半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章-文庫(kù)吧資料
2025-01-19 12:26本頁(yè)面
【正文】 茲曼分布函數(shù)來(lái)近似 ? 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：費(fèi)米能級(jí)接近或進(jìn)入能帶，不能使用波爾茲曼分布函數(shù)，而必須使用費(fèi)米分布函數(shù)來(lái)分析能帶中載流子的統(tǒng)計(jì)分布問(wèn)題 50 ? 散射 ：載流子在其熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不斷與晶格、雜質(zhì)、缺陷等發(fā)生碰撞，無(wú)規(guī)則的改變其運(yùn)動(dòng)方向。 ? 若溫度遠(yuǎn)高于飽和電離溫度后，本征激發(fā)為主，則滿足 n=p，稱為 雜質(zhì)半導(dǎo)體進(jìn)入本征激發(fā) 。 45 ? 前提條件：雜質(zhì)全部電離。隨著摻雜濃度提高，費(fèi)米能級(jí)接近價(jià)帶頂；隨著溫度升高，費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶頂。兩種載流子的濃度相差非常懸殊 ? N型半導(dǎo)體在飽和電離下的費(fèi)米能級(jí) ? 結(jié)論： N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底之下，本征費(fèi)米能級(jí)之上，且施主濃度越高，越靠近導(dǎo)帶底；溫度升高，費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底。 41 ? 在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)帶電子濃度等于施主濃度 ? 價(jià)帶空穴的濃度為 ? 載流子濃度關(guān)系：電子濃度與施主濃度近似，遠(yuǎn)大于本征載流子濃度，空穴濃度遠(yuǎn)小于本征載流子濃度。在熱平衡情況下，已知 ni和一種載流子的濃度，可以求得另外一種載流子的濃度 ? ? 1 2 e x p ( 1 6 9 )2gi i C VEn p N NKT??? ? ? ?????2 ( 1 70)inp n??39 ? 也可以把電子和空穴濃度寫(xiě)成下面的形式： ? 1714和 1717比 1728和 1729更常用。 ? ?11 l n ( 1 6 8 )22 Vi c VcNE E E K TN? ? ? ?38 ? 本征載流子濃度 ni和 pi： ? 稱為 質(zhì)量作用定律 。 ? 電子 空穴對(duì)： n=p，稱為 電中性條件 。 ? 未激發(fā)時(shí)，價(jià)電子全部位于價(jià)帶。 KTEVcgeNNnp??TEE gg ??? 0?36 ? 化簡(jiǎn)后得到 ? 其中 K1為常數(shù) ? 結(jié)論 ：在溫度已知的半導(dǎo)體中，熱平衡情況下， np之積只與狀態(tài)密度和禁帶寬度有關(guān)，而與雜質(zhì)濃度和費(fèi)米能級(jí)的位置無(wú)關(guān)。 )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(jià)帶空穴濃度 ? 其中 ? 稱為 價(jià)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(jià)帶空穴濃度之積 ? 式中 Eg為禁帶寬度。室溫下（ 300K）為 。 ? 導(dǎo)帶狀態(tài)密度： 174 ? 價(jià)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(jí) ? 熱平衡狀態(tài)下，一個(gè)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) 。 ? 能帶是無(wú)數(shù)個(gè)能級(jí) “ 壓縮 ” 而成的，而且能帶是量子化的，所以在這個(gè)能量范圍必然有一定數(shù)量的能級(jí)（軌道）存在。 27 ? 研究載流子分布的兩個(gè)問(wèn)題：狀態(tài)密度和載流子占據(jù)這些狀態(tài)的概率。 26 ? 半導(dǎo)體中同時(shí)摻有受主和施主雜質(zhì)，由于受主能級(jí)比施主能級(jí)低得多，施主能級(jí)上的電子首先要去填充受主能級(jí)，使施主向?qū)峁╇娮拥哪芰褪苤飨騼r(jià)帶提供空穴的能力相互抵消而減弱，稱為 雜質(zhì)補(bǔ)償 。 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(gè)帶正點(diǎn)的空穴，把受主雜質(zhì)從價(jià)帶接收一個(gè)電子的電離過(guò)程，看做被硼離子束縛的空穴被激發(fā)的導(dǎo)帶的過(guò)程。 24 ? 受主接受電子稱為受主雜志，提供了一個(gè)局域化的電子態(tài)，相應(yīng)的能級(jí)稱為受主能級(jí) — Ea。 ? 摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體為 P（ Positive）型半導(dǎo)體。 ? 硼原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而形成一個(gè)空穴，于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加。 ? 在只有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，在溫度較低時(shí)，價(jià)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(jí)激發(fā)到導(dǎo)帶的電子。 ? 由于電子從施主能級(jí)激發(fā)到導(dǎo)帶所需要的能量 ——雜質(zhì)電離能很小，因此失主能級(jí)位于導(dǎo)帶底之下，并距離很近。施主雜質(zhì)的濃度記為 ND。 ? 當(dāng)電子被束縛在施主雜質(zhì)周圍時(shí)，施主雜質(zhì)稱為中性施主；失去電子之后的施主雜質(zhì)稱為電離施主。這個(gè)電子可以進(jìn)入導(dǎo)帶，稱為導(dǎo)帶電子。 18 ? 施主雜質(zhì)和施主能級(jí)（ N型半導(dǎo)體） ? Ⅴ 族雜質(zhì)元素中最通用的是磷。 17 ? 硅的四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)小棒代表了一個(gè)共價(jià)鍵。 ? 為了改善半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，通常會(huì)加入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)。 15 硅、鍺、砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu) ? P18，圖 ? 在 30
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