半导体物理学总复习

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结构半导体物理学半导体的纯度和结构

纯度极高，杂质<1013cm-3结构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）单胞无需是基本的晶体结构三维立方单胞

简立方、体心立方、面立方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半导体有:

元素半导体如Si、Ge

金刚石晶体结构半导体有:

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+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原子的能级原子的能级的分裂孤立原子的能级4个原子能级的分裂原子的能级的分裂原子能级分裂为能带价带：0K条件下被电子填充的能量的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带带隙：导带底与价带顶之间的能量差半导体的能带结构导带价带Eg自由电子的运动微观粒子具有波粒二象性半导体中电子的运动薛定谔方程及其解的形式布洛赫波函数半导体的能带本征激发半导抚体中E（K）与K的关美系在导来带底持部，勇波数而，贫附近奏值滩很小忧，将爱在络附近够泰勒矿展开半导摸体中E（K）与K的关梁系令梦代入杜上式检得自由斜电子温的能继量微观萌粒子名具有济波粒墓二象气性半导录体中膨电子纪的平尤均速瞒度在周浑期性躁势场国内，阴电子盐的平漆均速首度u可表挖示为千波包借的群这速度自由邻电子信的速衰度微观描粒子高具有惊波粒耕二象拥性半导妇体中酸电子堵的加雾速度半导尤体中可电子趁在一决强度蹲为E的外款加电然场作林用下剃，外倦力对纪电子狂做功猛为电尘子能对量的棵变化半导蓄体中修电子芝的加请速度令世即有效瘦质量碍的意食义自由拴电子摄只受丙外力压作用仰；半崖导体枝中的花电子梯不仅齿受到煮外力孤的作蓬用，转同时逆还受喇半导垄体内晚部势骑场的徒作用意义优：有醒效质述量概沟括了雁半导秒体内妻部势漂场的搜作用药，使翠得研役究半挺导体本中电趣子的烘运动壁规律纸时更系为简疲便（辜有效士质量倡可由惰试验嚷测定云）空穴只有弟非满哗带电霞子才闯可导库电导带窜电子屈和价概带空扯穴具垒有导锯电特陆性；保电子悲带负宿电-q（导乞带底隶），贪空穴娱带正克电+q（价眨带顶甘）K空间免等能骡面在k=悔0处为揪能带誓极值导带订底附柄近价带铺顶附忆近K空间边等能靠面以恰、椒、迷为坐爪标轴广构成粱空间极，两空杂间任遭一矢妥量代筐表波幻玉矢导带倦底附铅近K空间炉等能末面对应盲于某哪一活值粱，有锹许多疑组不子同的，这管些组朋构成碎一个店封闭统面，径在着滥个面推上能去量值钉为一雨恒值陵，这涌个面标称为教等能挂量面滴，简塞称等帖能面犹。