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1、第 0 章 半导体概述电阻率 介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数半导体第 1 章 半导体中的电子状态 共价键: 由同种晶体组成的元素半导体,其原子间无负电性差,它们通过共用一对自旋相反而配对的价电子结合在一起。共价键的特点：1、饱和性 2、方向性共有化运动：电子由一个原子转移到相邻的原子去,因而,电子将可以在整个晶体中运动。孤立原子中的电子状态：主量子数 n:1,2,3,角量子数 l：0，1，2，（n1）磁量子数 ml：0，1，2，l自旋量子数 ms：1/2波函数：描述微观粒子的状态波矢 k 描述晶体中电子的共有化运动状态。薛定谔方程：决定粒子变化的方程布里渊区的特征：（1）每隔
2、1/a 的 k 表示的是同一 个电子态；（2）波矢 k 只能取一系列分立的值，每个 k 占有的线度为 1/L；本征激发：当温度一定时，价带电子受到激发而成为导带电子的过程物质的能带可分为价带、禁带和导带三部分，导带和价带之间的空隙称为能隙。由于能带结构不同，在导电特性上就有了导体、绝缘体、半导体。导体:通常指电阻率 物质。如 SiO2、 SiON、 等。能带能隙很大，可达9 43SNi到 9 V，电子很难跳跃至导带，所以无法导电。)()(822 rErVdrmh半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间，能隙一般约为 1 3 V，只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距就能导电。如硅为 1.
3、12eV，锗为 0.67eV，砷化镓为1.43eV，所以它们都是半导体。电子有效质量*nm空穴：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。禁带宽度 Eg 随温度增加而减小。多能谷结构：锗、硅的导带分别存在四个和六个这种能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附近。间接带隙半导体：硅和锗的导带底和价带顶在 k 空间处于不同的 k 值。第 2 章 半导体中的杂质和缺陷能级根据杂质能级在禁带中的位置，将杂质分为：浅能级杂质 能级接近导带底 Ec 或价带顶 Ev；深能级杂质 能级远离导带底 Ec 或价带顶 Ev。施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发到导带 Ec 成为导带电子，该杂质电离后成
4、为正电中心（正离子） 。这种杂质称为施主杂质。 施主电离能： DCE-受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带 Ev 成为价带空穴，该杂质电离后成为负电中心（负离子） 。这种杂质称为受主杂质。 受主电离能：EA=EA-EV掺施主的半导体的导带电子数主要由施主决定，导电的载流子主要是电子（电子数空穴数），对应的半导体称为 N 型半导体。称电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。杂质的补偿作用:杂质的补偿,既掺有施主又掺有受主：补偿半导体(1) 时 n 型半导体 (2) 时 p 型半导体 (3) 时杂质的高度补偿ADDADAN深能级杂质特点：多为替位式杂质320* nmkhEk
5、则硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底和价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级。束缚激子：即等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载流子，这就是束缚激子。两性杂质：在化合物半导体中，某种杂在其中既可以作施主又可以作受主，这种杂质称为两性杂质。缺陷能级:1、点缺陷 2、位错能级（主要指线缺陷） 点缺陷：空位 自间隙原子 反结构缺陷 各种复合体 位错第 4 章 半导体的导电性 外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动形成电流。即漂移运动.载流子散射：载流子在半导体中运动时
6、，不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生碰撞。用波的概念，即电子波在半导体中传播时遭到了散射。平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比值称为电子迁移率。迁移率的意义：表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。它是表示半导体电迁移能力的重要参数。 迁移率：反映载流子 在电场作用下运动的难易程度非平衡态到平衡态的弛豫时间。电离杂质散射：即库仑散射.能级 E(K)被电子占据的概率： 第 5 章 非平衡载流子100TkEFefTkEp Tkn pFnFeEff 0011注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的少子浓度，小于平衡时的多子浓度，称为小注入。产生过剩载流子的方法：（1）光注入 （2）电注入
7、 （3）高能粒子辐照位于禁带中央的深能级是最有效的复合中心 浅能级不能起有效的复合中心的作用按复合机构分（1）直接复合 （2）间接复合r：比例系数，它表示单位时间一个电子与一个空穴相遇的几率，通常称为复合系数。小注入时，非子寿命决定于材料小注入时非子的寿命决定于少子的寿命，少子的寿命受半导体的形状和表面状态的影响大注入时，非子寿命决定于注入；注入浓度大， 小电子产生率电子俘获率：浅能级杂质电子俘获率电子产生率：深能级杂质俄歇复合非辐射复合:（1）载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子空穴复合时，（2）将多余的能量传给另一载流子， （3）使此载流子被激发到能量更高的能级上去， （4）当它重新跃迁回
8、低能级时，多余的能量以声子形式放出。当半导体处于热平衡态，施主、受主、复合中心或其他杂质能级上，都具有一定数目的电子，且能级上的电子通过载流子的俘获和产生保持平衡。处于非平衡态，杂质能级上电子数目的改变表明杂质能级具有收容载流子的能力。杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。具有显著积累非平衡载流子作用的杂质能级称为陷阱，相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。若 ， ，就是空穴陷阱，反之则为电子陷阱。npr陷阱增长了从非平衡态恢复到平衡态的时间。对非平衡载流子有两种定向运动：(1)电场作用下的漂移运动 (2)浓度差引起的扩散运动。Lp 称为平均扩散长度迁移率：反映载流子在电场作用下运动的难易程度。
9、扩散系数：反映存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。 第 6 章 pn 结ppDLPN 结的形成：在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N 型半导体和 P 型半导体。此时将在 N 型半导体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程：因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区，空间电荷区形成内电场，内电场促使少子漂移，内电场阻止多子扩散。内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。扩散的结果使空间电荷区变宽。势垒电容 ：PN 结的阻挡层类似于平板电容器，它在交界面两侧贮存着数值相等；极性相BC反的离子电荷，
10、当外加电压使 PN 结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当 PN 结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。扩散电容 :当外加电压变化时，除改变阻挡层内贮存的电荷量外，还同时改变阻挡层外中DC性区(P 区和 N 区)内贮存的非平衡载流子。例如，外加正向电压增大 V 时，注人到中性区的非平衡少子浓度相应增大，浓度分布曲线上移。 雪崩击穿：当反向电压足够高时（击穿电压高，6 伏以上）PN 结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反应，使载流子剧增，反向电流骤增。PN 结反向高场强 通过 PN 结的少子获得能量大 与晶体中原子碰撞使共价键的束缚 电荷挣脱共价键 形成电子空穴对（碰撞电离） 载流子倍增效应 齐纳击穿(隧道击穿)：对掺杂浓度高的半导体，PN 结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（U多子数表面反型；3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。nsFsW)( CE0TkEgvcTkEvc eNeNpnvc 000 430000TkEvTkEcvFFceNpn6np2i00 n
