半导体材料与器件工作原理.ppt

半导体材料与器件;教材与参考书;半导体材料的基本特性与分类;分类：元素半导体与化合物半导体 ;能带理论;7大晶系、14种布拉菲格子;简单立方格子的重要晶面;;Si的sp3杂化;Si与GaAs的能带结构;E(k)图中对称点的含义;E(k)图的理论计算与实验确定：薛定谔方程 ;一维周期势近自由电子近似的能带结构;能带结构的经典物理图像;硅原子形成硅晶体的电子能级分裂示意图;-π/a;原子在相互靠近时，原子的波函数交叠导致能级分裂。分裂的能级数目和原胞数目、原胞内的原子数、以及原始能级的简并度有关。具体为N（原胞数）×原胞内原子数×能级简并度。 近似计算的结果表明：晶体中电子的波函数为一个类似于自由电子的平面波被一个和晶格势场同周期的函数所调幅的布洛赫波函数。 由于周期性的边界条件。布洛赫波函数的波矢k只能取分立的值。k是描述半导体晶体电子共有化的波矢。它的物理意义是表示电子波函数位相的不同。 每一个k对应着一个本征值（能量E）。而在特定的k值附近由于周期性晶格势场的简并微扰，使能带发生分裂，形成一系列的允带和禁带。 由于En(k)具有周期性，因而可在同一个周期内表示出E~k曲线。这就是以能带分裂时的k值为边界的布里渊区。每个布里渊区内有N个k值，对应于一个准连续的能带。将所有的E~k通过平移操作置于最简单的布里渊区内，该布里渊区称为简约布里渊区，相应的波矢k称作简约波矢。 ;用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性;用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性;用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性;半导体中导带的电子和价带的空穴参与导电，这是与金属导体的最大差别。 室温下，金刚石的禁带宽度为6～7eV，它是绝缘体；硅为1.12eV，锗为0.67eV，砷化镓为1.43eV，所以它们都是半导体。 ;半导体中的电子特征;半导体的导电特征;费米－狄拉克分布函数与费米能级;本征半导体－不含杂质的半导体;施主掺杂及n型半导体;施主能级和施主电离;受主掺杂及p型半导体;类氢原子模型：;不同导电类型的半导体的Ef;导带电子和价带空穴的浓度n0和p0方程;杂质能级上的电子和空穴分布;n型半导体的平衡载流子浓???;p型半导体的平衡载流子浓度;非平衡载流子;非平衡载流子-非平衡载流子的寿命和复合;漂移速度和迁移率;电导率的影响因素－载流子的散射;迁移率的计算;不同掺杂浓度的Si的迁移率与温度的关系;直接吸收;半导体的光生伏特效应;半导体中的电子特征; 载流子（空穴）在横向电场中受电场力作用，最终与洛仑兹力相平衡： 霍尔电压： 载粒子（空穴）的漂移速度： 故有： 测得霍尔电压后，可计算出浓度：; 同样，对于N型半导体材料，其霍尔电压为负值：;固体物理;pn结;pn结的基本结构;合金法;p-n结平衡能带结构;EF随掺杂浓度的变化;p-n结平衡电势;理想p-n结的I-V特性;Si单晶的制备方法：柴可夫斯基法;Si器件的一般工艺;其它器件