集成電路課件chappt課件(已修改)
2025-01-27 16:27 本頁面
【正文】 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 半導(dǎo)體及其基本特性 北京大學(xué) 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 固體材料：超導(dǎo)體 : 大于 106(?cm)1 導(dǎo) 體 : 106~104(?cm)1 半導(dǎo)體 : 104~1010(?cm)1 絕緣體 : 小于 1010(?cm)1 ？什么是半導(dǎo)體 從導(dǎo)電特性和機(jī)制來分： 不同電阻特性 不同輸運(yùn)機(jī)制 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 1. 半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 原子結(jié)合形式：共價(jià)鍵 形成的晶體結(jié)構(gòu)： 構(gòu) 成 一 個(gè)正四 面體， 具 有 金 剛 石 晶 體 結(jié) 構(gòu) 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 半導(dǎo)體 的結(jié)合和晶體結(jié)構(gòu) 金剛石結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體有元素半導(dǎo)體，如： Si、 Ge 化合物半導(dǎo)體，如： GaAs、 InP、 ZnS 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 2. 半導(dǎo)體中的載流子：能夠?qū)щ姷淖杂闪Ｗ? 本征半導(dǎo)體： n=p=ni 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 電子： Electron，帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛 后形成的自由電子，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子 空穴： Hole，帶正電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛 后形成的電子空位，對(duì)應(yīng)于價(jià)帶中的電子空位 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 3. 半導(dǎo)體的能帶 (價(jià)帶、導(dǎo)帶和帶隙 ) ?量子態(tài)和能級(jí) ?固體的能帶結(jié)構(gòu) 原子能級(jí) 能帶 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 ?共價(jià)鍵固體中價(jià)電子的量子態(tài)和能級(jí) ?共價(jià)鍵固體：成鍵態(tài)、反鍵態(tài) 原 子 能 級(jí) 反 成 鍵 態(tài) 成 鍵 態(tài) 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 價(jià)帶： 0K條件下被電子填充的能量最高的能帶 導(dǎo)帶： 0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶 禁帶： 導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間能帶 帶隙：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo) 帶 價(jià) 帶 Eg 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 半導(dǎo)體中載流子的行為可以等效為自由粒子，但與真空中的自由粒子不同，考慮了晶格作用后的等效粒子 有效質(zhì)量可正、可負(fù)，取決于與晶格的作用 電子和空穴的有效質(zhì)量 m* 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 B As 受 主 摻 雜 施 主 摻 雜 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 施主和受主濃度： ND、 NA 施主： Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中 摻 的 P 和 As 受主： Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如 Si中摻的 B 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 施主能級(jí) 受主能級(jí) 雜質(zhì)能級(jí)：雜質(zhì)可以使電子在其周圍運(yùn)動(dòng)形成量子態(tài) 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 本征載流子濃度： n=p=ni np=ni2 ni與禁帶寬度和溫度有關(guān) 5. 本征載流子 本征半導(dǎo)體：沒有摻雜的半導(dǎo)體 本征載流子：本征半導(dǎo)體中的載流子 載流子濃度 電 子 濃 度 n, 空 穴 濃 度 p 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 6. 非本征半導(dǎo)體的載流子 2innp ?pn ?在非本征情形 : 熱平衡時(shí) : N型半導(dǎo)體： n大于 p P型半導(dǎo)體： p大于 n 北京大學(xué) 微電子學(xué)研究所 多子：多數(shù)載流子 n型半導(dǎo)體：電子 p型半導(dǎo)體：空穴 少子：少數(shù)載流子 n型半導(dǎo)體：空穴
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