半导体物理_复习课题.ppt

迁移率与杂质浓度和温度的关系 对所有时间积分，得到N0个电子自由时间的总和，再除以N0求得平均自由时间。 即平均自由时间的数值等于散射概率的倒数。 (教材P101-106) 电阻率与温度的关系 杂质全部电离，晶格振动散射上升为主要矛盾 载流子主要由 电离杂质提供 本征激发成为 主要矛盾 (教材P106-108) 第五章 非平衡载流子 对于给定的半导体，本征载流子浓度ni只是温度的函数。无论掺杂多少，平衡载流子的浓度n0和p0必定满足上式。上式也是非简并半导体处于热平衡状态的判据。 它们乘积满足: 若用n0和p0分别表示平衡电子浓度和平衡空穴浓度，在非简并情况下，有： (教材P126) 非平衡态：当半导体受到外界作用（如：光照等）后, 载流子分布将与平衡态相偏离, 此时的半导体状态称为非平衡态。 非平衡载流子 n：非平衡态下的电子浓度 p：非平衡态下的空穴浓度 n0：平衡态下的电子浓度 p0：平衡态下的电子浓度 非平衡载流子的复合：当 半导体由非平衡态恢复为 平衡态，过剩载流子消失 的过程。 非平衡态的载流子浓度为： (教材P127) 小注入条件: 当非平衡载流子的浓度△n(或△p)平衡态时的多子浓度n0(或p0)时，这就是小注入条件。 非平衡载流子寿命 寿命的意义 当 时， ，故寿命标志着非平衡 载流子浓度减小到原值的1/e所经历的时间；寿命越短， 衰减越快。 0 (教材P128) 准费米能级 当半导体处于非平衡状态，不再具有统一的费米能级，引入准费米能级 非平衡态下电子浓度： 非平衡态下空穴浓度： (教材P129-130) 对于n型半导体，准费米能级偏离平衡费米能级示意图如下： 特点： 证明：由 和 有 和 而 所以 即 得到 (教材P130) 复合理论 直接复合 电子在导带和价带之间的直接跃迁 间接复合 非平衡载流子通过复合中心的复合 间接复合的四个过程 过程前 过程后 (教材P130-134) * 非平衡多数载流子，非平衡少数载流子，通常所说的非平衡载流子指非平衡少数载流子 * 典型的陷阱，尽管浓度较小，仍可以使陷阱中的非平衡载流子远远超过导带和价带中的非平衡载流子。 杂质能级与平衡时费米能级重合时，最有利于陷阱作用。 陷阱效应的存在大大增长了从非平衡态恢复到平衡态的驰豫时间。 * 扩散是一与浓度有关的过程 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数：反映非平衡少数载流子扩散本领的大小。 * 爱因斯坦关系式不但可用于平衡载流子，也用于非平衡载流子，表明了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系 * VG，三个状态描述 半导体物理复习 能级与能带 电子在原子核势场和 其他电子作用下分列 在不同能级 相邻原子壳 层形成交叠 原子相互接近 形成晶体 共有化运动 共有化运动：由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动 只有外层电子共有化运动最显著(教材P9-10) 能级分裂 (教材P9-10) 能带形成 满带或价带 导带 (教材P10-11) 基本概念：能带，允带，禁带 半导体中电子状态和能带 晶体中的电子 VS 自由电子 严格周期性重复排列的原子间运动 恒定为零的势场中运动 单电子近似：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场 以及其他大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期变化的， 并且它的周期与晶格周期相同。 (教材P11) E(k)-k关系图 E(k)-k关系图的简约布里渊区 能带形成的定量化关系 (教材P14) 导体、绝缘体和半导体的能带 导带 导带 半满带 禁带 价带 禁带 价带 满带 绝缘体、半导体和导体的能带示意图 三者的主要区别： 禁带宽度和导带填充程度 金属导带半满；半导体禁带宽度在1eV左右；绝缘体禁带宽且导带空 (教材P16) 本征激发：当温度一定时，价带电子受到激发而成为导带电子的过程 。 常用禁带宽度 硅：1.12eV 锗：0.67eV 砷化镓：1.43eV 本征激发 本征激发 (教材P17) 半导体中的电子运动 半导体中E(k)与k的关系 电子速度与能量关系 电子有效质量 (教材P17-19) （可由回旋共振实验测得） 有效质量的意义 f a 1、概括了半导体内部势场的作用 2、a是半导体内部势场和外电场作用的综合效果 3、直接将外力与电子加速度联系起来 (教材P19) 空穴 空穴：将价带电子的导电作用等效为带正电荷的