等能千面为贱一球妨面（纺理想着）半导絮体中众的电彼子状炊态半导犹体中飘杂质粉和缺跪陷能缓级半导脆体中由载流填子的榆统计聋分布半导魔体的玩导电橡性非平顷衡载锣流子pn结金属脚和半译导体捐的接堡触半导咽体表江面与MI山S结构半导唤体物宅理学与理鸭想情莫况的昼偏离晶格暂原子木是振送动的材料泼含杂母质晶格跪中存溪在缺教陷点缺柳陷（票空位读、间取隙原脂子）线缺涝陷（迅位错符）面缺乱陷（扒层错广）与理皆想情痰况的鸟偏离各的影育响极微巴量的械杂质献和缺痰陷，序会对衡半导娱体材戏料的微物理音性质丸和化喷学性前质产海生决梳定性纱的影底响，羡同时父也严或重影车响半蚀导体挨器件河的质卡量。1个B原子/个Si原子在室矛温下托电导斯率提惩高灭倍Si单晶么位错样密度策要求帐低于与理难想情悦况的须偏离佩的原艇因理论壁分析叙认为挎，杂乖质和竿缺陷辩的存善在使懂得原晃本周昏期性村排列裹的原梅子所粉产生惯的周规期性栗势场丹受到割破坏讲，并玻在禁袋带中溉引入款了能额级，近允许嚼电子拐在禁要带中医存在到，从惕而使绝半导殊体的猛性质小发生励改变究。间隙道式杂互质、谱替位宪式杂鸦质杂质快原子澡位于胃晶格岛原子录间的量间隙仇位置鼓，该旺杂质朗称为间隙笛式杂格质。间隙苏式杂躬质原围子一之般比财较小盘，如Si、Ge、Ga虚As材料馅中的饰离子历锂（0.驻06标8n爹m）。杂质延原子和取代距晶格筹原子络而位逗于晶内格点崭处，危该杂禾质称冷为替位覆式杂班质。替位听式杂馅质原往子的宰大小饰和价汽电子岸壳层闭结构盾要求谢与被同取代趴的晶黎格原聪子相物近。牙如Ⅲ、Ⅴ族元娃素在Si、Ge晶体集中都吸为替伸位式奋杂质西。间隙均式杂酷质、束替位察式杂唯质单位抚体积酱中的陈杂质两原子扶数称溜为杂石质浓平度施主：掺暮入在割半导惕体中纱的杂胳质原草子，摔能够掀向半支导体什中提病供导疾电的轨电子蛙，并成矮为带命正电酷的离慨子。铲如Si中的P和AsN型半辨导体As半导踪蝶体的珠掺杂施主鲜能级受主：掺遗入在鲁半导爬体中落的杂黎质原利子，彩能够料向半奶导体衣中提搬供导某电的哥空穴石，并成曲为带畜负电能的离制子。绍如Si中的BP型半撑导体B半导写体的极掺杂受主口能级半导丑体的连掺杂Ⅲ、Ⅴ族杂尼质在Si、Ge晶体暂中分提别为隆受主迷和施叶主杂霞质，够它们壤在禁肿带中革引入休了能勒级；口受主其能级做比价冤带顶蜜高奋，施竿主能亩级比稍导带珠底低苍，均夜为浅岸能级洒，这乒两种荷杂质粘称为裤浅能基级杂春质。杂质稍处于摊两种巨状态搂：中希性态护和离硬化态舅。当载处于秆离化菠态时追，施朴主杂母质向虫导带暑提供配电子尿成为促正电狗中心眯；受摸主杂肚质向类价带吩提供戏空穴茶成为士负电掀中心平。半导区体中损同时成存在扎施主国和受尸主杂父质，套且拜。N型半默导体N型半排导体半导激体中孤同时索存在装施主添和受摆主杂笨质，逐且骗。P型半壶导体P型半峰导体杂质饮的补肝偿作锅用半导夕体中锋同时迫存在奔施主元和受毒主杂夜质时仇，半陆导体莲是N型还温是P型由叙杂质铃的浓碰度差挪决定半导皆体中旱净杂棚质浓盾度称老为有渠效杂等质浓渴度（零有效饰施主垄浓度冶；有锁效受网主浓优度）杂质槐的高忆度补秤偿（角）点缺编陷弗仓萝克耳童缺陷间隙延原子舅和空刮位成远对出孝现肖特柜基缺漆陷只存雪在空隙位而检无间厉隙原停子间隙狸原子桥和空摩位这混两种兽点缺焦陷受挎温度施影响殖较大沾，为热缺耕陷，它政们不宵断产序生和穷复合痕，直汇至达醉到动针态平闲衡，穴总是同时绝存在的。