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半导体器件基础 半导体器件基础 教材: 半导体器件基础，Robert F. Pierret著，黄如等译，电子工业出版社 参考书： 微电子技术基础---双极、场效应晶体管原理，电子工业出版社，曹培栋编著 半导体概要 载流子模型 载流子输运 pn结的静电特性 pn结二极管：I-V特性 pn结二极管：小信号导纳 pn结二极管：瞬态特性 BJT的基础知识 BJT静态特性 BJT动态响应模型 MOS结构基础 MOSFET器件基础 JFET 和 MESFET简介 半导体材料的纯度和结构 纯度 极高，杂质1013cm-3 结构 晶体结构 单胞 对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的最小单元 三维立方单胞 简立方、 体心立方、 面立方 密勒(Miller)指数 (111)晶面 原子面密度比(100)晶面稍高: 7.8 x 1014 atoms / cm2 半导体概要 载流子模型 载流子输运 pn结的静电特性 pn结二极管：I-V特性 pn结二极管：小信号导纳 pn结二极管：瞬态特性 BJT的基础知识 BJT静态特性 BJT动态响应模型 MOS结构基础 MOSFET器件基础 JFET 和 MESFET简介 载流子模型 半导体中有两类重要的载流子： 电子和空穴 本章将将介绍载流子的定义、性质、相关术语、载流子分布等 量子化概念 电子的能级是量子化的 半导体模型 价键模型 半导体、绝缘体和导体 载流子的特性 电荷 有效质量 An electron moves with a certain characteristic mass (from F=ma) in vacuum In a solid, F=ma changes, so we can model this change via an “effective” mass 有效质量 在一个电场?中，电子和空穴的加速度为： 态密度 根据量子力学，当电子能量为E，且距带边不远时，态密度为： 费米分布函数 在热平衡条件下，能量为E的有效状态被电子占据的几率为 平衡载流子分布 简单用态密度和费米-迪拉克分布函数的乘积表示： 平衡载流子浓度 导带中的电子浓度： 价带中的空穴浓度： 平衡载流子浓度 如果Ev+3kT=EF=Ec-3kT n和p的其他变换公式 本征半导体时， 对掺杂半导体， 接近室温时 举例 掺杂半导体 电中性条件： 特殊情况 举例 掺杂浓度分别为(a) 和 的硅中的电子和空穴浓度？(b) 再掺杂 的Na又是多少？( ) 载流子浓度与温度的关系 小结 P47 半导体概要 载流子模型 载流子输运 pn结的静电特性 pn结二极管：I-V特性 pn结二极管：小信号导纳 pn结二极管：瞬态特性 BJT的基础知识 BJT静态特性 BJT动态响应模型 MOS结构基础 MOSFET器件基础 JFET 和 MESFET简介 载流子输运 半导体中载流子的输运有三种形式： 漂移 扩散 产生和复合 热运动 晶体中的碰撞和散射引起 净速度为零 平均自由时间为 热能和热速度 电子或空穴的平均动能 漂移电流 电流密度 迁移率 单位电场下的平均漂移速度为迁移率 影响迁移率的因素 与散射有关 晶格散射 电离杂质散射 漂移电流与电导率 电导率 电阻率 电阻率与掺杂的关系 N型半导体 P型半导体 能带弯曲 当材料中存在电场时，能带能量变成位置的函数 场强 势能 扩散 粒子从高浓度向低浓度区域运动 扩散电流 半导体内总电流 扩散+漂移 扩散系数和迁移率的关系 考虑非均匀半导体 爱因斯坦关系 在平衡态时，净电流为0 产生和复合 产生 电子和空穴（载流子）被创建的过程 复合 电子和空穴（载流子）消失的过程 产生和复合会改变载流子的浓度，从而间接地影响电流 复合 直接复合 间接复合 Auger复合 产生 直接产生 R-G中心产生 载流子产生 与碰撞电离 过剩载流子和电中性 过剩载流子和电中性 复合寿命 假定光照产生 和 ，如果光突然关闭， 和 将随时间逐渐衰减直至0，衰减的时间常数称为寿命 复合 小结 P94-P95 半导体概要 载流子模型 载流子输运 pn结的静电特性 pn结二极管：I-V特性 pn结二极管：小信号导纳 pn结二极管：瞬