衡扯态时，狂净电流窗为0154连续性方按程155举例掺杂浓貌度分别险为(a属)况和谎的硅中陆的电子丑和空穴拔浓度？别(b)怜再掺榜杂盈的Na又是多群少？(美)156半导体中够的电子状侄态半导体中形杂质和缺径陷能级半导体中涌载流子的竖统计分布半导体的谁导电性非平衡币载流子pn结金属和半客导体的接苍触半导体拌表面与指MIS歪结构半导体据物理学157PN结杂蹲质分布PN结是芦同一块半税导体晶体平内P型区折和N型区腊之间的边煮界PN结是阔各种半导里体器件的排基础，了根解它的工统作原理有睡助于更好廉地理解器焦件典型制造葵过程合金法扩散法158PN结贺杂质分府布下面两迁种分布众在实际海器件中侄最常见氏也最容若易进行菌物理分惯析突变结缎:螺线性枯缓变结溪:浅结、哲重掺杂鬼（<1曲um）誉深结尚（>3兔um）或外延湾的PN羞结159PN结弹的形成160PN结匪中的能逃带PN161内建电势162内建电条势PN结瘦的内建妖电势决迁定于掺础杂浓度胃ND、NA、材料愿禁带宽杜度以及线工作温碑度163能带内建电势电场164VA0条件构下的突变严结外加电战压全部夺降落在唐耗尽区己，VA大于0时恭，使耗尽蛙区势垒下容降，反之擦上升。即朵耗尽区两引侧电压为诱Vbi-VA165反偏P蜂N结反偏电肯压能改泥变耗尽许区宽度灿吗？166准费米能某级167理想二廉极管方寻程PN结正妖偏时168理想二省极管方谷程PN结阿反偏时169定量方程基本假设P型区换及N型服区掺杂旅均匀分妈布，是评突变结盗。电中性丢区宽度些远大于娱扩散长厦度。冶金结制为面积贞足够大许的平面秋，不考犁虑边缘求效应，洞载流子府在PN签结中一窄维流动新。空间电裳荷区宽套度远小床于少子宫扩散长凉度,成不考虑束空间电养荷区的巾产生—仍复合作歼用。P型区和互N型区的详电阻率都崭足够低，灾外加电压盐全部降落巩在过渡区暴上。170准中性抖区的载陕流子运察动情况稳态时艳,假虽设GL=0边界条河件:图6.4欧姆接触赠边界耗尽层边卡界171边界条替件欧姆接触裙边界耗尽层边够界(pn河结定律)172耗尽层弃边界P型一借侧PN173耗尽层把边界(唇续)N型一侧耗尽层鞋边界处俊非平衡乌载流子最浓度与外加电压池有关174准中性区搬载流子浓掠度175理想二极壮管方程求解过民程准中性区乐少子扩散罩方程求Jp(xn)求Jn(-xp)J=赠Jp(xn)+乳Jn(-xp)176理想二孕极管方局程(1偏)新的坐狠标:边界条件狠:-xpxn0xX’177空穴电流一般解178电子电漠流P型侧179PN结电归流180PN结芽电流与紫温度的僻关系181与理想情期况的偏差大注入效苍应空间电加荷区的愈复合182空间电班荷区的讨产生与很复合正向有复壮合电流反向有产葡生电流183空间电瞎荷区的败产生与弟复合-阿1反向偏章置时,正向偏置孝时,计尿算比较复抄杂VA愈低，荡IR-G愈是起帽支配作年用184VAVbi时的大电义流现象串联电微阻效应q/kTLog(秧I)VA185VAVbi时的大鞭电流现知象-1大注入效哈应大注入财是指正海偏工作舟时注入毕载流子课密度等岩于或高储于平衡丈态多子朋密度的煮工作状涨态。pn≥nno186VAVbi时的大电访流现象-糟2187VAVbi时的大软电流现迟象-3VA越大,泳电流上升锈变缓188反向击喉穿电流急尽剧增加可逆雪崩倍增齐纳过程不可逆热击穿189雪崩倍增190齐纳过程产生了隧阔穿效应E隧道穿透炉几率P：隧道长度粘:隧道击穿:VB<4Eg/q雪崩击穿：VB>6Eg/q191PN结二匪极管的等越效电路小信号挣加到P们N结上~+医-vaVA+政-PNRsGC192反向偏国置结电母容也称势循垒电容前或过渡敬区电容193反向偏辞置结电形容-1194反向偏日置结电屋容-2耗尽近似榴下线性缓誓变结的空棕间电荷区拜电荷总量195参数提斧取和杂燃质分布CV测量楼系统VA1/C2Vbi196扩散电权容197扩散电容携-1表现为电此容形式198扩散电容慈-2扩散电容竿与正向电庆流成正比199练习1、为用什么p碍n结在冲反偏压悄下有一偿小的饱将和电流2、试搁分别描魄述势垒阵电容和灾扩散电其容的由厉来200半导体仗中的电嗓子状态半导体谣中杂质市和缺陷繁能级半导体显中载流箱子的统计计分布半导体的训导电性非平衡柳载流子pn结金属和半猴导体的接伏触半导体表协面与MI颤S结构半导体物南理学201金属和映半导体榜的接触金属和院半导体蜓的功函漆数202金属和半间导体的接续触