半导体复习提纲研讨.doc

第一章、第二章 能带理论的基本假定是什么？ ①绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。多粒子问题→多电子问题。 ②平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。 ③周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动的问题。 用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性 固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。对于满带,其中能级已被电子占满,在外电场的作用下满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献对于被电子部分占满的能带在外电场的作用下电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去形成了电流起导电作用金属由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的所以金属是良好的导体绝缘体和半导体类似下面都是已被电子占满的满带中间是禁带上面是带所以在热力学零度时在外电场的作用下并不导电当外界条件变化时就有少量电子被激发到空带上去在外场作用下就会参与导电而绝缘体只是禁带宽度太大激发电子需要很大的能量在通常温度下激发上去的电子很小导电性差 解释直接带隙和间接带隙半导体 直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。 性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。 间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。 性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子，变成热能释放掉。 什么是施主杂质，受主杂质？ 施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质； 受主杂质：III族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称他们为受主杂质会p型杂质。 杂质原子在晶体中一般处于什么位置 替位式杂质：替代晶格原子而处于晶格点处； 间隙式杂质：占据晶格原子间的间隙位置。 杂质电离能的意义 杂质电离能：是指半导体中杂质原子上的价电子从价键上被激发（热激发或光吸收）到导带或者价带中而成为载流子（电子或者空穴）所需要的能量。掺入杂质后，大大增加了载流子的浓度，杂质能级里价带或者导带都很近，所以电离能小。 什么是杂质的补偿作用 杂质补偿：当半导体中同时掺入施主和受主两种杂质时，施主能级上的电子要跃迁到受主能级上。对于提供载流子来说，两者有互相抵消的作用，有效掺杂浓度等于两者之差。 晶体中的主要缺陷 点缺陷：一定温度下，少量晶格原子获得足够的能量，克服周围原子束缚，挤入晶格间间隙，形成间隙原子，原位置形成空位。 线缺陷——位错，面缺陷——层错。 深能级杂质在一般的情况下，在半导体中的作用 深能级杂质（非III、V族杂质）原子对其价电子的束缚比较紧，则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处（即比较靠近禁带中央）,陷阱效应，复合中心。 作用：△ED（施主能级到导带底）、△EA （受主能级到价带顶）较大，杂质电离作用较弱， 对载流子（导电电子和空穴）浓度影响小；对载流子的复合作用较大（复合中心）， 降低非平衡载流子的寿命。 第三章 10.什么是本征半导体 本征半导体：完全不含杂质且无缺陷的纯净半导体。 本征激发：当半导体的温度T0K时，有电子从价带激发到导带去，同时价带中产生了空穴。 11.什么是费米分布？与玻尔兹曼分布有什么关系？ 费米分布：热平衡状态下，电子按能量大小，具一定的统计分布规律性。费米能级进入导带，考虑泡利不相容原理，用费米分布考虑导带中电子、价带中空穴分布，称载流子的简并化。 绝对温度T下的物体内，电子达到热平衡状态时，一个能量为E的独立量子态，被一个电子占据的几率为f（E）；玻尔兹曼是非简并系统，而费米分布是简并系统，E-E(F)koT,电子系统非简并；E-E(F)koT空穴系统非简并。 12.非简并半导体载流子浓度的计算公式 13. 非简并半导体载流子浓度的关系 杂质半导体的载流子浓度和费米能级随温度的变化 低温弱电离区 低温时，费米能级在施主能级以上，导带中电子全部由电离施主杂质提供。 no=nD，又nDND→exp[-（ED-EF）/kOT]1 中间电离区 当温度升高，当2NC ND ，EF下降到（EC+ED）/2以下，当EF≈ED,exp（EF-ED/kOT）=1,施主杂质有1/3电离。 强电离区（饱和区） 当温度升高至大部分杂质都电离时称为强电离。 过渡区（） 处于饱和区和完全本征激发之间是称为过渡区。no是导带中电子浓度，ND是全部电离的杂质浓度，po是价带中空穴浓度。 no=ND+po 高温本征激