半導體物理基礎第一章-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 ? 假設單位體積的導帶電子狀態(tài)數(shù)為 NC，且都集中在導帶底，則導帶電子密度恰好為上述表達式，因此稱 NC為 導帶有效狀態(tài)密度 。 ? 此時半導體的類型由濃度較大的雜質決定。 ? 受主雜質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，摻入半導體的雜質原子向半導體中提供導電的空穴，并成為帶負電的離子。 21 ? 施主電離能：導帶底和施主能及之間的能量間隔，稱為施主電離能 EI。 ? 摻入施主雜質的半導體為 N（ Negative）型半導體。 ? 磷原子在取代原晶體結構中的原子并構成共價鍵時，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。 ? 在禁帶中引入相應的雜質能級和缺陷能級。 ? 價帶頂附近存在少量空穴的問題，和導帶底附近存在少量電子的問題，十分相似。 13 ? 半導體的導電過程：電子受到外界條件激發(fā)（如溫度），獲得能量，到達導帶，從而形成不滿帶。 ? 禁帶寬度：電子從價帶激發(fā)到導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，因此很難導電。 8 ? 金屬、半導體和絕緣體的區(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電性，關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、能帶結構與原子間距的關系 ? 隨著原子間距的縮小，能帶結構發(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 半導體物理基礎 2 能帶 一、能帶的形成 ? 能級：電子所處的能量狀態(tài)。 ? 在 “ 實際硅晶體原子間距 ” 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，才能實現(xiàn)導電 9 ? 按照能帶被電子填充的情況來分析金屬、半導體和絕緣體： ? 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電性。 ? 半導體的禁帶較窄，在一定溫度下，電子容易從滿帶激發(fā)到空點，形成不滿帶，從而導電。 12 ? 禁帶的 寬度 區(qū)別了絕緣體和半導體；而禁帶的 有無 是導體和半導體、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。 ? 半導體的電導率受溫度影響很大。 15 硅、鍺、砷化鎵的能帶結構 ? P18，圖 ? 在 300K的禁帶寬度： ? 硅： 鍺： 砷化鎵： ? ? 為了改善半導體的導電性，通常會加入適當?shù)碾s質，在禁帶中引入相應的雜質能級。 17 ? 硅的四面體結構，每個小棒代表了一個共價鍵。這個電子可以進入導帶，稱為導帶電子。施主雜質的濃度記為 ND。 ? 在只有施主雜質的半導體中，在溫度較低時，價帶中能夠激發(fā)到導帶的電子很少，起導電作用的主要是從施主能級激發(fā)到導帶的電子。 ? 摻入受主雜質的半導體為 P（ Positive）型半導體。 25 ? 受主雜質電離的另外一種表述：把中性的受主雜質看成帶負電的硼離子在它周圍束縛一個帶正點的空穴，把受主雜質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 ? 費米分布函數(shù)與費米能級 ? 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 ? 導帶電子濃度 ? 其中 稱為 導帶有效狀態(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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