半導(dǎo)體物理知識點(diǎn)梳理Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！半導(dǎo)體物理考點(diǎn)歸納一·1. 金剛石1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a. 由同類原子組成的復(fù)式晶格。其復(fù)式晶格是由兩個面心立方的子晶格彼此沿其空間對角線位移1/4的長度形成b. 屬面心晶系，具立方對稱性，共價鍵結(jié)合四面體。c. 配位數(shù)為4，較低，較穩(wěn)定。(配位數(shù)：最近鄰原子數(shù))d. 一個晶體學(xué)晶胞內(nèi)有4+8*1/8+6*1/2=8個原子。2) 代表性半導(dǎo)體：iv族的c，si，ge等元素半導(dǎo)體大多屬于這種結(jié)構(gòu)。2. 閃鋅礦1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a. 共價性占優(yōu)勢，立方對稱性；b. 晶胞結(jié)構(gòu)類似于金剛石結(jié)構(gòu)，但為雙原子復(fù)式晶格；c. 屬共價鍵晶體，但有不同的

2、離子性。2) 代表性半導(dǎo)體：gaas等三五族元素化合物均屬于此種結(jié)構(gòu)。3. 電子共有化運(yùn)動：原子結(jié)合為晶體時，軌道交疊。外層軌道交疊程度較大，電子可從一個原子運(yùn)動到另一原子中，因而電子可在整個晶體中運(yùn)動，稱為電子的共有化運(yùn)動。4. 布洛赫波：晶體中電子運(yùn)動的基本方程為： ，k為波矢，uk(x)為一個與晶格同周期的周期性函數(shù)，5. 布里淵區(qū)：禁帶出現(xiàn)在k=n/2a處，即在布里淵區(qū)邊界上；允帶出現(xiàn)在以下幾個區(qū)： 第一布里淵區(qū):1/2a<k<1/2a (簡約布里淵區(qū)） 第二布里淵區(qū)：-1/a<k<-1/2a,1/2a<k<1/a e(k)也是k的周期函數(shù)，周期為1

3、/a,即e(k)=e(k+n/a),能帶愈寬，共有化運(yùn)動就更強(qiáng)烈。6. 施主雜質(zhì)：v族雜質(zhì)在硅，鍺中電離時，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們 為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)7. 施主能級：將施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級，記為ed。施主能級離導(dǎo)帶很近。8. 受主雜質(zhì)：iii族雜質(zhì)在硅，鍺中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)電中心，稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)或p型雜質(zhì)。9. 受主能級：把被受主雜質(zhì)所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級，記為ea。受主能級離價帶很近。10. 簡并半導(dǎo)體&非簡并半導(dǎo)體：l 若費(fèi)米能級進(jìn)入了導(dǎo)帶，說明n型雜質(zhì)摻雜濃度很高(即nd很大)；也說明了導(dǎo)帶底附近的

4、量子態(tài)基本上被電子所占據(jù)了。若費(fèi)米能級進(jìn)入了價帶，說明p型雜質(zhì)摻雜濃度很高(即na很大)；也說明了價帶頂附近的量子態(tài)基本上被空穴所占據(jù)了。此時要考慮泡利不相容原理，而玻爾茲曼分布不適用，必須用費(fèi)米分布函數(shù)。這此情況稱為載流子的簡并化。l 發(fā)生載流子簡并化的半導(dǎo)體稱為簡并半導(dǎo)體.l 簡并化的標(biāo)準(zhǔn)二、1. 電導(dǎo)率n型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率 p型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率2. 電離雜質(zhì)散射：電離的施主或受主帶電，形成庫侖勢場，它局部地破壞了雜質(zhì)附近的周期性勢場。這一勢場就是使載流子散射的附加勢場。載流子運(yùn)動到電離雜質(zhì)附近時，由于此勢場的作用，使載流子的運(yùn)動方向發(fā)生改變。3. 晶格散射：在一定溫度下，晶格中的原子都各自在

