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1、半导体物理 Semiconductor Physics 雷天民 西-207 leitianmin 1 1 一、基本概念、方法和规律： l能带相关概念（空带、满带、导带、价带、禁带） 及其形成，有效质量及其意义，空穴； lk空间、布里渊区、椭球等能面、回旋共振实验、 纵向有效质量、横向有效质量； l能带结构、能谷、硅的能带结构、锗的能带结构、 砷化镓的能带结构、禁带宽度随温度的关系； 1）第一章： 2）第二章： l杂质与杂质能级、施主杂质与受主杂质； l浅能级杂质电离能的简单计算类氢模型； l杂质补偿作用、深能级杂质的特点、作用及形成等 2 2 3）第三章： l热平衡载流子、k 空间量子态、导带
2、底电子状态密度 、价带顶状态密度、状态密度有效质量； l费米分布、玻耳兹曼分布、费米能级及其与杂质浓度 和温度的关系、本征半导体及本征激发、本征载流子 浓度； l电中性条件、杂质电离能及电离过程、简并半导体、 简并化条件； l载流子冻析效应、禁带窄化效应； 3 3 4）第四章： l漂移运动、平均漂移速度、电流密度、迁移率、 电导率； l平均自由时间与散射概率的关系、半导体中的散 射机构（杂质散射、晶格散射等）； l电阻率与杂质浓度和温度的变化关系； l热载流子、多能谷散射、负微分电导、负阻效应 、高场畴、耿氏振荡 5）第五章： l非平衡载流子、光注入、少子寿命、准费米能级； l复合的相关概念、
3、复合中心、俘获系数、金在硅中 的复合作用、陷阱效应； l扩散定律、稳态扩散方程、扩散流密度、扩散电流 、漂移电流、爱因斯坦关系式、连续性方程； 4 4 6）第六章： lp-n结的形成及其特点； l表面态、表面驰豫、表面重构、表面电场的产生等； l金半结的形成，肖特基接触、欧姆接触等； 二、例题选讲： 例1、锑化铟介电常数=17，电子有效质量mn=0.014m， 试计算： 1）浅施主的电离能和基态轨道半径； 2）相邻施主上的基态电子轨道开始交叠时的施主浓 度。当超过这个浓度时，将出现什么效应? (已知氢的基态电离能E013.6eV，玻尔半径a00.53) 5 5 解 1）利用类氢模型，基态电离能
4、和基态轨道半径分别为 ( ) 2）设想施主杂质均匀地排列成一个立方格子，那么Nd -1/3 即表示相邻杂质小心的距离。所以 6 6 当施主浓度越过这个数值时，相邻施主上的基态 电子轨道将发生交叠，这时杂质能级将扩展成一个杂 质能带。即束缚于杂质上的电子，可以在不同杂质原 子之间转移，杂质带表现出一定的导电性。不过与晶 体能带中的电子相比，杂质带中的电子运动要困难得 多。只是在低温下，当能带中的载流子对电导的贡献 变得很小时，杂质带的导电性才可以表现出来。 7 7 例2、试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴 迁移率分别为1350cm2/VS和500cm2/VS。当掺入百 万分之一的As后
5、，设杂质全部电离，试计算其电导率 。比本征Si的电导率增大了多少倍？ 解 T=300K，n1350cm2/VS，p500 cm2/VS 掺入As浓度为ND=5.00102210-6=5.001016cm-3 杂质全部电离， 查图4-14可得：n900cm2/VS 8 8 增大了162万倍 9 9 例3、求室温下掺锑的n型硅，使EF(ECED)/2时的锑的 浓度。已知锑的电离能为0.039eV。 解由 可知，EFED，EF标志电子的填充水平，故ED上几乎全 被电子占据，又在室温下，故此n型Si应为高掺杂，而 且已经简并了。 即 故此n型Si应为弱简并情况。 1010 其中 1111 例4、掺有1
6、.11016 cm-3硼原子和91015cm-3磷原子的 Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度 及样品的电阻率。 解NA1.11016 cm-3，ND91015 cm-3 可查图415得到 1212 1313 根据 查图414得，然后计算可得 1414 例5、某p型半导体掺杂浓度NA1016/cm3，少子寿命为 10s ，在均匀光的照射下产生非平衡载流子，其产生 率g=1018/cm3s，试计算室温时光照情况下的费米能级并 和原来无光照时4的费米能级比较。设本征载流子浓度 ni=1010/cm3。 解、1）无光照时，空穴浓度 即：无光照时，费米能级在禁带中线下面0.36eV处。 1515 2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为 1616 谢谢大家！ 1717
