半導體材料的定義與物理基礎-在線瀏覽
2025-02-02 06:44本頁面
【正文】 的特性P型（正）型（正） N型（負）型（負）摻雜摻雜 ⅢⅢ 族元素（如硼）族元素（如硼） ⅤⅤ 族元素（如磷）族元素（如磷）價鍵價鍵 失去一個電子（空失去一個電子（空穴）穴）多出一個電子多出一個電子多子多子 空穴空穴 電子電子少子少子 電子電子 空穴空穴27雜質(zhì)能級?施主能級，受主能級?深能級，淺能級28 施主與受主雜質(zhì)能級半導體的雜質(zhì)能級和雜質(zhì)的電離過程能帶圖EcEv引入貴，過渡金屬雜質(zhì)深能級摻雜濃度高則分別出現(xiàn)摻雜濃度低同時出現(xiàn)施主受主能級29 深能級?在半導體硅、鍺中，除 Ⅲ 、 Ⅴ 族雜質(zhì)在禁帶中形成淺能級外，其它各族元素摻入硅、鍺中也會在禁帶中產(chǎn)生能級30?非 III、 V族雜質(zhì)在硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的 施主能級距離導帶底較遠 ，它們產(chǎn)生的受主能級 距離價帶頂也較遠 。?這些深能級雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應地有一個能級。有的雜質(zhì) 既能引入施主能級，又能引入受主能級 。?對載流子的 復合作用 比淺能級雜質(zhì)強，故這些雜質(zhì)也稱為復合中心。但是對于大量電子群體，在熱平衡狀態(tài)下，電子能量大小服從 FermiDirac統(tǒng)計分布規(guī)律。它與物質(zhì)特性有關，它并不是物質(zhì)的實體能級，而是描述電子能量分布所用的假想能級。?產(chǎn)生：光注入，電注入 (電路中的 pn結）?復合：直接復合，間接復合或者輻射復合，非輻射復合，俄歇復合361．光注入 產(chǎn)生的非子一般都用 ?n， ?p來表示 。 38對同塊材料 ：?n=?p 熱平衡時 n0p＞ ni2 n型： ?n— 非平衡多子 ?p— 非平衡少子 p型： ?p— 非平衡多子 ?n— 非平衡少子 39注意： ● 注入的非平衡載流子濃度大于平衡時的多子濃 度，稱為 大注入 。 n型： p0?nn0，或 p型： n0?pp0 41例： ???cm的 n型硅中， n0?1015cm3,?注入非子 ?則 n0，小注入?pp0。42非平衡載流子的復合復合的微觀機構來看，分為 直接復合和間接復合根據(jù)復合發(fā)生的位置，又可以分為 體內(nèi)復合和表面復合載流子復合時一定要釋放出多余的能量，根據(jù)放出能量的類型可以分為： 發(fā)射光子 （伴隨有發(fā)光現(xiàn)象）為 輻射復合 ，載流子將多余的能量傳遞給晶格，加強晶格的振動（ 發(fā)射聲子 ）為 非輻射復合， 能量 給予其他載流子為俄歇復合。(1) t=0，無光照， ?Vr=0 △ Vrt0t0，加光照 ↑有凈產(chǎn)生光照時，產(chǎn)生 ﹥ 復合 非平衡狀態(tài)45(2)在 t=0時，取消光照，復合 產(chǎn)生 。 ↓有凈復合46非平衡載流子小結?非平衡載流子的產(chǎn)生（光注入）?非平衡載流子的復合（直接復合，間接復合，輻射復合，非輻射復合，俄歇復合）?少子壽命47pn結?pn結的制備?pn結的內(nèi)部結構?pn結的電壓特性48pn結的制備? 合金法（半導體單晶上放置金屬和半導體元素，通過升溫工藝制備得）? 擴散法（在 p,n型半導體表面利用擴散工藝摻入相反類型的雜質(zhì)，也是太陽能電池最常用的方法）? 離子注入法（ n型或 p型摻雜劑的離子束在靜電場中加速，注入相反區(qū)域）? 薄膜生長法（在 p,n型半導體表面通過氣相，液相外延技術生長一層薄膜）49PN結的形成結的形成P區(qū) N區(qū) 擴散運動載流子 從 濃度 大 向濃度 小的區(qū)域 擴散 ,稱 擴散運動形成的電流成為 擴散電流內(nèi)電場內(nèi)電場 阻礙多子 向對方的 擴散即 阻礙擴散運動同時 促進少子 向對方 漂移即 促進了漂移運動擴散運動 =漂移運動時達到 動態(tài)平衡50內(nèi)電場阻止多子擴散 因濃度差多子的擴散運動 由 雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移擴散運動多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴散 ,稱擴散運動擴散運動產(chǎn)生擴散電流漂移運動 少子向對方漂移 ,稱漂移運動漂移運動產(chǎn)生漂移電流。PN 結 穩(wěn)定的空間電荷區(qū) 又稱高 阻區(qū) 也稱耗 盡層PN結的形成 動畫二51V?PN結的接觸電位結的接觸電位從而形成接觸電位 V?于是內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。 PN結呈現(xiàn)低阻性。內(nèi)電場對多子擴散運動阻礙增強，擴散電流大大減小。此時 PN結區(qū)少子漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流。PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。（不患寡而患不均）?費米能級和真空能級的的差值為成為功函數(shù)（逸出功）?接觸金屬和半導體會有不同的功函數(shù)?當兩種材料相接觸時，電子會從低功函的一邊流向高功函的另一邊直到費米能級相平衡，從而形成內(nèi)建電場，影響載流子的運動。? 技術路線設計：找到合適的金屬在半導體一側形成反阻擋層? 很多時候并找不到合適的金屬形成阻擋層，關鍵在于縮小金屬半導體之間的勢壘? ，如 p型硅相對于金，鉑? ，創(chuàng)造低勢壘，如在半導體表面引入復合中心，使得其反向和正向復合電流很大，破壞
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