5、其平衡位置附近作微振動。晶格中原子的振動都是由若干不同的基本波動按照波的疊加原理組合而成。這些基本波動稱為格波。人們把格波的能量單元hva稱為聲子。低溫下，聲學(xué)聲子與載流子交換能量，只吸收和釋放聲子.高溫下，光學(xué)聲子與載流子交換能量，由于載流子能量小于光學(xué)聲子，所以高溫下載流子吸收能量hv光。4. 電中性條件:（n型半導(dǎo)體）：低溫弱電離區(qū)、中間電離區(qū)：n0=nd+強(qiáng)電離區(qū)：n0=nd高溫過渡區(qū)： 高溫區(qū)：n0=p05. 直接復(fù)合：由電子在導(dǎo)帶與價帶間直接躍遷而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程6. 間接復(fù)合：電子與空穴通過禁帶的復(fù)合能級進(jìn)行復(fù)合。7. 愛因斯坦方程：8. 擴(kuò)散長度： lp標(biāo)志非平衡載

6、流子深入樣品的平均距離9. 牽引長度：10. p-n一維連續(xù)方程式：三、1. 空間電荷區(qū)定義：空穴將從p區(qū)擴(kuò)散到n區(qū)，同樣，電子將從n型擴(kuò)散到p區(qū)。則p區(qū)將剩下帶負(fù)電的受主離子，n區(qū)將剩下帶正電的施主離子。在pn結(jié)附近的這些電離施主與電離受主所帶電荷稱為空間電荷。所存在的區(qū)域?yàn)榭臻g電荷區(qū)。2. 接觸電勢差定義：平衡pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差 公式 突變結(jié): 緩變節(jié)： 3. 單邊突變結(jié)：如果一邊的摻雜濃度遠(yuǎn)大于另一邊，則p-n結(jié)勢壘區(qū)主要是在輕摻雜一邊，這種突變結(jié)叫··4. 肖克來方程式：5. !理想pn結(jié)：1 小注入條件：注入的少數(shù)載流子濃度比平衡多子濃度小得多2 突

7、變耗盡層近似：外加電壓在耗盡層上；耗盡層中的電荷由電離施主和電離受主電荷組成；耗盡層外導(dǎo)體電中性；注入的少子在p區(qū)，n區(qū)作純擴(kuò)散運(yùn)動3 忽略勢壘區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生及復(fù)合4 玻爾茲曼邊界條件在耗盡層兩端，遵守玻爾茲曼邊界條件6. iv-s實(shí)際pn結(jié)iv曲線偏離分析：正向偏置時，有小注入下：m=2,jr占主導(dǎo)（勢壘區(qū)復(fù)合電流）中注入下：m=1，jfd占主導(dǎo)（擴(kuò)散電流）注入較大：m=12大注入：同2jp占主導(dǎo)7. pn結(jié)雪崩擊穿：由于倍增效應(yīng)，使載流子數(shù)量增加，加大了反向電流，從而發(fā)生pn結(jié)擊穿，稱雪崩擊穿。8. pn結(jié)隧道擊穿：在強(qiáng)電場下，由于隧道效應(yīng)，使大量電子從價帶穿過禁帶而進(jìn)入導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)

8、象。9. 勢壘電容 擴(kuò)散電容勢壘電容：pn結(jié)上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區(qū)的“存入”和“取出”作用，導(dǎo)致勢壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化，這種pn結(jié)的電容效應(yīng)稱為··擴(kuò)散電容：由于擴(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化，所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為··四、1. !mis結(jié)構(gòu)積累層：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（金屬接負(fù)時），表面勢為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲。在熱平衡情況下，半導(dǎo)體內(nèi)費(fèi)米能級應(yīng)保持定值，故隨著向表面接近，價帶頂將逐漸移近甚至高過費(fèi)米能級，同時價帶中空穴濃度也將隨之增加。這樣表面層內(nèi)就出現(xiàn)空穴的堆積而帶正電荷。特點(diǎn)：vg<0,vs<

9、;0 能帶向上彎曲，空穴積累 熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體費(fèi)米能級保持定值2. !耗盡層：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加正電壓（指金屬接正）時，表面勢vs為正值，表面處能帶向下彎曲。這里越接近表面，費(fèi)米能級離價帶頂越遠(yuǎn)，價帶中空穴濃度隨之降低。靠近表面的一定區(qū)域內(nèi)，價帶頂位置比費(fèi)米能級低得多，可見，表面層的負(fù)電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。vg0（較小），vs0空穴被召回，只剩下未被補(bǔ)償?shù)膸в胸?fù)電的受主離子；能帶向下彎曲，越接近表面，ef離ec越遠(yuǎn)，空穴濃度越低，且比體內(nèi)濃度低得多；空穴濃度非常小，使ei與ef的距離比體內(nèi)低得多。電場改變方向3. !反型層：當(dāng)在金屬和半導(dǎo)體間的正電壓進(jìn)一步增大時，表面大的能帶相對

