《半导体物理学复习提纲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理学复习提纲（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 半导体中的电子状态 锗和硅的晶体结构特征金刚石结构的基本特征 半导体中的电子状态和能带电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。几种常用半导体的禁带宽度本征激发的概念 半导体中电子的运动 有效质量导带底和价带顶附近的E(k)k关系E (k)-E(0)=2m*n半导体中电子的平均速度v=hdkhdk有效质量的公式：m*n1 d 2 Eh 2 dk 2本征半导体的导电机构空穴空穴的特征：带正电；m*=m* ； E =_E ； k =_k p n n p p n 回旋共振 硅和锗的能带结构导带底的位置、个数；重空穴带、轻空穴第二章 半导体中杂质和缺陷能级 硅、锗晶体中的杂质能级 基本
2、概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用 III V族化合物中的杂质能级杂质的双性行为第三章半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念状态密度定义式：g (E) = dz / dE ；Gm* )/2 /、导带底附近的状态密度：g (E) = 4“ V n(E - E )/2ch 3c价带顶附近的状态密度：h3(E - E%2VFermi分布函数: 费米能级和载流子的浓度统计分布f(已)_ 1 + exp(E - E )/kTF0Fermi能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有 关。1)将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级E是系统的化学
3、势；2)EFF可看成量子态是否被电子占据的一个界限。3) E 的位置比较直观地标志了电子占据量子F态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。E E-Bol tzmann 分布函数：f (E) = e k0T ；B导带底、价带顶载流子浓度表达式：n =J e； f (E) g (E)dE0 B cEcE - E expf；k T0E - Ep 二 N exp rf” k ToG兀m* kT尢=2 n导带底有效状态密度h3G兀 m* k TN =2 严价带顶有效状态密度vh3载流子浓度的乘积n0 p = NCNVexpE - EC
4、kToN N exp -C(E )I kT丿 0 z的适用范围。. 本征半导体的载流子浓度本征半导体概念；本征载流子浓度：ni = n=p = (N N )-200 C V汎-2k Tv 0 7载流子浓度的乘积no po=n 2 ；它的适用范围。i杂质半导体的载流子浓度电子占据施主杂质能及的几率是f (E)1 + -exp2kT0空穴占据受主能级的几率是f(E)1 + -exp2E - E )FAk T丿o 7施主能级上的电子浓度nD为:1 + -exp2NJE - E DFk T丿o 7受主能级上的空穴浓度 p 为 pANAE - E )FAkT丿o 7电离施主浓度n +为：n + =N n
5、DDD D电离受主浓度P -为：P -=N pAAAA费米能级随温度及杂质浓度的变化 一般情况下的载流子统计分布. 简并半导体1、重掺杂及简并半导体概念；2、简并化条件（n型）：E E 0，具体地说：1） N接近或大于N时简并；2）AE小，C F D C D则杂质浓度N较小时就发生简并；3）杂质浓度越大，发生简并的温度范围越宽；4）简并 时杂质没有充分电离；5）简并半导体的杂质能级展宽为能带，带隙宽度会减小。3、杂质能带及杂质带导电。第四章半导体的导电性载流子的漂移运动迁移率欧姆定律的微分形式：J|E| ；漂移运动；漂移速度v =卩E ；迁移率卩，单位m2 /V-s或cm2 /V-s ； d不
6、同类型半导体电导率公式：二nq卩+ pq卩 np.载流子的散射.半导体中载流子在运动过程中会受到散射的根本原因是什么 主要散射机构有哪些电离杂质的散射：p y nt-32ii晶格振动的散射：p y T32s 迁移率与杂质浓度和温度的关系描述散射过程的两个重要参量：平均自由时间匸散射几率P。他们之间的关系，T二1、电导率、迁移率与平均自由时间的关系。G = nqunnq2T=nnm *nQ = pqu =pq2Tm*pppnq2Tpq2TG = nqu+ pqu =p-+4npm*m*np2、（硅的）电导迁移率及电导有效质量公式：3 ( m mltqT 卩二 n cmc3、迁移率与杂质浓度和温度
