半导体物理与器件复习资料

半导体物理与器件复习资料非平衡载流子寿命公式：本征载流子浓度公式：本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料半导体功函数：指真空电子能级E0与半导体的费米能级Ef之差电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。Pn结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应载流子的迁移率扩散系数爱因斯坦关系式两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散迁移率受掺杂浓度和温度的影响金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。空间电荷区：冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。存储时间：当pn结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n型）或价带中（p型）的半导体。直接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间相同点的半导体。电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn结电流的过程1、什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn结；②由于pn结空间电荷区p区的受主离子所带负电荷与N区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。2、为什么随着掺杂弄得的增大，击穿电压反而下降？随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，分离能级就会扩展成微带，会使原奶的导带往下移，造成禁带宽度变宽，不如外加电压时，能带的倾斜处隧长度Δx变得更短，当Δx短到一定程度，当加微小电压时，就会使p区价带中电子通过隧道效应通过禁带而到达N区导带，是的反响电流急剧增大而发生隧道击穿，所以。。。。。。3、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主导作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体相比较影响并不大，所以这时随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加下，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。对于一般掺杂半导体，由于杂质浓度低，电离杂子散射基本可以忽略，其主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越小。4、漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移率和扩散系数之间满足什么关系？漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均，导致载流子从浓度高的地方向浓度低的地方定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力是载流子的分布引起的。关系为：TkD0//εμ=5、什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？描述大量粒子的分部规律的函数。①麦克--滋曼分布函数：经典离子，粒子可区分，而且每个能态多容纳的粒子数没有限制。②波色--斯坦分部函数：光子，粒子不可区分，每个能态所能容纳的粒子数没有限制。③费米狄拉克分布函数：晶体中的电子，粒子不可分辨，而且每个量子态，只允许一个粒子。6、画出肖特基二极管和pn结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。两个重要的区别：反向饱和电流密度的数量级，开关特性；两种器件的电流输运机构不同：pn结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，而肖特基势垒二极管中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差而形成的。肖特基二极管的有效开启电压低于pn结二极管的有效开启电压。7、（a）5个电子处于3个宽度都为a=12A°的三维无限深势阱中，假设质量为自由电子质量，求T=0k时费米能级（b）对于13个电子呢？解：对于三维无限深势阱对于5个电子状态，对应nxnynz=221=122包含一个电子和空穴的状态evEF349.2)122(261.022=++?=对于13个电子……=323=233evEF5.742)323(261.0222=++?=8、T=300k时，硅的实验测定值为p0=2×104cm-3,Na=7*1015cm-3,(a)因为P0<=""所以该材料是n="">16421002010125.1102)105.1(-?=??==cmpiηη(c)n0≥p0所以该材料存在施主杂质31615160101.82510710125.1-?=?-=?∴-=cmNNNNNddad得9、（a）考虑T=300K时的均匀掺杂硅pn结，在零偏条件下，总空间电荷区的25%处在n型区内，内建电势差为Vbi=0.41v,求解：(a)硅：（b）单边突变结：冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。双极输运：由于内建电场产生了对电子和空穴的引力，因此该电厂就将过剩电子和空穴保持在各自的位置，带负点的电子和带正电的空穴以单一迁移率或或三系数一起漂移或扩散，这种现象称为双极输运。欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触迁移率：值载流子在单位电场作用下的平均漂移速度。扩散电路;正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。非简并半导体：半导体中掺入一定量的杂质时，使费米能级Ef位于倒带和价带内，即的半导体kTEEkTEcfv33-≤≤+。1、空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它会引起p区空穴向n区扩散，n区的电子向p区扩散，因此在交界面附近，p区保留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。2、什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。在一定温度下，价带电子获得足够的能量(≥Eg)被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其结果在半导体中出现成对的电子--空穴对。如果温度身高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会由更多的电子被激发到导带中。3、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。他们电离后将成为不能移动的带正电或负点的粒子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将相互抵消，剩余的杂质最后电离，这就是杂志补偿，利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的导带类型，制造各种器件5、何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？半导体处于非平衡时，附加的产生率使载流子超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。6、什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？声子晶格振动的减正模能量量子，声子可以产生和消灭有相互作用的声子数不守恒。)(1)(110电子空穴tnptppNCNC==ττ???-=kTENNngvciexp2()pnnppnpnμμμμμ+-='()pDnDnpDDDpnpn++='kTeDDppnn==μμ()()()()()evnnnnnnnnnmaEzyxzyxzyx222222210312234222222261.010121011.9210054.12++=++????=++=---ππ()()mXeNEmXnXmNNNNebEXcmNNcmNnNnNNnvvNNxxxNxNxxxxwxcmnvvncpbabaiSnadaiaidatbidapnndpapnpnnibiμμμ4max3163152223101058.3298.030993.0]1)(2[1033.231077.7)0259.0/710.0exp(/3//3/1//3/1/25.025.0105.1710.0?==∴===+=?==?=∴=∴===?==