10、體內(nèi)進(jìn)一步向下彎曲。表面費(fèi)米能級位置可能高于禁帶中央能量e，即費(fèi)米能級離導(dǎo)帶底比離價帶頂更近一些。表面處的電子濃度將超過空穴濃度，形成了與原來半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的一層，稱反型層半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)的負(fù)電荷由兩部分組成，一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷，另一部分是反型層中的電子，后者主要堆積在近表面區(qū)vg0，vs>0當(dāng)外加電壓增大到使表面電子濃度可以和體內(nèi)的空穴濃度相比擬時，表面處的電子對電導(dǎo)的貢獻(xiàn)就很大，稱此時的狀態(tài)為強(qiáng)反型。同時電子濃度較小的狀態(tài)稱弱反型五、1. 歐姆接觸定義：利用半導(dǎo)體與金屬產(chǎn)生電子反阻擋層及空穴反阻擋層的接觸而形成的，不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，不會使半導(dǎo)體內(nèi)部載流子濃度

11、發(fā)生改變條件：2. 整流接觸定義：金屬半導(dǎo)體接觸的阻擋層具有pn結(jié)的伏安特性，即有整流作用。條件：3. 電子（空穴）阻擋層、反阻擋層n型半導(dǎo)體wmws：則efm<efs，電子從半導(dǎo)體流向金屬，形成電子阻擋層wmws：efmefs，電子從金屬流向半導(dǎo)體，形成電子反阻擋層p型半導(dǎo)體wmws：空穴由金屬流向半導(dǎo)體，形成空穴反阻擋層wmws：空穴由半導(dǎo)體流向金屬，形成空穴阻擋層4. 親和能：導(dǎo)帶底與真空能級之間的能量差5. 功函數(shù)：費(fèi)米能級與真空能級之間的能量差六、1. !一種載流子霍爾系數(shù)計(jì)算2. 導(dǎo)電類型會判斷及載流子濃度計(jì)算p型： n型：3. 霍爾效應(yīng)定義把通過電流的半導(dǎo)體放在均勻磁場中，

12、設(shè)電場沿x方向，電場強(qiáng)度為ex;磁場方向和電場垂直，沿z方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為bz，則將產(chǎn)生一個新的橫向電場ey，此電場垂直于電場及磁場的y或-y方向。這一現(xiàn)象稱之為霍耳效應(yīng)。4. 磁阻效應(yīng)定義磁場存在時，不僅影響半導(dǎo)體的電場（即產(chǎn)生霍耳電場），還影響半導(dǎo)體的電阻。使沿外加電場方向的電流密度有所降低，半導(dǎo)體電阻增大，這個現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。5. 兩種載流子rh分析圖令b=un/up，有本征時，n=p,un>up=>b>1,則rh0。高阻型半導(dǎo)體（即n,p差別不太大）n半導(dǎo)體：b2n>p,b>1,rh0p半導(dǎo)體低溫時，pn,p>>nb2,rh>0溫度升高，p=nb2時，rh0溫度升高 pnb2，rh0。七、1. 本征吸收限hv 是引起本征吸收的最低限度的光子能量。當(dāng)?shù)陀趘 或大于波長 時，就不能產(chǎn)生本征吸收，這種吸收系數(shù)顯著下降的特定波長v （或特定的角頻率）。2. 光生伏特效應(yīng)用適當(dāng)波長的光照非均勻半導(dǎo)體（p-n結(jié)）時，由于內(nèi)建場的作用，結(jié)兩邊的光生載流子受該電場的作用，各自向相反方向運(yùn)動：p區(qū)電子穿過pn結(jié)進(jìn)入n區(qū)，n區(qū)空穴穿過pn結(jié)進(jìn)入p區(qū)，使p端電勢升高，n端電勢降