半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章-wenkub
2023-01-28 12:26:41 本頁面
【正文】 的概率為 1)e x p (1)(1????KTEEEfF32 ? 對于 EEF》 KT的能級， ? 對于 EEF《 KT的能級， ? 稱為經(jīng)典的 玻爾茲曼分布 。 28 ? 假設(shè)單位體積的導(dǎo)帶電子狀態(tài)數(shù)為 NC，且都集中在導(dǎo)帶底，則導(dǎo)帶電子密度恰好為上述表達(dá)式，因此稱 NC為 導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度 。 ? 此時半導(dǎo)體的類型由濃度較大的雜質(zhì)決定。 ? 受主雜質(zhì)很容易從價帶接收一個電子 —— 受主電離能很小，因此受主能級位于價帶之上，并距離很近。 23 ? 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。 21 ? 施主電離能：導(dǎo)帶底和施主能及之間的能量間隔，稱為施主電離能 EI。 ? 摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體為 N（ Negative）型半導(dǎo)體。 ? 磷原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價鍵時，多余的第五個價電子很容易擺脫磷原子核的束縛而成為自由電子。 ? 在禁帶中引入相應(yīng)的雜質(zhì)能級和缺陷能級。 ? 價帶頂附近存在少量空穴的問題，和導(dǎo)帶底附近存在少量電子的問題，十分相似。 13 ? 半導(dǎo)體的導(dǎo)電過程：電子受到外界條件激發(fā)（如溫度），獲得能量，到達(dá)導(dǎo)帶，從而形成不滿帶。 ? 禁帶寬度：電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需要的最小能量。 10 ? 絕緣體的禁帶很寬，即使溫度升高，電子也很難從滿帶激發(fā)到空帶，因此很難導(dǎo)電。 8 ? 金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別 ? 空帶、滿帶和不滿帶 ? 能帶理論提出：一個晶體是否具有導(dǎo)電性，關(guān)鍵在于它是否有不滿的能帶存在。 3 能帶 ? 右圖為硅晶體的原子間相互作用示意圖 si si si si si si si si si 4 能帶 ? 二、能帶結(jié)構(gòu)與原子間距的關(guān)系 ? 隨著原子間距的縮小，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化依次為各能級分立、出現(xiàn)能級分裂、合并為一個能帶、再次出現(xiàn)能級分裂等過程。1 Chap1 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 2 能帶 一、能帶的形成 ? 能級：電子所處的能量狀態(tài)。 ? 在 “ 實(shí)際硅晶體原子間距 ” 位置，共分裂為兩個能帶， 較低的能帶被價電子填滿，較高的能帶是空的 。 ? 在常溫下，半導(dǎo)體的價電子填滿價帶，只有少量電子離開價帶形成不滿帶，才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電 9 ? 按照能帶被電子填充的情況來分析金屬、半導(dǎo)體和絕緣體： ? 金屬：被電子填充的最高能帶是不滿的，而且能帶中的電子密度很高，所以金屬有良好的導(dǎo)電性。 ? 半導(dǎo)體的禁帶較窄，在一定溫度下，電子容易從滿帶激發(fā)到空點(diǎn)，形成不滿帶，從而導(dǎo)電。 12 ? 禁帶的 寬度 區(qū)別了絕緣體和半導(dǎo)體；而禁帶的 有無 是導(dǎo)體和半導(dǎo)體、絕緣體之間的區(qū)別；絕緣體是相對的，不存在絕對的絕緣體。 ? 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率受溫度影響很大。 15 硅、鍺、砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu) ? P18，圖 ? 在 300K的禁帶寬度： ? 硅： 鍺： 砷化鎵： ? ? 為了改善半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，通常會加入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)，在禁帶中引入相應(yīng)的雜質(zhì)能級。 17 ? 硅的四面體結(jié)構(gòu)，每個小棒代表了一個共價鍵。這個電子可以進(jìn)入導(dǎo)帶，稱為導(dǎo)帶電子。施主雜質(zhì)的濃度記為 ND。 ? 在只有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，在溫度較低時，價帶中能夠激發(fā)到導(dǎo)帶的電子很少，起導(dǎo)電作用的主要是從施主能級激發(fā)到導(dǎo)帶的電子。 ? 摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體為 P（ Positive）型半導(dǎo)體。 25 ? 受主雜質(zhì)電離的另外一種表述：把中性的受主雜質(zhì)看成帶負(fù)電的硼離子在它周圍束縛一個帶正點(diǎn)的空穴，把受主雜質(zhì)從價帶接收一個電子的電離過程，看做被硼離子束縛的空穴被激發(fā)的導(dǎo)帶的過程。 27 ? 研究載流子分布的兩個問題：狀態(tài)密度和載流子占據(jù)這些狀態(tài)的概率。 ? 導(dǎo)帶狀態(tài)密度： 174 ? 價帶狀態(tài)密度： 177 ? 狀態(tài)密度隨能量的變化： 2/1)( cc EEN ?? 2/1)( EEN vv ??29 ? 費(fèi)米分布函數(shù)與費(fèi)米能級 ? 熱平衡狀態(tài)下，一個能量為 E的電子態(tài)被電子占據(jù)的概率為 ? 稱為 費(fèi)米分布函數(shù) 。 )e xp()(KTEEEf F???)e xp()(1KTEEEf F???33 能帶中電子和空穴的濃度 ? 導(dǎo)帶電子濃度 ? 其中 稱為 導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度 ?????? ???KTEENn FCC e xp? ?32322hKTmN dnc??34 ? 價帶空穴濃度 ? 其中 ? 稱為 價帶有效狀態(tài)密度 e x p FVV EEpNKT?????????? ?32322hKTmN dpV??35 ? 導(dǎo)帶電子濃度和價帶空穴濃度之積 ? 式中 Eg為禁帶寬度。 ? 未激發(fā)時，價電子全部位于價帶。 ? ?11 l n ( 1 6 8 )22 Vi c VcNE E E K TN? ? ? ?38
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