第二章半导体物理基础知识教材 1.pptVIP

*费密能级EFEF是一种用来描述电子的能级填充水平的假想能级，EF越大，表示处于高能级的电子越多；EF越小，则表示高能级的电子越少。EF在能级图中的位置与材料掺杂情况有关，对本征半导体，处于禁带的中央。本征半导体N型半导体P型半导体*轻掺杂半导体如果是N型材料由于电子占据导带的几率较大，则EF的位置上移离导带不远。如果是P型材料则EF的位置下移离价带不远。EEg禁带N型价带导带EFEEg禁带P型价带导带EF*重掺杂半导体对N型材料，能参与导电的电子比空穴多许多，EF的有可能进入导带；对P型材料，EF可能进入价带。EFEEg禁带P型价带导带EFEEg禁带N型价带导带*******晶格散射归因于在任何高于绝对零度下的晶格原子的热振动随温度增加而增加，晶格原子的振动会引起载流子的散射，在高温下晶格散射自然变得显著，迁移率也因此随着温度的增加而减少。理论分析显示晶格散射所造成的迁移率μL将随T-3/2方式减少。******一般状态下，本征半导体的电子和空穴是成对出现的，用EF位于禁带中央来表示。在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。PN结的特性pn结*硅的晶格结构硅的晶格结构(平面图)本征半导体材料Si电子和空穴是成对出现的受热时，Si电子受到热激励跃迁到导带，导致电子和空穴成对出现。此时外加电场，发生电子/空穴移动导电。本征半导体：完全纯净、结构完整没有杂质的半导体。*导带EC价带EV电子跃迁带隙Eg=1.1eV电子态数量空穴态数量电子浓度分布空穴浓度分布空穴电子本征半导体的能带图电子向导带跃迁相当于空穴向价带反向跃迁Ef－*非本征半导体材料：N型第V族元素(如磷P,砷As,锑Sb)掺入Si晶体后，产生的多余电子受到的束缚很弱，只要很少的能量DED(0.04~0.05eV)就能让它挣脱束缚成为自由电子。这个电离过程称为杂质电离。As除了用4个价电子和周围的Si建立共价键之外，还剩余一个电子As+掺杂半导体：在本征半导体中掺入微量杂质可使半导体性质发生显著变化，称为掺杂半导体。N型半导体：若掺入的杂质提供电子给导带，称为N型杂质或施主杂质，如掺入锡和碲。掺入N型杂质的材料称为N型半导体。*导带EC价带EV施主能级电子能量电子浓度分布空穴浓度分布施主能级施主杂质电离使导带电子浓度增加N型材料，施主能级第V族元素称为施主杂质，被它束缚住的多余电子所处的能级称为施主能级。由于施主能级上的电子吸收少量的能量DED后可以跃迁到导带，因此施主能级位于离导带很近的禁带。Ef*非本征半导体材料：P型由于B只有3个价电子，因此B和周围4个Si的共价键还少1个电子B容易抢夺周围Si原子的电子成为负离子并产生多余空穴B–第III族元素(如铟In,镓Ga,铝Al)掺入Si晶体后，产生多余的空穴，它们只受到微弱的束缚，只需要很少的能量DEAEg就可以让多余孔穴自由导电。P型半导体：若掺入的杂质提供空穴给价带，称为受主杂质或P型杂质，如掺入锗。掺入P型杂质的材料称为P型半导体。*导带EC价带EV受主能级电子能量电子浓度分布空穴浓度分布受主能级受主能级电离使导带空穴浓度增加P型材料，受主能级第III族元素容易抢夺Si的电子而被称为受主杂质。被它束缚的空穴所处的能级称为受主能级EA。当空穴获得较小的能量DEA之后就能摆脱束缚，反向跃迁到价带成为导电空穴。因此，受主能级位于靠近价带EV的禁带中。Ef*PN结的形成**PN结n型p型耗尽层载流子扩散构成内建电场*耗尽区扩散电子pn结内建电场能带倾斜---+++1.浓度的差别导致载流子的扩散运动pnEF能带倾斜2.内部电场：产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的EF相同，两种运动处于平衡状态为止，结果使平衡pn结的费米能级处处相等从而能带发生倾斜，见图。能带的相对移动是pn结空间电荷区中存在内建电场得到结果：随