半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)

1、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二或其中 為光波的波長(zhǎng)，上式表明，存在有長(zhǎng)波限稱為本征吸收邊,在本征吸收邊附近的光躍遷有兩種類型：（a):第一種類型對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在k 空間相同點(diǎn)的情況，如圖(a)所示。電子吸收光子自價(jià)帶k 狀態(tài)躍遷到導(dǎo)帶k狀態(tài)時(shí)除了滿足能量守恒以外，還必須符合準(zhǔn)動(dòng)量守恒的選擇定則，即具有這種帶隙結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為直接帶隙半導(dǎo)體第2頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第3頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 在討論本征吸收時(shí)，光子的動(dòng)量可以略去，因?yàn)楸菊魑展庾拥牟ㄊ笧?0 cm-1，而在能帶論中布里

2、淵區(qū)的尺度為2 /晶格常數(shù)，數(shù)量級(jí)是10 cm-1，因此本征光吸收中，因此光吸收的躍遷選擇定則可以近似寫(xiě)成這就是說(shuō)，在躍遷過(guò)程中，波矢可以看做是不變的，在能帶的E(k)圖上，初態(tài)和末態(tài)幾乎在同一條豎直線上，這樣的躍遷常稱為豎直躍遷。(b)：第二種類型對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在k 空間不同點(diǎn)的情況，如圖(b)所示：這時(shí)在本征吸收邊附近的光吸收過(guò)程是所謂非豎直躍遷，在這種情況下，單純吸收光子不能使電子由價(jià)帶頂躍遷到導(dǎo)帶底，必須在吸收光子的同時(shí)伴隨有吸收或發(fā)射一個(gè)聲子。能量守恒關(guān)系為：電子能量差 光子能量 聲子能量具有這種帶隙結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為間接帶隙半導(dǎo)體第4頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3

3、分，星期二但是聲子能量是較小的，數(shù)量級(jí)為百分之幾電子伏以下，因此近似的有 電子能量差 光子能量而準(zhǔn)動(dòng)量守恒的躍遷選擇定則為其中q 為聲子的準(zhǔn)動(dòng)量，它與能帶中電子的準(zhǔn)動(dòng)量相仿，略去光子動(dòng)量，有結(jié)論：（）在非豎直躍遷中，光子主要提供躍遷所需要的能量，而聲子則主要提供躍遷所需要的準(zhǔn)動(dòng)量（）與豎直躍遷相比，非豎直躍遷是一個(gè)二級(jí)過(guò)程，發(fā)生的幾率要小得多第5頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二（）由于與光吸收情況相同的原因，在直接帶隙半導(dǎo)體中這種發(fā)光的幾率遠(yuǎn)大于間接帶隙半導(dǎo)體c電子空穴復(fù)合發(fā)光：考慮一個(gè)與半導(dǎo)體的光吸收相反的過(guò)程，導(dǎo)帶中的電子可以躍遷到價(jià)帶空能級(jí)而發(fā)射光子，這稱為電子空穴

4、復(fù)合發(fā)光。復(fù)合發(fā)光的特點(diǎn)：（）一般情況下電子集中在導(dǎo)帶底，空穴集中在價(jià)帶頂，發(fā)射光子的能量基本上等于帶隙寬度制作復(fù)合發(fā)光的發(fā)光器件（一般要用直接帶隙半導(dǎo)體。發(fā)光的顏色取決于半導(dǎo)體的帶隙寬度）應(yīng)用：第6頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 在實(shí)際的半導(dǎo)體材料中,總是不可避免地存在有雜質(zhì)和各種類型的缺陷.特別是在半導(dǎo)體的研究和應(yīng)用中,常常有意識(shí)的加入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì).這些雜質(zhì)和缺陷產(chǎn)生的附加勢(shì)場(chǎng),有可能使電子和空穴束縛在雜質(zhì)和缺陷的周圍,產(chǎn)生局域化的電子態(tài),在禁帶中引入相應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷能級(jí).三、雜質(zhì)和缺陷能級(jí)第7頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二（2）替位式雜質(zhì)原子

