半导体复习研讨.doc

第一章 半导体的晶格结构及特点 金刚石型结构的特点： 第Ⅳ主族元素 ，共价键结合 组成单元：正四面体。每个原子周围有4个最相邻的原子 原子中晶胞的排列：8个原子（顶角）、6个原子（面中心）、内部4个 闪锌矿型结构的特点： Ⅲ族元素和Ⅴ族元素合成。两套面心的套构形成了闪锌矿结构； 与金刚石结构类似，所不同的是前者由两类不同的原子组成。 依靠共价键结合，但有一定离子键的成分。常称为极性半导体。 3.纤锌矿型结构 两套六角的套构形成了纤锌矿结构。 每个原子与最近邻的四个原子依然保持 “正四面体”结构。 主要由II和VI族原子构成，它们的大小、电负性差异较大。呈现较强的离子性，如：硫化锌、硫化镉等。 电子的公有化运动及能带分裂 电子的公有化运动：电子只在相似壳层转移 产生是由于不同原子相似壳层的交叠 只有最外层电子的公有化运动才显著，内层电子公有化运动弱，可忽略。 能带分裂：两个电子互相靠近时，电子除了受到本身电子势能作用外，还受到另一个势能作用。导致能级分裂，电子不再属于某一个原子，为两原子共有。 本征激发：价带上的电子激发成为准自由电子，即价带电子激发成为导带电子的过程。 禁带宽度： 能带理论的基本概念： 允带：允许电子能量存在的能量范围。 禁带：不允许电子存在的能量范围。 空带：不被电子占据的允带。 满带：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。 导带：电子未占满的允带（有部分电子。） 价带：被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。 绝缘体禁带宽度大，常温下激发到导带的电子很少，导电性差。 半导体禁带宽度小，常温下已有不少电子被激发到导带中，所以具有一定的导电能力。 金属和半导体的差别： 金属中只有一种载流子——电子，数目巨大。 半导体中有两种载流子——电子和空穴，数目少。 半导体中导带的电子和价带的空穴都参与导电，金属中只有电子做定向运动导电。 有效质量的引入，表达式： 有效质量的意义:－半导体中的电子需要同时响应内部势场和外加场的作用，有效质量概括了半导体内部势场对电子的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。 还可以由实验直接测定 与能量函数关系： 本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。更通俗地讲，完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体。 本征半导体特点：电子浓度＝空穴浓度 缺点：载流子少，导电性差，温度稳定性差 导电条件：在一定的温度下，价带顶部附近有少量电子被激发到导带底部附近，在外电场作用下，导带中电子便参与导电。 同时，价带缺少了一些电子后也呈不满的状态，因而价带电子也表现出具有导电的特性，它们的导电作用常用空穴导电来描写 导电机构 ：对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中就对应出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电 当E(k)为确定值时，(kx,ky,kz)构成一个封闭的曲面，在这个面上能值相等，称等能面 课后题1 2 所以，在 出E(c)有最小值。 第二章 理想半导体： 1、原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。 2、晶体中无杂质，无缺陷。 3、电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。由本征激发提供载流子 与理想情况偏移：晶格原子是振动的 材料含杂质 晶格中存在缺陷 实际材料中 1、总是有杂质、缺陷，使周期场破坏，在杂质或缺陷周围引起局部性的量子态——对应的能级常常处在禁带中，对半导体的性质起着决定性的影响。 2、杂质电离提供载流子。 影响：极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，同时也严重影响半导体器件的质量。理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得原本周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，并在禁带中引入了能级，允许电子在禁带中存在，从而使半导体的性质发生改变。 浅能级杂质：电离能小的杂质称为浅能级杂质。 室温下，掺杂浓度不很高的情况下，浅能级杂质几乎可以可以全部电离 深能级杂质：非ⅢⅤ族杂质在Si、Ge的禁带中产生的施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。杂质电离能大，能够产生多次电离。 深能级杂质能够产生多次电离，每一次电离相应地有一个能级。因此，该杂质在禁带中往往引入若干个能级。而且，有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级； 杂质能级与杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大小、杂质在半导体晶格中的位置等因素有关。目前还没有完善的理论加以说明。 基本特点：