必威体育精装版半导体基础知识回顾.ppt

例题计算 * 在300K时,假设杂质原子完全电离: n≈ND =1016cm-3 p≈ni2/n =(9.65×109)2/1016cm-3 =9.3×103cm-3 从导带底端算起的费米能级: EC?EF=kTln(NC/ND)=0.0259ln(2.86×1019/1016)=0.205eV 从本征费米能级算起的费米能级： EF?Ei=kTln(n/ni)=0.0259ln[1016/(9.65×109)]=0.358eV 能级位置 * 施主与受主同时存在 * 半导体保持电中性: 质量作用定律: (1) (2) N型半导体中： 电子占主导地位，称为多数载流子 空穴占次要地位，称为少数载流子 施主与受主同时存在 * 半导体保持电中性: 质量作用定律: (1) (2) P型半导体中： 空穴占主导地位，称为多数载流子 电子占次要地位，称为少数载流子 温度对载流子浓度的影响 * 对于n型Si: T100K, 施主几乎全部电离, 即所有施主都能够提供载流子; T100K时,则只有部分电离, 即只有部分施主能提供载流子; 载流子 “冻结”效应： 一部分电子 “被冻结”在施主杂质上, 对导电没有贡献. 漂移运动 * 根据动量定理： 电子迁移率(mobility),单位: cm2/(Vs) 迁移率描述了施加电场影响电子运动的强度; 空穴迁移率 散射机制 * 迁移率直接与碰撞间的平均自由时间相关，而平均自由时间则取决于各种散射机制： 最重要的两个机制: 晶格散射 由于晶格振动随温度增加而增加，在高温下晶格散射变得显著， 因此迁移率随着温度的增加而减少 由于库仑力作用，带电载流子的路径会偏移; 杂质散射的几率视电离杂质的总浓度，也就是正负离子的总浓度而定; 杂质散射 杂质浓度对迁移率的影响 * 漂移电流 * Ip Ip 因外加电场而流经半导体样品中的总电流： 电导率: 电阻率: 电阻率 * 扩散电流 * D: 称为扩散系数,单位是cm2/s 载流子浓度 电子扩散电流: 空穴扩散电流: 电流密度方程式 * 当电场与浓度梯度同时存在时, 漂移电流及扩散电流同时存在: 总电子电流密度: 空穴电流密度: 总电流密度: 爱因斯坦关系式 半导体器件物理 修课学生： 11微电子：45人 授课教师: 张冬利 E-mail：dongli_zhang@suda.edu.cn 办公室：电子信息楼207 教材 * 成绩计算 平时：5分； 旷课(-1)、迟到、早退(-1)； 作业(10分)； 是否认真，是否正确，是否雷同(0分)； 期中考试：30分； 考查对前半学期所学知识的理解和掌握。 期末考试：45分； 考查对本学期所学知识的综合理解掌握。 * 课堂表现(10分)； 回答问题( )，课上表现； 半导体基础知识 * 固体材料分类 导体 半导体 绝缘体 10-4 10-4 ~ 108 108 * 绝缘体 导体 半导体 电导率在导体和绝缘体之间： 元素半导体：Si，Ge，（IV族） III-V族半导体：GaN GaAs, InP等 化合物半导体 II-VI族半导体：ZnS，ZnO等 IV-IV族半导体：SiC 有机半导体：有机物、聚合物和络合物等 * 固体物质的形态类型 非晶：原子随机性排列，没有任何周期性； 多晶：原子排列在小范围内具有周期性； 单晶：在整个固体内原子排列具有完美的周期性； * 单晶 多晶 非晶 三种典型格子 a.简单立方格子 (sc，simple cubic):每个原胞有1格点; b.体心立方格子(bcc,body-centered cubic): 每个原胞有2格点； c.面心立方格子(fcc,face-centered cubic):每个原胞有4格点； * 金刚石晶格 * 也属于面心立方晶体家族； 可视为沿体对角线偏移1/4体对角线的两套面心立方格子组成； 硅，锗都属于金刚石结构； 金刚石结构的单胞也可以视为一个正四面体; 每个原子位于正四面体的顶点； 闪锌矿晶格 * 与金刚石机构类似， 两套不同原子(Ga, As)组成的晶格组成； 比如GaAs； 能带的形成 * 两个相同原子，当它们彼此距离很远时，两个原子具有相同的能级； 但当它们彼此