空位表现撤为受主奶作用；间隙执原子表现薯为施主行作用点缺常陷替位顽原子规（化劈燕合物齐半导广体）位错位错绘是半怀导体招中的箩一种凯缺陷雕，它乏严重现影响步材料装和器买件的盗性能塌。位错施主锅情况距受碍主情紧况半导推体中葬的电统子状武态半导蔑体中凉杂质追和缺喇陷能和级半导骑体中暑载流蹦子的怒统计爷分布半导责体的骡导电烧性非平茶衡载喇流子pn结金属支和半仅导体摄的接仿触半导愉体表余面与MI节S结构半导滤体物避理学热平掠衡状肌态在一逆定温疾度下徒，载流杨子的干产生和载流稻子的践复合建立耻起一碎动态应平衡亿，这榨时的字载流特子称葡为热平茎衡载预流子。半导抽体的慕热平泊衡状撞态受温度影响忘，某租一特溉定温井度对包应某揭一特通定的粘热平倒衡状询态。半导玩体的导电沸性受温度影响蒙剧烈访。态密度书的概棉念能带宵中能宫量畜附近床每单脚位能谨量间绳隔内烂的量并子态毅数。能带拍中能绳量为峰无氏限小石的能阅量间轰隔内王有痕个量巷子态烘，则屑状态忘密度遣为态密度贩的计津算状态徒密度案的计轻算单位玻空间规的量泻子态侧数能量跌在贸空步间中室所对唯应的觉体积前两桌者相并乘得穷状态兰数根据鸽定义斯公式洗求得焰态密忽度空间趟中的垮量子磁态在某空临间中颤，电支子的麦允许肢能量动状态坊密度召为撇，考泳虑电院子的嗓自旋吊情况将，电卡子的学允许盗量子少态密童度为皱，每赌个量堤子态餐最多胆只能际容纳一个夫电子。态密度导带酒底附泽近状说态密架度（民理想眉情况斥）态密度（导睁带底焰）（价悬带顶举）费米鞋能级根据皮量子卖统计为理论脊，服洞从泡慕利不萍相容夕原理送的电佩子遵纱循费疗米统组计律对于商能量胖为E的一远个量配子态边被一余个电啦子占缠据的液概率弱为称为盛电子肠的费造米分登布函垫数空穴罩的费筹米分兵布函铜数？费米列分布释函数称为我费米请能级误或费字米能估量温度导电练类型杂质手含量能量棵零点战的选梁取处于弟热平怖衡状祖态的删电子膜系统扒有统汇一的苏费米利能级费米凳分布你函数当时若揪，封则若百，作则在热品力学达温度笔为0度时则，费土米能旱级璃可看良成量梅子态括是否臣被电秘子占顷据的伟一个饥界限当资时若淹，变则若狮，星则若额，蛋则费米讯能级怕是量简子态仁基本泄上被电子鄙占据盲或基腥本上睬是空雾的一个标划志玻尔勉兹曼旨分布治函数当景时，由招于唯，抽所以费米奥分布辽函数卷转化赌为称为侧电子零的玻屡尔兹辅曼分或布函凝数玻尔叛兹曼伞分布槽函数空穴阿的玻包尔兹哗曼分有布函氏数玻尔絮兹曼袭分布廉函数导带注中电煌子分堵布可缎用电辰子的有玻尔额兹曼宿分布宗函数毫描写沉（绝大担多数闹电子乡丰分布欺在导映带底）；虽价带漏中的奖空穴秘分布世可用潜空穴凡的玻粒尔兹牧曼分结布函够数描宇写（绝大然多数闷空穴故分布浸在价满带顶）服从费米业统计追律的电逐子系右统称繁为简并节性系级统；服组从玻尔辨兹曼哄统计司律的电斧子系骄统称狸为非简连并性型系统费米睛统计格律与胶玻尔景兹曼鸭统计卷律的坐主要倦差别小：前者临受泡止利不组相容辅原理盏的限逃制导带权中的饥电子绍浓度在导伞带上袭的聋间台有滚个王电子从导嚼带底岁到导职带顶棋对睡进行改积分唱，得米到能趟带中佳的电券子总诵数，捧除以献半导喜体体宗积，敏就得茂到了宫导带找中的炊电子鼓浓度导带旷中的诸电子绑浓度导带报中的裕电子仪浓度导带让宽度品的典壶型值庄一般箱，隙，所右以挂，因令此，疫，积间分上园限改终为哥并逗不影佳响结深果。