半导体物理复习

半导体物理复习课第一章半导体中的电子状态晶体结构与共价键金刚石型结构闪锌矿型结构纤锌矿型结构氯化钠型结构能级与能带电子在原子核势场和其他电子作用下分列在不同能级相邻原子壳层形成交叠原子相互接近形成晶体共有化运动共有化运动：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只有外层电子共有化运动最显著能级分裂能带形成满带或价带导带半导体中电子状态和能带晶体中的电子VS自由电子Difference?严格周期性重复排列的原子间运动恒定为零的势场中运动单电子近似：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其他大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期变化的，并且它的周期与晶格周期相同。半导体中的电子运动半导体中E(k)与k的关系电子速度与能量关系电子有效质量有效质量的意义：fa1、概括了半导体内部势场的作用2、a是半导体内部势场和外电场作用的综合效果3、直接将外力与电子加速度联系起来常见半导体能带结构直接带隙：砷化镓间接带隙：硅、锗半导体中的杂质所处位置不同：替位式杂质、间隙式杂质所处能级不同：施主杂质、受主杂质施放电子而产生导电电子并形成正电中心接受电子成为负电中心第二章半导体中载流子的统计分布热平衡状态低能量的量子态高能量的量子态产生电子空穴对使电子空穴对不断减少热平衡载流子：处于热平衡状态下的导电电子和空穴状态密度状态密度：能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。状态密度的计算：为简单起见，考虑等能面为球面的情况推导过程书上P51费米能级与分布函数费米分布函数：（描述热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布）T=0K时，若E<EF，则f(E)=1若E>EF，则f(E)=0标志了电子填充能级的水平E-EF>>k0T？玻尔兹曼分布函数条件：E-EF>>k0T费米统计分布：受到泡利不相容原理限制玻尔兹曼分布：泡利原理不起作用导带电子浓度能量E到E+dE之间的量子态电子占据能量为E的量子态几率将所有能量区间中电子数相加除以半导体体积导带电子浓度n0V载流子浓度是与温度、杂质数量及种类有关的量载流子浓度乘积n0p0与费米能级无关只决定与温度T，与所含杂质无关适用于热平衡状态下的任何半导体温度一定，n0p0一定Nc：导带有效状态密度Nv：价带有效状态密度杂质半导体中的载流子浓度电子占据施主能级的几率：空穴占据受主能级的几率：施主能级上的电子浓度电离施主浓度n型硅中电子浓度与温度关系五个区低温弱电离区中间电离区强电离区过渡区高温本征激发区各区特点及变化趋势掺有某种杂质的半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。在杂质半导体中，费米能级的位置不但反映了半导体导电类型，而且还反映了半导体的掺杂水平。第三章载流子输运漂移运动：电子在电场力作用下的运动迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度电导率电流密度散射及散射机构平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程散射机构（1）电离杂质散射（2）晶格振动散射声学波光学波（3）其他散射：能谷散射、中性杂质散射、位错散射长纵声学波在长声学波中起主要作用电阻率与温度的关系载流子主要由电离杂质提供杂质全部电离，晶格振动散射上升为主要矛盾本征激发成为主要矛盾强电场效应现象：偏离欧姆定律解释：从载流子与晶格振动散射时的能量交换过程来说明半导体磁电效应与载流子浓度、温度有关霍尔系数可确定半导体类型及载流子浓度第四章非平衡载流子施加外界作用偏离热平衡态产生非平衡载流子破坏热平衡条件比平衡态多出来一部分载流子非平衡载流子△n=n－n0△p=p－p0n：非平衡态下的电子浓度p：非平衡态下的空穴浓度n0：平衡态下的电子浓度p0：平衡态下的电子浓度非平衡载流子的复合：当半导体由非平衡态恢复为平衡态，过剩载流子消失的过程。准费米能级当半导体处于非平衡状态，不再具有统一的费米能级，引入准费米能级非平衡态下电子浓度：非平衡态下空穴浓度：复合理论直接复合电子在导带和价带之间的直接跃迁间接复合非平衡载流子通过复合中心的复合间接复合的四个过程过程前过程后陷阱效应(熟悉概念)杂质能级积累非平衡载流子的作用陷阱：具有显著效应的杂质能级陷阱中心：相应的杂质和缺陷载流子的扩散运动稳定扩散的条件：单位时间在单位体积内积累的载流子＝由于复合而消失的载流子空穴扩散系数非平衡少数载流子的寿命非平衡少数载流子浓度爱因斯坦关系式(意义，推导)从理论上找到扩散系数和迁移率之间的定量关系迁移率电场作用下运动的难易程度扩散系数存在浓度梯度下载流子运动的难易程度第五章p-n结1、内建电场结果2、费米能级相等标志了载流子的扩散电流和漂移电流互相抵消p-n结接触电势差VDVD和p-n结两边的掺杂浓度、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，接触电势差VD越大；

●禁带宽度越大，ni越小，接触电势差VD越大；p-n结电流电压特性正向偏压下p-n结的费米能级反向偏压下p-n结的费米能级p-n结隧道效应原理及描述重掺杂的p区和n区形成的p-n结称为隧道结第六章半导体表面与MIS结构表面电场效应——MIS结构（金属－绝缘层－半导体）表面势：空间电荷层内的电场从表面到体内逐渐减弱直到为零，电势发生相应变化，电势变化迭加在电子的电位能上，使得空间电荷层内的能带发生弯曲，“表面势VS”就是为描述能带变曲的方向和程度而引入的。多子堆积多子耗尽少子反型强反型条件（推导、理解）强反型：

Vs≥2VBT↑，NA↑衬底杂质浓度越高，Vs就越大，越不容易达到反型。NA=pp0,C－V特性(1)VG<0，多子积累绝对值较大时，，空穴聚集表面，C＝C0，AB段（半导体看成导通）绝对值较小时，C0和Cs串联，C随V增加而减小，BC段(2)VG＝0CFB－表面平带电容(3)VG>0耗尽状态：VG增加，xd增大，Cs减小，CD段Vs>2VB时：EF段（低频）强反型，电子聚集表面，C＝C0GH段（高频）：反型层中电子数量不能随高频信号而变，对电容无贡献，还是由耗尽层的电荷变化决定（强反型达到xdm不随VG变化，电容保持最小值）；GH段第七章金属和