半导体物理三节.pptVIP

* 6. 假设Si 半导体中N 型杂质的掺杂浓度为Nd ，P 型杂质的掺杂浓度为Na ,请写出该半导体的电中性条件表达式；如果Nd Na ，写出在热平衡和完全电离条件下，载流子（n 和p）浓度的表达式。 （1）电中性条件表达式 其中，Nd 和Pa 分别是没有电离的施主和受主浓度。 （2）在热平衡和完全电离条件下，有 * 7. 含受主浓度为8.0×106cm-3和施主浓度为7.25×1017cm-3的Si材料，试求温度分别为300K和400K时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。 解：由于杂质基本全电离，杂质补偿之后，有效施主浓度 则300K时，电子浓度 空穴浓度 费米能级 * 在400K时，根据电中性条件 和 得到 费米能级 答：300K时此材料的电子浓度和空穴浓度分别为7.25 x1017cm-3和3.11x102cm-3，费米能级在价带上方0.3896eV处； 400 K时此材料的电子浓度和空穴浓度分别近似为为7.248 x1017cm-3和1.3795x108cm-3，费米能级在价带上方0.08196eV处。 * 8. 室温下，半导体Si掺硼的浓度为1014cm－3，同时掺有浓度 为1.1×1015cm－3的磷， (1) 则电子浓度约为( )，空穴浓度为( )，费米能级( )Ei (2) 将该半导体升温至570K，则多子浓度约为( )，少子浓 度为( )，费米能级( )Ei 。 （已知：室温下，ni≈1.5×1010cm－3， 570K时，ni≈2×1017cm－3） 杂质补偿作用，n0p0=ni2 1015cm－3, 2.25×105cm－3 , 高于； 2×1017cm－3 , 2×1017cm－3 , 等于。 * 9. 某掺施主杂质的非简并Si样品，试求EF=（EC+ED）/2时施主的浓度 解：由于半导体是非简并半导体，所以有电中性条件 n0=ND+ 答：ND为二倍NC。 - * 为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？ 硅的禁带宽度比锗大，且在相同温度下，锗的本征激发强于硅，很容易就达到较高的本征载流子浓度，使器件失去性能。 当温度一定时,杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定？试把强n,弱n型半导体与强p,弱p半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。 决定因素：掺杂浓度，掺杂能级，导带的电子有效态密度等。 费米能级比较 ：强n弱n本征弱p强p 如果向半导体中重掺施主杂质,就你所知会出现一些什么效应？ * 本章主要内容回顾： 一、费米能级的定义；两种分布函数的形式；简并和非简并半导体的定义。 二、计算热平衡半导体载流子浓度的两套公式；本征载流子浓度的表达式。 三、载流子在杂质能级上的分布函数；只含一种杂质的半导体中载流子浓度及费米能级的求解；费米能级随温度和杂质浓度的变化关系。 四、含多种杂质的半导体中载流子浓度和费米能级的求解。 五、简并化条件；冻析效应；禁带变窄效应。 * * 讨论： 杂质半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。 ( 与本征区别) 对于杂质浓度一定的半导体，随着温度的升高，载流子则是从以杂质电离为主要来源过渡到以本征激发为主要来源的过程，EF从杂质能级附近→禁带中线处。 温度一定时，费米能级的位置由杂质的种类和浓度决定，费米能级的位置反映导电类型和掺杂水平。 * 不同掺杂情况下的费米能级 电子填充水平最低，EF最低 * 过渡区 导带电子来源于全部杂质电离和部分本征激发 强电离（饱和） 导带电子浓度等于施主浓度 高温本征激发区 n0ND p0ND 同上 中间电离 导带电子从施主电离产生 p0=0 n0= 弱电离 导带电子从施主电离产生 费米能级 载流子浓度 电中性 特征 * 思考题：指出所示曲线不同的区域特征 思考题：估算一下室温时硅中施主杂质达到全部电离时 (90％)的杂质浓度上限。 思考题：杂质基本上全部电离( 90％)所需的温度？ * 思路：强电离区 全部电离： 代入EF 未电离取10％ * 少数载流子： n型半导体中的空穴，p型半导体中的电子 少数载流子浓度(强电离区为例) 知少数载流子浓度随温度迅速变化； * 少数载流子与温度的关系 * 3.5 一般情况下载流子统计分布 一般情况的电中性条件 同时含一种施主杂质和一种受主杂质 同时含若干种施主杂志和若干种受主杂质 * 同样可以按如下温区进行讨论， ?