半导体物理学重点概念个人总结

半导体物理学重点概念个人总结Si:导带：硅的导带极小值位于k空间［100］方向的布里渊区中心到布里渊区边界的0.85处；导带极小值附近的等能面是长轴沿［100］方向的旋转椭球面；在简约布里渊区共有6个这样的椭球。价带：价带具有一个重空穴带，一个轻空穴带和由于自旋-轨道耦合分裂出来的第三个能带；价带极大值位于布里渊区的中心；重空穴有效质量为0.53m0，轻空穴有效质量为0.16m0；第三个能带的裂距为0.04eV。Ge:导带：错的导带极小值位于k空间的［111］方向的简约布里渊区边界；导带极小值附近的等能面是长轴沿［111］方向旋转的8个椭球面；每个椭球面有半个在简约布里渊区内，因此，在简约布里渊区内共有4个椭球。价带：价带具有一个重空穴带，一个轻空穴带和由于自旋-轨道耦合分裂出来的第三个能带；价带极大值位于布里渊区的中心；重空穴有效质量为0.36m0，轻空穴有效质量为0.044m0；第三个能带的裂距为0.29eV。主要特征：禁带宽度Eg随温度增加而减小Eg:Si0.7437eVGe1.170ev间接能隙结构。本征激发：当温度一定时，价代电子受到激发而成为导带电子的过程称为本征激发。（温度升高，载流子浓度增大，空穴密度增大，本征激发加剧）有效质量意义：它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用；特别是有效质量可以直接由实验测定，因而可以很方便地解决电子的运动规律。性质：1.电子的有效质量概况了半导体内部的势场作用；2.在能带底部附近，电子的有效质量是正值；在能带顶部附近，电子的有效质量是负值；对于带顶和带底的电子，有效质量恒定；3.有效质量与能量函数对于k的二次微商成反比，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大。内层电子的能带窄，有效质量大；夕卜层电子的能带宽，有效质量小。因此，夕卜层电子在外力作用下可以获得较大的加速度。特点：决定于材料；与电子的运动方向有关；与能带的宽窄有关。空穴：空穴是几乎充满的能带中未被电子占据的空量子态。价带电子被激发到导带后，价带中存在空着的状态。这种空着的状态将价带电子的导电作用等效为带正电荷的准粒子的导电作用。特征：1.带正电：+q；2.空穴浓度表示为p；Ep=-En；mp*=-mn*。浅能级杂质：将很接近于价带顶的受主能级和很接近于导带底的施主能级称为浅能级。将产生浅能级的杂质称为浅能级杂质。其特点为：施主电离能：AED<<<=""g;受主电离能：8e二"”p="">深能级杂质：施主杂质能级距离导带底，或受主杂质能级距离价带顶都较远时，该能级为深能级，相应的杂质称为深能级杂质。其特点为：施主电离能：AED<Eg;受主电离能：AEA<Eg。散射：载流子在半导体中运动时，便会不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生作用，或者说发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变即载流子在半导体中运输时遭到了散射。夕卜加电场载流子与晶格能量交换：电场存在时，载流子从电场中获得能量，随后又以发射声子的形式将能量传给晶格，这时平均的说，载流子发射的声子数多于吸收的声子数。电阻率与杂质浓度关系：材料越纯电阻率越大。电阻率与温度的变化：AB段：温度很低，本征激发忽略，载流子主要由电离杂质提供。BC段：温度继续升高（包括室温）杂质全部电离，本征激发不十分显著，晶格振动散射为主要杂质。C段：温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子产生远远超过迁移率减小电阻率影响，本征激发为主要矛盾。迁移率与杂质浓度和温度的关系：相同温度下，浓度越高，迁移率越小；杂质浓度相同时，温度越高，迁移率越小。夕卜加电场载流子与晶格能量交换：电场存在时，载流子从电场中获得能量，随后又以发射声子的形式将能量传给晶格，这时平均的说，载流子发射的声子数多于吸收的声子数。非平衡载流子：如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，就导致其处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡态。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度不再是n0、p0,而是比它们多出一部。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子（或过剩载流子）。非平衡载流子的复合：产生非平衡载流子的外部作用撤除后，由于半导体的内部作用，使它由非平衡态恢复到平衡态，过剩载流子逐渐消失。非平衡载流子复合时释放能量的方式有三种：发射光子：伴随着复合，将有发光现象，常称为发光复合或辐射复合；发射声子：载流子将多余的能量传给晶格，加强晶格的振动；将能量给予共他载流子，增加它们的动能，称为俄歇复合。复合类型：按复合过程的微观机构，分为直接复合和间接复合：直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合。简接复合：电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。按复合过程发生的位置，分为体内复合和表面复合。理想pn结模型：（1）小注入条件：注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度得小得多。（2）突变耗尽层条件：外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。因此，注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动；（3）通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用；（4）玻耳兹曼边界条件：在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布。pn结接触电势差：平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差VDpn结接触电势差影响因素：接触电势差VD和pn结两边的杂质浓度、温度、材料的禁带宽度有关。在一定温度下，突变结两边的掺杂浓度越高，VD越大；禁带宽度越大，ni越小，VD越大。表面层的状态：多数载流子堆积状态、平带状态、耗尽状态、反型状态、深耗尽状态。耗尽层：在靠近表面的一定区域内，价带顶位置比费米能级低得多，根据波尔兹曼分布，表面处空穴浓度将较体内空穴浓度彳氐得多，表面层的负电荷基本上等于电离受主杂质浓度。反型：随外加电压增大，表面处禁带中央能值Ei下降到EF以下时，就出现反型层。从深耗尽状态向平衡反型状态的过渡过程：开始，表面层处于深耗尽状态；由于深耗尽下耗尽层中少数载流子浓度近似为零，远低于其平衡浓度，