7、的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系1各种半导体的电阻率公式：P二一 一； nq 一 + pq 一 np不同温区电阻率的变化/不同温区载流子的散射机制。多能谷散射耿氏效应用多能谷散射理论解释GaAs的负微分电导。第五章非平衡载流子 非平衡载流子的注入与复合 非平衡态与非平衡载流子或过剩载流子； 小注入；附加电导率：Ab=Anq一 +Apq一 = Apq (一 +一)npn p非平衡载流子的寿命 非平衡载流子的衰减、寿命T ;复合几率：表示单位时间内非平衡载流子的复合几率，从(5-10)可以看出，Ef”-Ef，Ef_E越大，n和p值越大，越偏离平衡状态。反之也 可以说，n和p越大，Ep和Ep
8、P偏离Ef越远。 Epn和EpP偏离Ef的程度不同 如n-type半导体n/p。小注入条件下： nno，nano，Ep比Ep更靠近导带底，但偏离Ep很小。 pp。，p二p+Ap, pp, EpP比Ep更靠近价带顶，且比Ep更偏离Ep。 可以看出：一般情况下，在非平衡状态时，往往总是多数载流子的准Fermi能级和平衡时的;T复合率：单位时间、单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。Apk。准Fermi能级1、“准Fermi能级”概念2、非平衡状态下的载流子浓度：E - E)CFkT丿0 丿Ep - E ) FkT丿 0 丿n = N expCp = N expV(n = n + An)0(p =
9、p + Ap)03、p = p exp0f E Ep )f E Ep )FF=n expiFk Tik TV k肿丿V丿“准Fermi能级”的含义f En E f En E )n = n expFF=n expFJ0(kT丿V 0 Fermi能级偏离不多，而少数载流子的准Fermi能级则偏离很大。i(kT丿V 0 71)3)np =n p exp0 0En EpFFkT丿0 丿=n2 expiEn EpF FkT0反映了半导体偏离热平衡态的程度。已卩“吒卩卩越大，np越偏离巧2。Ep二EpP时，np二片2。. 复合理论 非平衡载流子复合的分类以及复合过程释放能量的方式1、直接复合2、间接复合
10、定量说明间接复合的四个微观过程：俘获电子过程：电子俘获率=rnn(Nt-nt) 发射电子过程：电子产生率二s_n十，s二rn1- n 1俘获空穴过程：空穴俘获率二rppn十 发射空穴的过程：空穴产生率二s+(N十-n十)，s+=rpp1有效复合中心能级的位置为禁带中线附近。.载流子的扩散运动。扩散流密度：d Ap (x ) S =- D卩ppdxdAn(x)S =-D - nn dx单位时间通过单位面积的粒子数)。2、空穴的扩散电流J ) =-qD dAP(X)p 扩 p dx电子的扩散电流(J )n扩dAn(x)=-qS = qDn n dx3、光注入下的稳定扩散：稳定扩散：若用恒定光照射样
11、品，那么在表面处非平衡载流子浓度保持恒定值(Ap)。，半导体内部各点的空穴浓度也不随时间改变，形成稳定的分布。这叫稳定扩散。稳态扩散方程及其解。. 载流子的漂移运动 爱因斯坦关系Dk T DkT爱因斯坦关系的表达式:=0，p=q 卩qnp. 连续性方程式1、连续性方程式的表达式dp八 02p (x)=D 卩 e dp -d| E Ap 卩p-上+ gdtpdx2pdxpdxt其中d 2 p （x ）D的含义是单位时间单位体积由于扩散而积累的空穴数；-卩p ox 2pAp的含义是单位时间单位体积由于漂移而积累的空穴数；丄的含义是单位时间单位体积由于t复合而消失的电子-空穴对数。2、稳态连续性方程
12、及其解3、连续性方程式的应用。牵引长度Lp（E ）（E）= ELp和扩散长度Lp的差别。u t ； Lp =p第六章 p-n结 p-n结及其能带图1、p-n结的形成和杂质分布2、空间电荷区3、p-n结能带图4、p-n结接触电势差5、p-n结的载流子分布 p-n结的电流电压特性1、非平衡状态下的p-n结非平衡状态下p-n结的能带图2、理想p-n结模型及其电流电压方程式理想p-n结模型1) 小注入条件2) 突变耗尽层近似：电荷突变、结中载流子耗尽(高阻)、电压全部降落在耗尽层上、耗尽层外载流子纯扩散运动；3) 不考虑耗尽层中载流子的产生与复合作用；4) 玻耳兹曼边界条件：在耗尽层两端，载流子分布满
13、足玻耳兹曼统计分布。理想P-n结的电压方程式，相应的J-V曲线。并讨论p-n结的整流特性。3、影响p-n结的电流电压特性偏离理想方程的各种因素理想P-n结的电流是少数载流子扩散形成的。但实际上还存在复合电流、大注入效应、体电阻效应以及产生电流，使得实际电流-电压特性偏离理想情形。归纳如下：(qV )p+-n结加正向偏压时，电流电压关系可表示为J * exp ，m在12之间变化，F I mk T 丿、0 7随外加正向偏压而定。正向偏压较小时，m=2, JFXexp(qV/2k0T)，势垒区的复合电流起主要作用，偏离理想情形；正向偏压较大时，m=1，JF8exp(qV/k0T)，扩散电流起主要作用，与