圾由此资可得榜导带良中电筑子浓爷度为价带穷中的纷空穴学浓度同理兼得价半带中叶的空鸭穴浓款度载流小子浓轿度乘纱积同理聪得价爸带中适的空双穴浓轰度热平判衡状仗态下或的非聚简并捞半导肠体中穿，在迁一定袄的温拨度下签，乘贞积灾是一说定的负，如扮果电俊子浓慰度增艇大，妈空穴甚浓度洒就会忧减小丹；反感之亦太然本征馒半导鼻体载孕流子陷浓度本征绣半导掠体无任拆何杂诞质和爸缺陷述的半龄导体本征肉费米缸能级本征顽载流想子浓汪度（既针适用雁于本础征半乳导体教，也宇适用砍于非款简并患的杂认志半娱导体廊）杂质碧半导率体载杏流子炭浓度一个箱能级剪能容恐纳自隙旋方饲向相鼓反的头两个听电子杂质鸣能级释只能芒是下贤面两叔种情侮况之摄一被一妄个有漠任一婚自旋贡方向疾的电细子占比据不接独受电捷子杂质辱半导判体载抄流子赛浓度施主辰能级梅上的鹿电子筝浓度吩（没洞电离宁的施嚷主浓亲度）受主描能级闲上的负电子恭浓度羞（没破电离阔的受驳主浓参度）杂质贷半导茎体载铲流子计浓度电离锄施主暑浓度电离疗受主稀浓度n和p的其漏他变待换公轻式本征吸半导番体时怕，费米批能级对掺俱杂半啦导体躬，半导域体中跪的电夹子状午态半导浆体中倾杂质隐和缺垒陷能困级半导渐体中猎载流艇子的泛统计稀分布半导奏体的碌导电考性非平窗衡载唉流子pn结金属叮和半籍导体即的接铜触半导桂体表疲面与MI彼S结构半导薯体物毫理学载流感子输并运半导齿体中走载流汇子的学输运巾有三补种形看式：漂移扩散产生术和复息合欧姆鲜定律金属叨导体炎外加面电压环，陪电流嚷强度慢为电流秘密度剖为欧姆著定律均匀面导体且外加茅电压筒，言电场宏强度筋为电流起密度倒为欧姆缘瑞定律座的微忧分形割式漂移倦电流漂移谅运动当外撑加电裹压时德，导猫体内辨部的蝇自由滔电子梢受到怖电场年力的雄作用斩而沿拣电场饥的反回方向库作定仗向运挠动（捎定向拜运动挖的速督度称议为漂浆移速吩度）电流布密度漂移长速度漂移舞速度半导仇体的熊电导拣率和昂迁移纤率半导流体中饥的导换电作踏用为现电子挣导电疏和空冈穴导瞧电的治总和当电书场强描度不演大时灭，满耕足咱，验故可殃得半蹈导体才中电摧导率昌为半导樱体的蜘电导猫率和凝迁移驻率N型半斑导体P型半笔导体本征缓半导谁体Qu勺es迫ti昂on导体占在外名加电碧场作丝式用下某，导腥体内苦载流灯子的杨漂移阵电流冷有两野种表火达形楚式恒定不断驰增大热运忠动在无盒电场输作用段下，退载流旱子永劣无停滔息地吨做着远无规落则的本、杂需乱无增章的帐运动汤，称蔽为热佩运动晶体蹈中的忧碰撞楼和散奋射引胆起净速锯度为萍零，糠并且妈净电近流为总零平均挖自由序时间维为热运嚼动当有伏外电哄场作验用时粘，载午流子般既受姥电场爬力的封作用怕，同芬时不涛断发奖生散山射载流象子在幅外电驾场的莫作用馒下为热运外动和漂移菊运动的叠搂加，屯因此久电流味密度夜是恒袍定的散射逢的原糠因载流袜子在械半导失体内箭发生既撒射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