半导体物理学-微电子器件基础--第三章.ppt

饱和区 高温区本征区 1012cm-3 1014cm-3 P型 1018cm-3 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 0 100 200 300 400 500 600 NA-ND 导带 价带 P型硅半导体费米能级与温度、杂质浓度的关系 3.6 简并半导体平衡载流子浓度及简并半导体性质 杂质浓度接近或超过导带底状态密度，费米能级接近导带底或等于导带底或进入导带的半导体称为N型简并半导体。 N型简并半导体能带 3.6.1 N型简并半导体及能带图 杂质浓度接近或超过价带顶状态密度，费米能级接近价带顶或等于价带顶或价带的半导体称为P型简并半导体。 P型简并半导体能带 P型简并半导体及能带图 -- 非简并N型 -- 强简并N型 -- 弱简并N型 N型半导体 -- 非简并Ｐ型 -- 强简并Ｐ型 -- 弱简并Ｐ型 Ｐ型半导体 半导体简并程度的划分 令 3.6.1 简并半导体平衡载流子浓度 N型简并半导体导带平衡电子浓度 P型简并半导体价带平衡空穴浓度 （费米积分） （N型） 10 1 10-1 10-2 10-3 -6 -4 -2 0 2 4 6 玻尔兹曼分布 3.6.2　简并化条件 费米分布 －非简并 －强简并 －弱简并 费米分布与玻尔兹曼分布 以掺一种施主杂质的N型简并半导体为例， 一定温度下的导带平衡电子浓度， --施主杂质电离能 上式表明： 1、一定温度下，杂质电离能越小，发生强简并的杂质浓度越低； 2、对一定杂质电离能，存在简并温度范围T1～T2，杂质浓度越高，简并温度范围越宽。 费米能级与导带底重合 时发生强简并，则， 冻结电子 + 施主电离 + 3.6.3　载流子低温冻析效应 温度很低时，部分杂质没有电离，电子（空穴）“冻结”在施主能级（受主能级）上，不能释放给导带或价带，对导电没有贡献。 + + 以N型半导体为例， 非简并N型半导体“冻结”在施主能级上的电子浓度， 简并N型半导体“冻结”在施主能级上的电子浓度， 3.6.4　简并半导体禁带变窄效应 杂质能带 　杂质浓度高，杂质原子电子波函数交迭，杂质原子的价电子产生共有化运动，杂质能级扩展为杂质能带。 杂质原子轨道 杂质能带 杂质能级 导带 施主杂质能带 导带 价带 价带 价带 导带 价带 带尾 导带 带尾、禁带变窄 杂质能带与导带底或价带顶相接，成为带尾，使禁带宽度变窄，使导带底、价带顶状态密度改变。 非简并半导体 简并半导体 禁带变窄效应的影响 ① 使杂质电离能减小，低温下杂质电离率增加，“冻结”效应降低，使半导体在绝对零度下也具有一定导电能力。 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1016 1017 1018 1019 NA(㎝-3) 硅半导体中B杂质浓度与电离能的关系 例、 ② 导带底或价带顶状态密度变化 ③ 禁带宽度减小 N型硅， P型硅， ④ 同一温度下，简并半导体本征载流子浓度高于非简并半导体 N型简并半导体本征载流子浓度， P型简并半导体本征载流子浓度， 非简并半导体本征载流子浓度（3-33式）， 第三章要求掌握的内容 基本关系式 单位体积半导体导带底附近状态密度 电子费米分布函数 非简并半导体平衡导带电子浓度 非简并半导体平衡价带空穴浓度 单位体积半导体价带顶附近状态密度 热平衡判据 本征载流子浓度 半导体空间电荷密度方程 单位体积半导体中导带电子的状态密度、价带空穴的状态密度 费米统计分布 波尔兹曼统计分布 少子浓度、多子浓度 热平衡判据 非简并半导体、简并半导体 载流子冻析效应 简单并半导体禁带变窄效应 简单并半导体带尾 饱和区、高温本征区、低温弱电离区 基本概念 费米统计分布与温度的关系 费米统计分布与波尔兹曼统计分布曲线的区别 半导体本征载流子浓度与温度的关系 非简并N型半导体能带、非简并P型半导体能带 简并N型半导体能带、简并P型半导体能带 一定杂质浓度下，费米能级与温度的关系图、 一定温度下，费米能级与杂质浓度的关系图 基本图示 * * * 根号前取负号不合题意（舍去），得到， ②300K时，掺杂浓度较低，杂质全部电离， ③ 500K时，导带电子由本征激发和施主杂质电离提供， 查表3-7，500K时，本征载流子