关关雎鸠 南邮 微电子导论课件 ch2.ppt

杂质能级的补偿 EC EV N型补偿（NDNA） EC EV P型补偿（NAND） 2.4.3杂质能级 目录 半导体的概念 半导体的晶体结构 能带理论 半导体的掺杂 载流子的输运 电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子。 空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位。 半导体中的载流子 P B Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ 电 子 浓 度 n（negative） 空 穴 浓 度 p（positive） 2.5.1 半导体中的载流子 本征载流子浓度 n=p=ni 本征浓度ni的影响因素： （1）禁带宽度EG EG↑，ni↓； EG ↓ ，ni ↑ 。 （2）温度T。 T↑，ni↑； T ↓ ，ni ↓ 。 EC EV 室温时硅的本征载流子浓度为： ni=1.5×1010cm-3 2.5.1 半导体中的载流子 在非本征情形: 热平衡时: N型半导体：n大于p P型半导体：p大于n 非本征载流子浓度 2.5.1 半导体中的载流子 多子：多数载流子 n型半导体：电子 p型半导体：空穴 少子：少数载流子 n型半导体：空穴 p型半导体：电子 多子和少子 2.5.1 半导体中的载流子 n型半导体：电子 n ? Nd 空穴 p ? ni2/Nd p型半导体：空穴 p ? Na 电子 n ? ni2/Na 2.5.1 半导体中的载流子 载流子的输运机制一 扩散运动：载流子在浓度差作用下的运动。 扩散运动产生的电流叫扩散电流。 － ＋ ＋ － － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － － － ＋ － － ＋ － － － － － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － － － － － － ＋ ＋ － ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 影响扩散电流的因素： 扩散系数：D↑，J↑ 浓度差：△n↑，J↑ 2.5.2 载流子的输运机制 载流子的输运机制二 漂移运动：载流子在电场作用下的运动。 漂移运动产生的电流叫漂移电流。 ＋ － ＋ － ＋ － ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋ ＋ ＋ 影响漂移电流的因素： 载流子浓度：n↑，J↑ 电场强度：E ↑，J↑ 迁移率：μ↑，J↑ 2.5.2 载流子的输运机制 迁移率 迁移率μ：单位电场作用下单位时间内载流子运动的距离，反映了载流子在电场作用下输运能力。 影响迁移率的主要因素： 原子的热震动 电离杂质 在硅中，常温下电子迁移率大约是空穴迁移率的2.5倍。 2.5.2 载流子的输运机制 正负电荷之和为0 p + Nd – n – Na = 0 施主和受主可以相互补偿 p = n + Na – Nd n = p + Nd – Na 电中性条件 2.5.1 半导体中的载流子 半导体中的总电流 总电流＝扩散电流＋漂移电流 （内因驱动） （外因驱动） 2.5.2 载流子的输运机制 载流子的复合 载流子在移动过程中，遇到符号相反的载流子双方会一起消失，称之为复合。 2.5.2 载流子的输运机制 EC EV EC EV Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ Si4+ 载流子产生 载流子复合 作业 用于推导能带论的基本假设有哪些？什么是能带论？用能带论的观点来区分金属、半导体和绝缘体。 载流子的主要输运模式是什么？影响载流子输运的因素有哪些？ 在室温下的单晶硅进行硼掺杂，硼的浓度为3×1015cm－3。试求半导体中多子和少子的浓度。若再掺入浓度为4.5×1015cm－3的磷，试确定此时硅的导电类型，并求出此时的多子和少子浓度。 电子科学与工程学院微电子技术系 郭宇锋 《微电子学导论》第二讲 第二讲半导体物理基础 目录 半导体的概念 半导体的晶体结构 能带理论 半导体的掺杂 载流子的输运 什么是半导体？ 超导体: 大于106(?cm)-1 导 体: 106～104(?cm)-1 半导体: 104～10-10(?cm)-1 绝缘体: 小于10-10(?cm)-1 电 导 率 2.1 半导体的概念 半导体材料的分类 单晶半导体：单晶硅（Ge）、单晶锗（Ge） 多晶半导体：多晶硅 化合物半导体：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP） 、碳化硅（SiC） 非晶半导体：非晶硅 有机半导体：OLED 2.1 半导体的概念 目录 半导体的概念 半导体的晶体结构 能带理论 半导体的掺杂 载流子的输运 最常见的半导体材料——硅 硅：Silicon 符号：Si 元素周期表位置： 第IV主族，第2周期（14号元素） 电