5、取代半導(dǎo)體的元素或離子的格點(diǎn)位置。間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子進(jìn)入半導(dǎo)體以后，位于晶格間隙位置或取代晶格原子，稱為間隙式雜質(zhì) 替位式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子進(jìn)入半導(dǎo)體以后，取代晶格原子，這種雜質(zhì)稱為替位式雜質(zhì)，要求雜質(zhì)原子的大小與被取代的晶格原子的大小比較相近并且價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)比較相近。 1、雜質(zhì)的存在方式第8頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第9頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第10頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二BA第11頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二3.雜質(zhì)半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體 Si、等，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)

6、（impurity）元素（如P、As等）形成電子型半導(dǎo)體,稱 n 型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處, ED10-2eV，極易形成電子導(dǎo)電。該能級(jí)稱為施主（donor）能級(jí)。第12頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 n 型半導(dǎo)體 在n型半導(dǎo)體中 電子多數(shù)載流子空 帶滿 帶施主能級(jí)EDEgSiSiSiSiSiSiSiP空穴少數(shù)載流子第13頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si、e等，摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素（如、Ga、n等）形成空穴型半導(dǎo)體，稱 p 型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的能級(jí)在

7、禁帶中緊靠滿帶處，ED10-2eV，極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。第14頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二空 帶Ea滿 帶受主能級(jí) P型半導(dǎo)體SiSiSiSiSiSiSi+BEg在p型半導(dǎo)體中 空穴多數(shù)載流子電子少數(shù)載流子第15頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 假設(shè)在能帶中能量E與E+dE之間的能量間隔dE內(nèi)有量子態(tài)dZ個(gè)，則定義狀態(tài)密度g（E）為：1.3 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布1、狀 態(tài) 密 度第16頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二費(fèi)米分布函數(shù) 電子遵循費(fèi)米-狄拉克（Fermi-Dirac）統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。能量為E的一個(gè)獨(dú)立的電子態(tài)被一個(gè)電

8、子占據(jù)的幾率為 2、費(fèi)米能級(jí)和載流子統(tǒng)計(jì)分布第17頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二費(fèi)米能級(jí)EF的意義EF 第18頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二波爾茲曼（Boltzmann）分布函數(shù)當(dāng)E-EFk0T時(shí),第19頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 服從Boltzmann分布的電子系統(tǒng) 非簡(jiǎn)并系統(tǒng) 相應(yīng)的半導(dǎo)體 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 服從Fermi分布的電子系統(tǒng) 簡(jiǎn)并系統(tǒng) 相應(yīng)的半導(dǎo)體 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體第20頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二本征載流子的產(chǎn)生：導(dǎo)帶中的電子濃度和價(jià)帶中的空穴濃度 第21頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月

9、20日，2點(diǎn)3分，星期二單位體積的電子數(shù)n0和空穴數(shù)p0：則第22頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第23頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二說(shuō)明:1.(3)(4)式是非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度的最基本的表示式,成立的條件是:4.半導(dǎo)體中載流子的濃度變化強(qiáng)烈地倚賴溫度T,半導(dǎo)體中載流子的濃度隨溫度的靈敏變化是半導(dǎo)體的重要特性之一.2.對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體,導(dǎo)帶電子濃度取決于費(fèi)米能級(jí)EF距離EC遠(yuǎn)近,費(fèi)米能級(jí)EF距離EC愈遠(yuǎn),電子的濃度愈小.3.對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體,價(jià)帶空穴的濃度取決于費(fèi)米能級(jí)EF距離EV遠(yuǎn)近,費(fèi)米能級(jí)EF距離EV愈遠(yuǎn),空穴的濃度愈小.

10、E-EFk0T第24頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二3.本征半導(dǎo)體的載流子濃度本征半導(dǎo)體:對(duì)于純凈的半導(dǎo)體,半導(dǎo)體中費(fèi)米能級(jí)的位置和載流子的濃度只是材料自身的本征性質(zhì)所決定的,我們稱為本征半導(dǎo)體.順便談一下,在有外界雜質(zhì)存在的情況下,費(fèi)米能級(jí)的位置和載流子的濃度以及它們隨溫度的變化情況將與外界雜質(zhì)有關(guān).本征激發(fā):在本征半導(dǎo)體中,載流子的產(chǎn)生只是通過(guò)價(jià)帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶而產(chǎn)生的,這種激發(fā)的過(guò)程叫本征激發(fā).第25頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二在熱平衡態(tài)下，半導(dǎo)體是電中性的： n0=p0 （1） 本征半導(dǎo)體的載流子濃度:第26頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5

