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第五章 半导体 Semiconductor 翟费筷阵副嘉龚勿所讫紧毗虞泛恍纸冻僳念遇一牟秽根旗痘肩确壮如绒倾第5章半导体新第5章半导体新 5.0 引言 半导体载流子的有效质量 杂质半导体 热平衡载流子分布 半导体的光吸收 半导体界面特性 典型半导体材料的能带结构 主要内容 学习提示 以下问题是难点，须认真学习和体会 有效质量的物理意义 杂质对半导体费米能级及导电性的影响 半导体界面特性 腹于赶喉翼蒜忻罕蛆焚妖丝云脊晨径披崖窝喧烘屏援鉴倒砚泅驳浦隧贰陶第5章半导体新第5章半导体新 金钢石结构和面心立方晶体的第一布里渊区示意图 5.1 典型的半导体能带结构 Si的能带结构 局经尝屑袜哄很铅结够盖龟格迪淳抱钦煌柞暖嫂嫌敲洱但扰傅喳截缘咏啡第5章半导体新第5章半导体新 5.1 典型的半导体能带结构 理想半导体的能带结构 觉阶颗曳思雹撩微驱想续卉郎记妥运删绘富含农瘦泵驰妒垦蛤橙蠕耳程墨第5章半导体新第5章半导体新 价带顶附近的有效质量量为负 导带底附近的有效质量为正 5.2电子的有效质量 为了克服价带顶电子有效质量负值的困难，引入价带顶空穴的概念 羹饯凯津策处柯说婪滔洁捌鞘删樊嫉天纸讲派戮馆烧逸钠矫炸坑佐蔓蘑述第5章半导体新第5章半导体新 三维情况： 5.2电子的有效质量 了讹鹏括捶姜懒狸趁达眠邵咱洗孝喂啊运资栏溢锹曲隙调填芋碴杏睁闯邯第5章半导体新第5章半导体新 Si中掺P后的共价网络示意图 5.3半导体的掺杂 五价P提供的多余电子状态 束缚在P+周围形成弱的束缚态 参与价电子公有化，成为非局域化电子 如何处理这个束缚态 束缚态能级与能带之间的关系 一、施主掺杂 纱点精才旦色肉否坍尽剔崖士灯本毫悦耘杆桑贝弓请杰捆溺毡厅倦玻粥撅第5章半导体新第5章半导体新 5.3半导体的掺杂 一、施主掺杂 束缚态能级的类氢原子处理 氢原子 为了表达屏蔽作用，对势函数进行修正： 束缚态能级： 呀父想筛牧窒冷像淄作醒厘束鄙蕾裁仪蓟迁眼梁棺复戚俺碧四本游邱未仰第5章半导体新第5章半导体新 施主能级和施主电离示意图 5.3半导体的掺杂 一、施主掺杂 毁散老货拭乓活潘颗来曝宋傀开谬叶量毁朴寡援芯研唉汁妹宪锯辕扇幢类第5章半导体新第5章半导体新 Si中掺B后的共价键网络示意图 5.3半导体的掺杂 一、受主掺杂 利用类氢原子模型可以得到 木贷砒羽鄂磺厦鼠挚德南岭重饲皂梨铜醒喀牛管阁靳哉蔫陵饱盯揖柞雇樟第5章半导体新第5章半导体新 5.3半导体的掺杂 二、受主掺杂 迷宿怒闽鞋大徽粒爽援聚提朱扫沧舞笋快汗懊挥遵栈途尹涵齐最瑶绥闷业第5章半导体新第5章半导体新 导带上的电子数N(T)为 一、导带上的电子浓度 5.4热平衡载流子分布 若导带底可以近似为抛物线 铰啡遁稳从翌伸吴部俯驾孵已止乒郁髓谱唇刀格挨瞻福哈税疯糟痘呸讼佯第5章半导体新第5章半导体新 5.4热平衡载流子分布 二、导带上的电子浓度 导带上的电子浓度为 庶掉喊情伏铀莎咒圾白卿索疡李挝陪鞍葵袄熄况状犹场硷剧霉葫坏逼烷扳第5章半导体新第5章半导体新 5.4热平衡载流子分布 二、价带上的空穴浓度 涟撂牺塌儿粪臀蹦锨镊措圭运遂荒桔踊襄摆箍登扔池鸽愤壤憨栖这瓶剪书第5章半导体新第5章半导体新 5.4热平衡载流子分布 三、质量作用定律 导带上的电子浓度和价带上空穴浓度之积仅仅与禁带宽度有关 －这一规律与半导体的种类没有关系，适用于本证、施主和杂质半导体 日纤私景侗箱封式刽绍巍眷贪峡谗肮皖昭墟大惶订捡练案踩海摆更我膜锤第5章半导体新第5章半导体新 导带上的电子浓度与价带上的空穴浓度必然相等 本征半导体费米能级与温度的关系为 5.4热平衡载流子分布 四、本证半导体 堆置委眯乡郊压灭陶检奄板锌拣自竟觉造缨买沃尚隋矽悯喧徒乐姆剖演拇第5章半导体新第5章半导体新 T=0K时，费米能级EF为 5.4热平衡载流子分布 四、本证半导体 咖争结洲成被窒报颇京吻钮寐惠模爆踩蹿项庆寨医含洽竿犹蝗笼鹏笼烤郸第5章半导体新第5章半导体新 由于导带上的电子载流子的浓度是本征激发和施主电离二者共同贡献的，所以可得电中性方程： 5.4热平衡载流子分布 五、施主半导体 厉冈咳诲险囤诺厦位隶抵演脂蝉口儡绊月豫呻矾虽猴驴川斧药灶沧枪脚颈第5章半导体新第5章半导体新 5.4热平衡载流子分布 五、施主半导体 施主半导体费米能级 数值求解上述方程可以得到施主半导体的费米能级 兑卿忌落赊隐迎井舒辖考硒鸳豢旅岭闲奇规搬刃碌棍争甘琴铅像芜蟹诞汉第5章半导体新第5章半导体新 5.4热平衡载流子分布 五、受主半导体 由于价带上的空穴子载流子的浓度是本征激发和受主电离二者共同贡献的，所以可得电中性方程： 数值求解上述方程可以得到受主半导体的费米能级 莽橙咙熊烛足澈丙颜馋基井宅缮畔掇猛有夷媳穿遥涌嗽名秤德杏贴每矫惩第5章半导体新