半導(dǎo)體物理知識(shí)點(diǎn)梳理

1、半導(dǎo)體物理考點(diǎn)歸納金剛石1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由同類原子組成的復(fù)式晶格。其復(fù)式晶格是由兩個(gè)面心立方的子晶格彼此沿其空間對(duì)角線位移1/4的長度形成屬面心晶系，具立方對(duì)稱性，共價(jià)鍵結(jié)合四面體。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(gè)晶體學(xué)晶胞內(nèi)有4+8*1/8+6*1/2=8個(gè)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)。閃鋅礦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：共價(jià)性占優(yōu)勢,立方對(duì)稱性；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；屬共價(jià)鍵晶體,但有不同的離子性。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)。電子共有化運(yùn)動(dòng)：原子結(jié)合為晶體時(shí),軌道交疊。外層軌道交疊程度較大

2、,電子可從一個(gè)原子運(yùn)動(dòng)到另原子中,因而電子可在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng),稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。4.布洛赫波：晶體中電子運(yùn)動(dòng)的基本方程為申(x)=u(x)ei2兀kxkk，K為波矢，uk(x)為一個(gè)與晶格同周期的周期性函數(shù)5.布里淵區(qū)：u(x)=u(x+na)kk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(gè)區(qū)：第一布里淵區(qū):一l/2avkvl/2a(簡約布里淵區(qū))第二布里淵區(qū)：-1/ak-1/2a,1/2ak1/aE(k)也是k的周期函數(shù)，周期為1/a,即E(k)=E(k+n/a),能帶愈寬，共有化運(yùn)動(dòng)就更強(qiáng)烈。6.施主雜質(zhì)：V族雜質(zhì)在硅，鍺中電離時(shí)，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電

3、中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)或n型雜質(zhì)施主能級(jí)：將施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí)，記為ED。施主能級(jí)離導(dǎo)帶很近受主雜質(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)受主能級(jí)：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(jí)，記為EA。受主能級(jí)離價(jià)帶很近簡并半導(dǎo)體&非簡并半導(dǎo)體：若費(fèi)米能級(jí)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)帶底附近的量子態(tài)基本上被電子所占據(jù)了。若費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入了價(jià)帶，說明P型雜質(zhì)摻雜濃度很高(即NA很大)；也說明了價(jià)帶頂附近的量子態(tài)基本上被空穴所占據(jù)了。此時(shí)要考慮泡利不相容原理，而玻爾茲曼分布不適用，必須

4、用費(fèi)米分布函數(shù)。這此情況稱為載流子的簡并化。發(fā)生載流子簡并化的半導(dǎo)體稱為簡并半導(dǎo)體.簡并化的標(biāo)準(zhǔn)E-E=0cF0E-E2kTCF0E-E-2kTCF0簡并弱簡并非簡并，低摻雜E可能進(jìn)入導(dǎo)帶底F1.電導(dǎo)率N型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率&2.電離雜質(zhì)散射：單位：西門子/米=nqup型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率npqup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(dòng)到電離雜質(zhì)附近時(shí)，由于此勢場的作用，使載流子的運(yùn)動(dòng)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其平衡位置附近作微振動(dòng)。晶格中原子的振動(dòng)都是由若干不同的基本波動(dòng)按照波的疊加原

5、理組合而成。這些基本波動(dòng)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)：n二N+Pnp-n2高溫區(qū)：n0=p0TOC o 1-5 h z0D000i直接復(fù)合：由電子在導(dǎo)帶與價(jià)帶間直接躍遷而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程間接復(fù)合：電子與空穴通過禁帶的復(fù)合能級(jí)進(jìn)行復(fù)合。7愛因斯坦方程：DkT HYPERLINK l bookmark56 p卩qV=V-V=亠心

6、緩變節(jié)：V2kToinaxp-DnpqPDq2nina:x處斜率3單邊突變結(jié)：j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：二qDn0qDp0=Js(eM-1)jnp+pnsLL5.理想PN結(jié)np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突變耗盡層近似：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(dòng)忽略勢壘區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生及復(fù)合玻爾茲曼邊界條件在耗盡層兩端，遵守玻爾茲曼邊界條件ras-ti0（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

7、，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(shí)，表面大的能帶相對(duì)體內(nèi)進(jìn)一步向下彎曲。表面費(fèi)米能級(jí)位置可能高于禁帶中央能量E,即費(fèi)米能級(jí)離導(dǎo)帶底比離價(jià)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，Vs0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(shí)，表面處的電子對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)就很大，稱

8、此時(shí)的狀態(tài)為強(qiáng)反型。同時(shí)電子濃度較小的狀態(tài)稱弱反型fig7MISC-Fcurves.Xfeltageisappliedforhemetarelative10the/j-semscDnductor.(a)Lowfrequency,(b)IntcnneiiiRitefreqirency.(c)Highfrequency,(d)Highfroqucncywith血stsweepdepletioft),Flai-bandvoltageofF-0is皐闘umgd1.一種載流子霍爾系數(shù)計(jì)算R=HEy-JBP型：qE-qvB=0n型:yxz有E=vb=Lbyxzpqz所以有1R=0單位為m3/cHpq2導(dǎo)電

9、類型會(huì)判斷及載流子濃度計(jì)算xZ-qE-qVB=0yxzJ則E=-VB=Byxznqz有R=丄WS：則EFMvEFS,電子從半導(dǎo)體流向金屬，形成電子阻擋層WMVWS：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WMVWS：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(jí)之間的能量差5功函數(shù)：費(fèi)米能級(jí)與真空能級(jí)之間的能量差六、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，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(gè)新的橫向電場Ey，此電場垂直于電場及磁場的+y或-y方向

10、。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(shí)，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)體電陽增大，這個(gè)現(xiàn)象稱磁陽效應(yīng)。5兩種載流子RH分析圖令b=un/up,有本征時(shí)，n=p,unup=bl,則RHVO。高阻型半導(dǎo)體（即n,p差別不太大）N半導(dǎo)體：b2nP,b1,RHV0P半導(dǎo)體_仔2鬧如一”*.低溫時(shí)，Pn,Pnb2,RH0溫度升高，p=nb2時(shí)，RH=0溫度升高pnb2,RHV0。七、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)陀赩或大于波長時(shí)，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）。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(shí)，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(dòng)：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