11、月20日，2點(diǎn)3分，星期二我們可將EF解出:上式第一項(xiàng)系禁帶中間的能量,記為:Ei,第二項(xiàng)比第一項(xiàng)要小的多,可以認(rèn)為是本征費(fèi)米能級(jí)相對(duì)與禁帶中央產(chǎn)生的小的偏離.由上式所表示的費(fèi)米能級(jí)我們稱之為本征費(fèi)米能級(jí).*0ln432npvcmmTkEEEF+=EF還可寫(xiě)成下式第27頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二*0ln432npvcmmTkEEEF+=從上式可以看出:(1)如果導(dǎo)帶底的有效質(zhì)量和價(jià)帶頂?shù)挠行з|(zhì)量相等,那么本征費(fèi)米能級(jí)恰好位于禁帶中央.(2)對(duì)于大多數(shù)的半導(dǎo)體材料,上式中的對(duì)數(shù)值要小于1,本征費(fèi)米能級(jí)通常偏離禁帶中央3K0T/4,這相對(duì)與禁帶寬度是非常小的.為此,我們

12、通常認(rèn)為本征費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中央的位置.(3)對(duì)于少數(shù)半導(dǎo)體,本征費(fèi)米能級(jí)偏離禁帶中央較明顯,如銻化銦,mdp/mdn=32,而Eg=0.18ev,室溫下,本征費(fèi)米能級(jí)移至導(dǎo)帶.第28頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二一般溫度下，Si、Ge、GaAs等本征半導(dǎo)體的EF近似在禁帶中央Ei，只有溫度較高時(shí)，EF才會(huì)偏離Ei。第29頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二將本征費(fèi)米能級(jí)的公式代入(2)(3)式即得到：1.本征載流子的濃度只與半導(dǎo)體本身的能帶結(jié)構(gòu)和所處的溫度有關(guān).結(jié)論:A、溫度一定時(shí)，Eg大的材料，ni小；B、對(duì)同種材料，本征載流子的濃度ni隨溫度T按

13、指數(shù)關(guān)系上升。 第30頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二2.一定溫度下，非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的熱平衡載流子濃度乘積等于本征載流子濃度的平方,與所含雜質(zhì)無(wú)關(guān)即:()6npn2i00=幾點(diǎn)說(shuō)明:1.絕對(duì)純凈的物質(zhì)是沒(méi)有的,只要是半導(dǎo)體的載流子主要來(lái)自于本征激發(fā),我們便可認(rèn)為其是本征半導(dǎo)體.通常用幾個(gè)9來(lái)表示半導(dǎo)體的純度.第31頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二2.用本征材料制作的器件極不穩(wěn)定，常用雜質(zhì)半導(dǎo)體。當(dāng)在雜質(zhì)飽和電離的載流子的濃度遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的載流子的濃度的溫度下,半導(dǎo)體器件可以正常工作。3.由于本征載流子的濃度隨溫度T的升高而迅速增加,當(dāng)本征載流子的濃度

14、接近雜質(zhì)飽和電離的載流子的濃度時(shí),半導(dǎo)體器件便不能工作,因此每一種半導(dǎo)體材料器件有一定的極限工作溫度,其隨Eg增大而增加.4.半導(dǎo)體材料器件有一定的極限工作溫度還與攙雜雜質(zhì)的濃度有關(guān),濃度越大極限溫度越高.第32頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二4.載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和遷移率 漂移運(yùn)動(dòng)和漂移速度有外加電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子受到電場(chǎng)力的作用，沿著電場(chǎng)的反方向作定向運(yùn)動(dòng)形成電流。電子在電場(chǎng)力作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)，定向運(yùn)動(dòng)的速度稱為漂移速度。第33頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二歐姆定律 金屬： 電子 半導(dǎo)體： 電子、空穴 在嚴(yán)格周期性勢(shì)場(chǎng)（理想）

