微电子学概论章-

微电子学概论章-第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二第二章半导体物理和器件物理基础2.1半导体及其基本特性导体106－104绝缘体<10-10半导体104－10-10各种物质的电导率(Ω．cm)－１第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二半导体的特点各种物质的电阻率(Ω.cm)10-610-410-210-010210410610810101012101410161018银半导体

镍

玻璃

第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二半导体的特点电导率温度系数杂质作用显著正２种载流子光电导效应光电子效应光生伏特效应第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二半导体材料元素半导体（IV族）SiGe化合物半导体（III-V族）GaAs多元化合物AlGaAs有机半导体AlGaAs第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二硅晶体的平面结构IV族元素，外层电子４共价键第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二硅的金刚石结构:面心立方晶格常数：5.4•10-8cm原子序号１４原子量２８熔点１４２０℃密度2.33原子密度：5•1022/cm3第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.2.载流子2.2.1能带单原子的能级多原子的能级分裂形成能带导带禁带价带满满空空1s2s2p第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二金属导体Eg=0绝缘体Eg很大10eV以上半导体Eg适中在0.1-5eV典型半导体禁带宽度Si1.1Ge0.67GaAs1.43第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二本征激发：高电阻率激发的概率绝对温度禁带宽度EXP(-Eg/kT)以硅为例，室温kT=0.026eVEg=1.1eV所以EXP(-Eg/kT)=3*10-19很小。每立方厘米有5E22原子有1500个导带电子

第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二本征激发特点电子=空穴室温下Si电子和空穴的浓度为ni=1.5*1010/cm3

第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二SiPSiSiSiSiBSiSiSi很容易获得自由的电子P等V族元素提供这样的电子施主杂质很容易接受自由的电子让这个空穴跑出去B等III族杂质提供这样的空穴受主杂质第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二施主能级V族元素，P,As,SbP0.044eV受主能级III族元素BB0.045eV杂质能级第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.2.3费米能级电子占有几率为1/2的能级位置,是一个电子分布状态的指标电子占有概率：f(E)=1/{1+exp[(E-Ef)/kT]}当E=Ef时,f(E)=0.5当E<<Ef时,f(E)接近1当E>>Ef时,f(E)接近0第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二费米能级的位置本征半导体，费米能级位于禁带的中央Ef=Ei，体现n=p杂质半导体，费米能级偏离禁带的中央，N型半导体，Ef=kTln(Nd/ni)+Ei费米能级位于禁带的上半部，Nd越大，距离Ei越远P型半导体，Ef=-kTln(Na/ni)+Ei费米能级位于禁带的下半部，Na越大，距离Ei越远第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期二2.2.2平衡载流子：处于热平衡状态下电子n=niexp[(Ef-Ei)/kT]空穴p=niexp[(Ei-Ef)/kT]这里k波尔兹曼常数=1.38*10-23J/K绝对温度室温T=300,kT=0.026eV例题：n型半导体，Ef距禁带中央0.4eV,求n,p解：Ef-Ei=0.4eV，kT=0.026eV，ni=1.5*10(cm-3)n=nie[(Ef-Ei)/kT]=1.5*1010e(0.4/0.026)=1.5*1010*4.9*106=7.5*1016(cm-3)第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期二非平衡载流子：处于非热平衡状态下，过剩载流子例如光激发电子注入如果去掉注入，逐渐复合,τ寿命Δn=Δn0e(-t/τ)第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期二价带导带禁带Ni（本征费米能级n型p型高浓度低浓度第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期二迁移率mobility电场力f=qE加速度a=f/m=qE/m所以电子在真空中加速运动晶体里，受到散射做匀速运动V=μEμ:迁移率，单位cm2/vs

第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期二散射机理晶格散射杂质散射++第二十页，共二十五页，编辑于2023年，星期二迁移率与什么因素有关（1）半导体材料:InSb,80000GaAs,8500，400Si,1350，480Ge，3900，1900（2）载流子种类：电子>空穴（3）温度高，迁移率低（4）掺杂浓度高，迁移率低

第二十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期二迁移率与掺杂浓度的关系第二十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期二迁移率与温度的关系第二十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期二小结（1）能带结构：导带、价带、禁带（2）本征、n型、p型半导体、电子、空穴（3）施主、受主（杂质、能级）（4）电子占有几率，费米能级（5）费米能级与温度、载流子浓度的关系（6）迁移率，散射记住数据：Eg=1.1eVni=1.5*1010

μn=1350cm2/sV，μp=480cm2/sV

第二十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期二习题：1.回答以下概念（1）能带结构：导带、价带、禁带（2）本征、n型、p型半