半導(dǎo)體物理總復(fù)習(xí)ppt課件(已修改)
2025-05-19 12:40 本頁(yè)面
【正文】 1 第一章 迄今大約有 60種主要的器件以及 100種與主要器件相關(guān)的變異器件。 4種基本半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。 金屬 半導(dǎo)體接觸（ 1874）：整流接觸，歐姆接觸。金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ MESFET）：整流接觸，柵極；歐姆接觸，漏極、源極。微波器件。 pn結(jié)：半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)； pnp雙極型晶體管（ 1947）， pnpn結(jié)構(gòu)的可控硅器件。 異質(zhì)結(jié)（ 1957）：由兩種不同材料的半導(dǎo)體組成；快速器件、光電器件的關(guān)鍵構(gòu)成。 金屬 氧化物 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) （ MOS， 1960）： MOS結(jié)構(gòu)，柵極； pn結(jié)，漏極、源極?？芍谱?MOSFET。 2 第二章 ? 立方晶系基本的晶體結(jié)構(gòu) ? 簡(jiǎn)單的立方晶格 ? 體心立方晶格 ? 面心立方晶格 ? 金剛石晶格結(jié)構(gòu)（硅、鍺） ? 閃鋅礦晶格結(jié)構(gòu)（ GaAs） ? 密勒指數(shù)：界定一晶體中不同平面的方法。由下列步驟確定： ? 找出平面在三坐標(biāo)軸上的截距值 r、 s、 t（以晶格常數(shù)為單位）； ? 取這三個(gè)截距的倒數(shù)，并將其化簡(jiǎn)成最簡(jiǎn)單整數(shù)比， ； ? h、 k、 l為互質(zhì)的整數(shù)，以（ hkl）來(lái)表示單一平面的密勒指數(shù)。 1 1 1: : : :h k lr s t ?3 下圖為砷化鎵的動(dòng)量 能量關(guān)系曲線 ， 其價(jià)帶頂與導(dǎo)帶底發(fā)生在相同動(dòng)量處 （ p=0） 。 因此， 電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)換到導(dǎo)帶時(shí) ，不需要?jiǎng)恿哭D(zhuǎn)換 。 直接帶隙半導(dǎo)體： 01234gE價(jià) 帶[111] [100]導(dǎo) 帶能量/eV GaAsE ? ＝p動(dòng)量對(duì) Si、 Ge而言 ， 其動(dòng)量 能量曲線中價(jià)帶頂在 p=0， 導(dǎo)帶最低處則在 p=pC。 因此 ， 電子從價(jià)帶頂轉(zhuǎn)換到導(dǎo)帶最低處時(shí) ， 不僅需要能量轉(zhuǎn)換 (≥Eg)， 也需要?jiǎng)恿哭D(zhuǎn)換 (≥pC)。 間接帶隙半導(dǎo)體： 2?1?01234gE價(jià) 帶[111] [100]導(dǎo) 帶能量/eV Sip動(dòng)量0 pc 4 用能帶理論解釋金屬 、 半導(dǎo)體及絕緣體的電導(dǎo)率之間的巨大差異：電子在最高能帶或最高兩能帶的占有率決定此固體的導(dǎo)電性 。 ?????????價(jià)帶 導(dǎo)帶 填滿的價(jià)帶 空導(dǎo)帶 部分填滿的導(dǎo)帶 Eg Eg≈9eV 金屬 價(jià)帶 導(dǎo)帶 半導(dǎo)體 絕緣體 5 本征半導(dǎo)體：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)遠(yuǎn)小于由熱產(chǎn)生的電子空穴 。 熱平衡狀態(tài)：在恒溫下的穩(wěn)定狀態(tài) ， 且并無(wú)任何外來(lái)干擾 （如照光 、 壓力或電場(chǎng) ） 。 連續(xù)的熱擾動(dòng)造成電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶 ， 同時(shí)在價(jià)帶留下等量的空穴 。 此狀態(tài)下 ， 載流子 （導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴 ） 濃度不變 。 統(tǒng)計(jì)力學(xué) ， 費(fèi)米分布函數(shù)表示為 ? ? 11 e x p FFE EEkT? ????????費(fèi)米能級(jí) EF是電子占有率為 1/2時(shí)的能量 。 F(E)在費(fèi)米能量 EF附近呈對(duì)稱分布 。 ?對(duì)于能量為 E的能態(tài)被電子占據(jù)的概率 ， 可近似為： ?對(duì)于能量為 E的能態(tài)被空穴占據(jù)的概率 ? ? ? ?e x p 3F FEEF E E E k TkT???? ? ? ?????? ? ? ?1 e x p 3F FEEF E E E k TkT???? ? ? ?????6 導(dǎo)帶的電子濃度為 e x p CFC EEnN kT????? ????其中， NC是導(dǎo)帶中的有效態(tài)密度。 同理 ， 價(jià)帶中的空穴濃度為 ?????? ??? kT EENp VFV e x p其中， NV是價(jià)帶中的有效態(tài)密度。 本征載流子濃度 ni：本征半導(dǎo)體 ， 導(dǎo)帶中每單位體積的電子數(shù)與價(jià)帶中每單位體積的空穴數(shù)相同 ， 即 n=p=ni， ni稱為本征載流子濃度 ， 本征費(fèi)米能級(jí) Ei：本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí) EF。 室溫下 ， 本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí) Ei相當(dāng)靠近禁帶的中央 。 7 ?非本征半導(dǎo)體：當(dāng)半導(dǎo)體被摻入雜質(zhì)時(shí) ， 半導(dǎo)體變成非本征的 ， 而且引入雜質(zhì)能級(jí) 。 ?施主 、 受主 、 雜質(zhì)能級(jí) 、 n型半導(dǎo)體 、 p型半導(dǎo)體 、 多子 、 少子概念 ， 以及施主 、 受主的實(shí)例 ， 載流子 （ 電子 、 空穴 ） 。 ?非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：電子或空穴的濃度分別遠(yuǎn)低于導(dǎo)帶或價(jià)帶中有效態(tài)密度 ， 即費(fèi)米能級(jí) EF至少比 EV高 3kT， 或比 EC低 3kT的半導(dǎo)體 。 ?室溫下 ， 完全電離 ， 非本征半導(dǎo)體中多子濃度為雜質(zhì)濃度 。 ?施主濃度越高 ， 費(fèi)米能級(jí)往導(dǎo)帶底部靠近 。 受主濃度越高 ，費(fèi)米能級(jí)往價(jià)帶頂端靠近近 。 ??????????DCFC NNkTEE ln??????????AVVF NNkTEE ln?????? ?? kT EEnn iFi e x p e x p iFi EEpn kT???? ????8 2inpn ? 熱平衡情況下，無(wú)論對(duì)于本征還是非本征半導(dǎo)體，該式都成立，稱為質(zhì)量作用定律。 ? 只要滿足近似條件（ ECEF3kT或 EFEV3kT），下式即可成立 ? 只要滿足
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