15、中運(yùn)動(dòng)的 載流子在電場(chǎng)力的作用下將獲得加速 度，其漂移速度應(yīng)越來(lái)越大。結(jié)論:sE=J第34頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二遷移率假設(shè)討論的是n型半導(dǎo)體，電子濃度為n0，在外電場(chǎng)下通過(guò)半導(dǎo)體的電流密度 第35頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二同理，對(duì)p型半導(dǎo)體遷移率的意義：表征了在單位電場(chǎng)下載流子的平均漂移速度。 它是表示半導(dǎo)體電遷移能力的重要參數(shù)。在實(shí)際半導(dǎo)體中，=nq+pq.n型半導(dǎo)體， np, =nq;p型半導(dǎo)體， pn, = pq;本征型半導(dǎo)體， n=p=n,= nq(+)第36頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二5. 載流子的

16、散射我們上面提到:在嚴(yán)格周期性勢(shì)場(chǎng)（理想）中運(yùn)動(dòng)的 載流子在電場(chǎng)力的作用下將獲得加速 度，其漂移速度應(yīng)越來(lái)越大。實(shí)際中，存在很多破壞周期性勢(shì)場(chǎng)的作用因素：如： * 雜質(zhì) * 缺陷 * 晶格熱振動(dòng)散射:晶體中的雜質(zhì)、缺陷以及晶格熱振動(dòng)的影響，通常使實(shí)際的晶格勢(shì)場(chǎng)偏離理想的周期勢(shì)場(chǎng)，這相當(dāng)于嚴(yán)格的周期勢(shì)場(chǎng)上疊加了附加勢(shì)場(chǎng)，這個(gè)附加勢(shì)場(chǎng)作用于載流子，將改變載流子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種情景我們稱之為載流子的散射。第37頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二1)散射情形下，載流子的運(yùn)動(dòng)分析：自由程l：相鄰兩次散射之間自由運(yùn)動(dòng)的路程。平均自由程：連續(xù)兩次散射間自由運(yùn)動(dòng)的平均路程。散射幾率P：?jiǎn)挝?/p>

17、時(shí)間內(nèi)一個(gè)載流子被散射的次數(shù)。第38頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二電離雜質(zhì)散射：即庫(kù)侖散射2)、半導(dǎo)體的主要散射機(jī)構(gòu)+ V V 電離雜質(zhì)散射示意圖vv電離 施主 散射電離 受主 散射第39頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第40頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二晶格振動(dòng)散射有N個(gè)原胞的晶體 有N個(gè)格波波矢q 一個(gè)q=3支光學(xué)波(高頻)+3支聲學(xué)波(低頻) 振動(dòng)方式: 3個(gè)光學(xué)波=1個(gè)縱波+2個(gè)橫波 3個(gè)聲學(xué)波=1個(gè)縱波+2個(gè)橫波格波的能量效應(yīng)以ha為單元 -聲子特點(diǎn)：各向同性。 a、聲學(xué)波散射： PsT3/2 b、光學(xué)波散射：P

18、oexp（hv/k0T）-1 第41頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二格波散射幾率Pc 當(dāng)長(zhǎng)聲學(xué)波和長(zhǎng)光學(xué)波散射作用同時(shí)存在時(shí),晶格振動(dòng)對(duì)載流子的總散射概率應(yīng)為以上兩種散射之和.說(shuō)明:在共價(jià)結(jié)合的元素半導(dǎo)體中,長(zhǎng)聲學(xué)波散射作用是主要的,在極性半導(dǎo)體中長(zhǎng)光學(xué)波散射是主要的.聲學(xué)波的散射幾率Ps縱光學(xué)波的散射幾率Po: 第42頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二二、半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度和雜質(zhì)濃度的關(guān)系 電阻率的一般公式： 第43頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二(1) 本征半導(dǎo)體 2.電阻率隨溫度的變化T載流子來(lái)源于本征激發(fā),溫度越高,

19、本征激發(fā)越厲害,載流子越多,導(dǎo)電性就越強(qiáng).第44頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二雜質(zhì)離化區(qū) 過(guò)渡區(qū) 高溫本征激發(fā)區(qū) (2)雜質(zhì)半導(dǎo)體第45頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 雜質(zhì)離化區(qū) non+D ；T，nD+， no TTT載流子由雜質(zhì)電離提供,溫度越高,載流子越多.散射主要是電離雜質(zhì)散射,遷移率隨溫度的升高而升高.第46頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二 飽和區(qū) noND， T， no TND TT雜質(zhì)基本全部電離,本征激發(fā)可以忽略,載流子濃度基本不發(fā)生變化晶格振動(dòng)散射為主要散射機(jī)構(gòu)第47頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2

