半導(dǎo)體物理問(wèn)題解答(編輯修改稿)
2025-07-04 17:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 裂，形成能帶。原子最外殼層交疊程度大，電子的共有化運(yùn)動(dòng)顯著，能級(jí)分裂厲害，能帶寬；原子最內(nèi)殼層交疊程度小，電子的共有化運(yùn)動(dòng)弱，能級(jí)分裂小，能帶窄。1)、禁帶出現(xiàn)在k=nπ/a處，即出現(xiàn)在布里淵區(qū)的邊界上2)、每一個(gè)布里淵區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)能帶3)、能隙的起因：晶體中電子波的布喇格反射－周期性勢(shì)場(chǎng)的作用 、施主能級(jí)與受主能級(jí) 施主能級(jí)ED：由于施主雜質(zhì)的摻入而在半導(dǎo)體帶隙中新引入的電子能級(jí)。電離：施主向?qū)п尫烹娮拥倪^(guò)程（電子擺脫P(yáng)+離子的庫(kù)侖束縛，運(yùn)動(dòng)到無(wú)窮遠(yuǎn)處）。未電離前，施主能級(jí)是被電子占據(jù)的，電離后導(dǎo)帶有電子，施主本身帶正電。受主能級(jí)EA：由于受主雜質(zhì)摻入而在半導(dǎo)體帶隙中新引入的電子能級(jí)，該能級(jí)未占據(jù)電子，是空的，容易從價(jià)帶獲得電子。受主能級(jí)從價(jià)帶中接受電子的過(guò)程稱為受主的電離，未電離前，未被電子占據(jù)。、能帶中的電子和空穴濃度： 、導(dǎo)帶電子密度單位體積中導(dǎo)帶的電子數(shù)目，即導(dǎo)帶電子密度，我們把式子改寫成它與某一能級(jí)上電子數(shù)的表達(dá)式相同。表明，導(dǎo)帶中所有能級(jí)上電子數(shù)的總和等價(jià)于一個(gè)能量為Ec、態(tài)密度為Nc的能級(jí)上的電子數(shù)，這樣我們就把一個(gè)涉及許多能級(jí)的復(fù)雜的能帶中存在的電子數(shù)問(wèn)題簡(jiǎn)化成一個(gè)單一能級(jí)上存在的電子數(shù)問(wèn)題。即，一般情況下我們將導(dǎo)帶理解為一個(gè)電子都集中于導(dǎo)帶底Ec、密度為Nc的能級(jí)，因此Nc稱為導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度。 、價(jià)帶空穴密度單位體積中價(jià)帶的空穴數(shù)目，同樣，我們把上式改寫成，即價(jià)帶中所有能級(jí)上空穴的總和可等價(jià)為一個(gè)能量為Ev、密度為Nv的能級(jí)上的電子數(shù)。有了導(dǎo)帶有效密度以及價(jià)帶有效密度，我們可以用兩個(gè)能級(jí)代替導(dǎo)帶和價(jià)帶。大大簡(jiǎn)化各種分析。如果將n與p相乘，則可以發(fā)現(xiàn)乘積與EF無(wú)關(guān)，即上式表明，對(duì)特定的半導(dǎo)體材料，乘積np與EF無(wú)關(guān)，因此可以推論此乘積與摻雜種類及濃度無(wú)關(guān)。因此對(duì)一種半導(dǎo)體材料，如果由于某種原因使得導(dǎo)帶電子密度增加，則其中的空穴密度數(shù)目必然減少。不過(guò)，當(dāng)摻雜濃度很大時(shí)，費(fèi)米能級(jí)可能進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶，使得用玻爾茲曼公式近似f（E）不再成立，因此電子空穴數(shù)目乘積不再與EF無(wú)關(guān)。、n型半導(dǎo)體（單一雜質(zhì)/非補(bǔ)償情形）電中性條件：導(dǎo)帶電子濃度 電離施主濃度 價(jià)帶空穴濃度 、雜質(zhì)弱電離/低溫弱電離區(qū)（p0≈0 n0=nD+ND）當(dāng)溫度很低時(shí)，NC很小，導(dǎo)帶電子濃度為。不難看出，此式與本征半導(dǎo)體中載流子濃度的表達(dá)式非常相似，只要把價(jià)帶的相關(guān)參數(shù)用施主能級(jí)的參數(shù)替換就可以了，即用ND替換NV，用ED替換EV。得到這樣的結(jié)果一點(diǎn)也不奇怪，因?yàn)樵诤艿蜏囟认拢瑑r(jià)帶沒(méi)有電離，幾乎沒(méi)有電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上的電子全部來(lái)自于施主能級(jí)上電子的電離。弱電離區(qū)費(fèi)米能級(jí) 、飽和電離(n0=ND)當(dāng)溫度較高時(shí)，常溫，導(dǎo)帶電子濃度n=ND，此時(shí)的導(dǎo)帶電子濃度n就是施主的濃度ND，因?yàn)檫@時(shí)施主已經(jīng)完全電離，但是從價(jià)帶到導(dǎo)帶的本征激發(fā)還不明顯。對(duì)于處于電離飽和的n型半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，導(dǎo)帶電子的濃度大大超過(guò)價(jià)帶空穴的濃度，因此在n型半導(dǎo)體中，電子被稱為多數(shù)載流子或多子，空穴被稱為少數(shù)載流子或少子。 、過(guò)渡區(qū)（雜質(zhì)飽和電離→本征激發(fā)）（n0=p0+ND） 當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，雜質(zhì)已經(jīng)完全電離，此時(shí)施主無(wú)法再向?qū)峁╇娮?，所以?dǎo)帶增加的電子主要來(lái)自價(jià)帶激發(fā)。隨著溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)對(duì)導(dǎo)電的影響越來(lái)越小。非本征半導(dǎo)體中載流子濃度隨溫度的變化從低到高分為三個(gè)區(qū)域：雜質(zhì)弱電離區(qū)、雜質(zhì)飽和電離區(qū)、本征激發(fā)區(qū)。（p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體一樣）、補(bǔ)償情形少量受主雜質(zhì)情況：NDNA電中性條件： 或：、簡(jiǎn)并的出現(xiàn)（重?fù)诫s）單一雜質(zhì)，n型半導(dǎo)體，處于強(qiáng)電離區(qū)（飽和區(qū)）簡(jiǎn)并判據(jù) 簡(jiǎn)并時(shí)（重?fù)诫s時(shí)）雜質(zhì)不能充分電離。、金屬、半導(dǎo)體、絕緣體全部空著或被全部電子占據(jù)的能帶對(duì)電流沒(méi)有貢獻(xiàn)，而部分充滿的能帶對(duì)導(dǎo)電有貢獻(xiàn)。因此凡是電子導(dǎo)體材料，肯定存在沒(méi)有被完全充滿的能帶；相反，絕緣體材料的能帶肯定都是充滿的，或是全空的
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