半导体物理与器件复习资料

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1、非平衡载流了寿命公式: 本征载流了浓度公式：（空穴兀X =p 0 C N ptn2 - N N expi c vCN（电了）方.2兀2 ()E = W + n 2 + n2 丿2ma 2 x y z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彳、载流了的迁移率=嚳_丿 扩散系数d，= D”DpP + 丿卩 n + 卩 pDn + D pnpnp爱因斯坦关系式書=节;=两种扩散机制:晶格扩散，电离杂质扩散D D kTnp迁移率受掺杂浓度和温

2、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=/ 咒 2 + n 2 + n 2)2X9.11X10=31 12X10=10 2 x y z.054 X 10=34 尢兀 2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。存储吋间：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

3、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。电了有效质量：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

4、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?冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn结；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

5、压时，能带的倾斜处隧长度Ax变得更短，当Ax 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、对丁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白勺 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

6、移率越小。 4，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：WD =& / k05、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。 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。 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。 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

7、、；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=Ok时费米能级（b）对于13个电子呢？ 解：对于三维无限深势阱= 0.261 n2 + n2 + n2 evxyz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E =0.2

8、61X(22 +22+1)=2.349evF对于13个电子=323=233E =0.261X(32 +22 +32)=5.742evF8、T=300k 时，硅的实验测定值为 p=2x104cm-3,Na=7*10i5cm-3,(a) 因为P0p0所以该材料存在施主杂质N = N 一 N /. 1.125 X1016 = N 一 7 X1015 得N = 1.825 x1016 cm-3 0 d add9、(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V=0.41v,求bi 解：v = 0.710v n = 1.5X1010 cm=3x

9、 = 0.25w = 0.25(x + x 丿x /x = 1/3nn p n pN x = N x n x /x = N /N = 1/3a p d n n p a d/ v = v / nW N / n2 /bi t a d i3N 2/n 2 = exp(0.710/0.0259)ai/. N = 7.77 X1015 cm-3 N = 3N = 2.33 X1016 cm-3 a d a2E b N 1X = s i ( a) = 0.0993pmn e N N + Nb abX = 3 Xn = 0.298pmJe 1 = eNX = 3.58 x104 pmcnmaxb) GaAs

10、 V = 1.180v n = 1.8X106cm-3biiX /X =1/3 N /N = X /X =1/3n pa d n pV =V / nX(N N /n2)bi ta d iJN = 8.13X1015cm-3 N = 2.44X1016cm-3 adX = 0.132pmX = 0.3974pmE L 4.44 x104 v / cmmax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

11、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E + 3kT E E -3kT的半导体。vf c1、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

12、所谓空间电荷区。2、本征激发的载流了越多,，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、什么叫浅戈能级杂质？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、何谓非平衡载流了？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、什么是声了？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。