20、點(diǎn)3分，星期二 本征區(qū) T，ni， 本征激發(fā)為主要矛盾,溫度升高,載流子濃度迅速增加,導(dǎo)電能力增強(qiáng).總結(jié):1.對(duì)于本征半導(dǎo)體或攙雜濃度較低的半導(dǎo)體,A.隨著溫度的升高,載流子的濃度迅速增加B.晶格振動(dòng)散射為主要散射機(jī)構(gòu),隨著溫度的升高,晶格振動(dòng)加劇,遷移率降低.比較而言,載流子的濃度增加為主要矛盾,所以對(duì)于本征半導(dǎo)體或攙雜濃度較低的半導(dǎo)體而言,溫度越高導(dǎo)電能力越強(qiáng).第48頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二2.對(duì)于攙雜濃度較高的半導(dǎo)體,低溫電離區(qū)載流子主要由雜質(zhì)電離提供,隨溫度的升高載流子增多,導(dǎo)電能力增強(qiáng).雜質(zhì)電離散射為主要散射機(jī)構(gòu),隨溫度升高遷移率增大,導(dǎo)電能力增強(qiáng).總之

21、,處于低溫電離區(qū)的高攙雜半導(dǎo)體隨溫度升高導(dǎo)電能力增強(qiáng).載流子濃度基本不發(fā)生變化晶格振動(dòng)散射為主要散射機(jī)構(gòu),隨溫度升高遷移率減小,導(dǎo)電能力減弱.飽和區(qū)總之,處于飽和區(qū)的高攙雜半導(dǎo)體隨溫度升高導(dǎo)電能力減弱.本征區(qū)情況與本征半導(dǎo)體類似.第49頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二1、擴(kuò)散定律由于濃度不均勻而導(dǎo)致載流子（電子或空穴）從高濃度處向低濃度處逐漸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程 擴(kuò)散 5.6 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 非平衡載流子的擴(kuò)散光照x A B 0 x x+x 非子從一端沿整個(gè)表面均勻產(chǎn)生， 且只在x方向形成濃度梯度 ，非子是沿x方向運(yùn)動(dòng)。 第50頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期

22、二1非子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和一維穩(wěn)態(tài)時(shí)的擴(kuò)散方程 擴(kuò)散流密度 Sp(x)：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)擴(kuò)散流過(guò)垂直的單位 面積的載流子 Dp為擴(kuò)散系數(shù)，量綱為cm2/s第51頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第52頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二在穩(wěn)態(tài)時(shí)：情況1：樣品足夠厚時(shí)第53頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第54頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二情況2.樣品厚度為W。 第55頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二3、電子的擴(kuò)散定律與穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程4、擴(kuò)散電流密度與漂移電流密度 相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程第56頁(yè)，共74頁(yè)，

23、2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二穩(wěn)態(tài)時(shí)，體內(nèi)為電中性： Jn=0 即 5、非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的愛(ài)因斯坦關(guān)系：由于電子濃度分布不均勻，擴(kuò)散的電子與電離施主在體內(nèi)形成內(nèi)建電場(chǎng)E內(nèi)建，該電場(chǎng)又進(jìn)一步阻擋電子的擴(kuò)散。證明：考慮一塊n型半導(dǎo)體,施主濃度隨x 的增加而下降,第57頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：第58頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二第59頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二1、阻擋層與反阻擋層的形成 2、肖特基勢(shì)壘的定量特性 3、歐姆接觸的特性 半導(dǎo)體界面及接觸現(xiàn)象 半 半接觸 PN結(jié)金 半接觸第60頁(yè)，共7

24、4頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二6.1 -結(jié)一.-結(jié)的形成在一塊 n 型半導(dǎo)體基片的一側(cè)摻入較高濃度的受主雜質(zhì)，由于雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，該區(qū)就成為型半導(dǎo)體。由于區(qū)的電子向區(qū)擴(kuò)散，區(qū)的空穴向區(qū)擴(kuò)散，在型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體的交界面附近產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng),稱為內(nèi)建場(chǎng)。第61頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。第62頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。第63頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二+空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0第64頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)3分，星期二考慮到P-結(jié)的存在，半導(dǎo)體中電子的能量應(yīng)考慮進(jìn)這內(nèi)建場(chǎng)帶來(lái)的電子附加勢(shì)能。 電子的能帶出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。P型半