半导体物理期末总结.doc

.载流子：晶体中荷载电流或传导电流的粒子，如电子和空穴。空穴：在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下的空位。价带中不被电子占据的空状态，价带顶附近空穴有效质量0杂质的补偿作用：受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA受主能级后，施主能级上还有ND-NA个电子，在杂质全部电离的条件下，它们跃迁到导带中成为导电电子，这时，n=ND-NAND ,半导体是n型的；同理p型。等电子陷阱：与基质晶体原子具有同数量价电子的杂质原子，它们替代了格点上的同族原子后，根本上仍是电中性的。由于原子序数不同，这些原子的共价半径和电负性有差异，因而它们能俘获某种载流子而成为带电中心。本征半导体：晶体具有完整的完美的晶格结构，无任何杂质和缺陷。有效质量物理意义？：电子受到外力+原子核势场和其它电子势场力，引入有效质量可以把加速度和外力直接联系。根据 势场的作用由有效质量反映，mn*的正负反响了晶体内部势场的作用。分布函数：能量为E的一量子态被一个电子占据概率为杂质电离：当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子；当电子从价带激发到受主 能级时产生价带空穴等。费米能级的意义：当它和温度T、半导体材料的导电类型n、p，杂质的含量以及能量零点选取有关。 EF是一个很重要的物理参数，只要知道EF 数值，在特定T下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定。统计理论说明，热力学上费米能级EF是系统的化学势。费米能级位置直观地标志了电子占据量子态情况。固体物理中处于基态的单个Fermi粒子所具有的最大能量Fermi粒子所占据的最高能级的能量。费米能级标志了电子填充能级的水平。对一系统而言, EF位置较高，有较多的能量较高的量子态上有电子。杂质散射和格波散射：1杂质电离后是一个带电离子，施主电离后带正电，受主电离后带负电。在电离施主或受主周围形成一个库仑势场，局部地破坏周期性势场，是使载流子散射的附加势场。 2定，晶格中原子都各自在其平衡位置附近作微振动。晶格中原子的振动都是由假设干不同的基波格波按照波的叠加原理组合而成，声学波声子往往起着交换动量的作用，光学波交换能量。非弹性散射，主要是长波。复合中心和陷阱中心：1对于有效复合中心, rnrp，电子陷阱：rnrp；空穴陷阱：rprn2复合中心和电子陷阱中电子的运动途径不同。复合中心的电子直接落入价带与空穴复合；电子陷阱中的电子要和空穴复合，它必须重新激发到导带，再通过有效复合中心完成和空穴的复合。3位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心对于电子陷阱：EF以上的能级，越接近EF，陷阱效应越显著。杂质能级最利于陷阱作用的形成。电阻率与温度的关系：AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降。BC段：温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子根本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大1分。C段：温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻的影响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。PN结的整流特性：单向导电性。肖克莱方程：外表态：电子被局域在外表附近，这样的电子状态称为外表态。每个外表原子对应禁带中一个外表能级，这些能级组成外表能带。还要会算MIS结构的电场特性，四种状态：热平衡下，费米能级应保持定值。随着向外表接近，价带顶逐渐移近甚至高过费米能级，价带中空穴浓度随之增加。外表层出现空穴堆积而带正电荷。越接近外表空穴浓度越高，堆积的空穴分布在最靠近外表的薄层内。越近外表，费米能级离价带顶越远，价带中空穴浓度随之降低。外表处空穴浓度比体内低得多，外表层的负电荷根本上等于电离受主杂质浓度。外表层的这种状态称做耗尽。外表处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来半导体衬底导电类型空穴相反的层-反型层。施主杂质，受主杂质举例：1施主杂质电离过程：As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。2受主杂质电离过程：Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。迁移率：表示单位场强度下电子的平均漂移速度，表征半导体电迁移能力的重要参数。功函数计算：真空电子能级与半导体的费米能级之差称为半导体功函数。影响功函数的因素是掺杂浓度、温度和半导体的电子亲和势。空间电荷区：pn结形成过程中，多数载流子的相互扩散使到达平衡后1分，在pn结附近p区一侧出现了由电离受主构成的一个负电荷区1分，在n区出现由电离施主构成的正电荷区，称为空间电荷1分。他们存在的区域称为空间电荷区1分。理想半导体：1原子在格点上固定。2杂质不存在工艺流程中引入；人为掺杂；温度的影响等。3无缺陷点缺陷；线缺陷；面缺陷扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离，材料的扩散系数有标准数据，扩散长度测量是测量寿命方法之一。直接复合、间接复合：1电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合电子和空穴通过禁带的能级复合中心进行复合。PN结的导通：PN结正偏，势垒区变窄，内建电场减弱，多子扩散大于少子漂移，多子扩散形成较大的正向电流I，PN结导通。电导率和迁移率的关系：PN结的势垒高度和宽度：平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差VD称为接触电势差或内建电势差。相应的电子电势能之差qVD称为pn结的势垒高度。 非平衡载流子寿命及意义：非平衡载流子的平均生存时间，1/:单位时间内非平衡载流子的复合概率，寿命标志非平衡载流子浓度减小到原值1/e经历的时间。！准费米能级：当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态时，就不再存在统一的费米能级。引入准费米能级，非平衡状态下的载流子浓度用与平衡载流子浓度类似公式表达。欧姆定律微分形式：电子浓度和温度关系图的分析P74：能带产生的原因允带、禁带、空带、满带、导带和价带：杂质半导体载流子浓度与温度的关系：电中性方程：金属半导体接触的能带：金半接触的各种情况：MIS结构绝缘层中的电荷：影响MIS结构CV特性的因素：金属半导体功函数差和绝缘层中电荷，使得半导体外表在外加偏压为零的情况下并不处于平带状态。功函数差异越大，绝缘层中电荷越靠近半导体，对CV曲线影响越大。电离能:记住公式多数载流子：实用文档.