半導(dǎo)體物理作業(yè)

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3．試用摻雜半導(dǎo)體的能帶圖解釋說明右圖中N型硅中載流子濃度隨溫度的變化過程。并在圖上標(biāo)出低溫弱電離區(qū)，中間電離區(qū)，強(qiáng)電離區(qū)，過渡區(qū)，高溫本征激發(fā)區(qū)。

1低溫電離區(qū)

第四章：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

1．半導(dǎo)體中有哪幾種主要的散射機(jī)構(gòu)，它們跟溫度的變化關(guān)系如何？并從散射的觀點(diǎn)解釋下圖中硅電阻率隨溫度的變化曲線。（1）電離雜質(zhì)的散射溫度越高載流子熱運(yùn)動(dòng)的平均速度越大，可以較快的擦過雜質(zhì)離子不易被散射P正比NiT（-3/2）

（2）晶格振動(dòng)的散射隨溫度升高散射概率增大（3）其他散射機(jī)構(gòu)1.中性雜質(zhì)散射在溫度很低時(shí)，未電離的雜志的書目比電離雜質(zhì)的數(shù)目大的多，這種中性雜質(zhì)也對(duì)周期性勢場有一定的微擾作用而引起散射，當(dāng)溫度很低時(shí)，晶格振動(dòng)散射和電離雜志散射都很微弱的狀況下，才引起主要的散射作用

2.位錯(cuò)散射位錯(cuò)線上的不飽和鍵具有中心作用，俘獲電子形成負(fù)電中心，其周邊將有電離施主雜質(zhì)的積累從而形成一個(gè)局部電場，稱為載流子散射的附加電場

3.等同能谷間散射對(duì)于Ge、Si、導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)是多能谷的。導(dǎo)帶能量微小值有幾個(gè)不同的波矢值。對(duì)于多能谷半導(dǎo)體，電子的散射將不只局限于一個(gè)能谷內(nèi)，可以從一個(gè)能谷散射到另一個(gè)，稱為谷間散射

AB段溫度很低本征激發(fā)可忽略，載流子主要有雜志電離提供，隨溫度升高增加散射主要由電離雜質(zhì)決定，遷移率隨溫度升高而增大，所以電阻率隨溫度升高而下降

BC段溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)已經(jīng)全部電離，本征激發(fā)還不顯著，載流子基本上不隨溫度變化，晶格振動(dòng)上升為主要矛盾，遷移率隨溫度升高而降低，所以電阻率隨溫度升高而下增大C段溫度繼續(xù)升高，本征激發(fā)很快增加，大量的本征載流子產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過遷移率減小對(duì)電阻率的影響，雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率將隨溫度升高極具的下降，表現(xiàn)出同本征半導(dǎo)體相像的特征

第六章：pn結(jié)

1證明：平衡狀態(tài)下(即零偏)的pn結(jié)EF=常數(shù)u

2.推導(dǎo)計(jì)算pn結(jié)接觸電勢差的表達(dá)式。

假設(shè)：P區(qū)：Ec=EcpEv=Evpno=npopo=ppoN區(qū)：Ec=EcnEv=Evnno=nnopo=pno

npo?Nce?Nce?Nce??Ecp?EFKT

Ecn?qVD?EFKTEcn?EFKT?qVDKT

??e同質(zhì)pn結(jié)nno?Nce?Ecn?EFKT?np0?nn0e?qVDKTVD?KTnn0lnqnp0KTpp0?nn0平衡時(shí)np0?pp0?n?VD?lnqni22i

ppo=NA,nno=ND

?VD?KTNA?NDlnqni23.畫出pn結(jié)零偏，正偏，反偏下的能帶圖

4.畫出pn結(jié)零偏，正偏，反偏下的載流子分布圖

5.理想pn結(jié)的幾個(gè)假設(shè)條件是什么，推導(dǎo)理想pn結(jié)的電流電壓方程，并畫圖示出。

小注入條件注入的少子濃度比平衡多子濃度小得多

突變耗盡層條件注入的少子在p區(qū)和n區(qū)是純擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

通過耗盡層的電子和空穴電流為常量不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生和復(fù)合作用玻耳茲曼邊界條件在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻氏分布

6.由圖所示，試說明影響pn結(jié)電流電壓特性偏離理想方程的各種因素。

表面效應(yīng)

勢壘區(qū)中的產(chǎn)生及復(fù)合大注入條件串聯(lián)電阻效應(yīng)

7.計(jì)算理想突變pn結(jié)耗盡層內(nèi)的內(nèi)建電場、電勢分布函數(shù)，并畫圖示出。8.說明pn結(jié)勢壘電容，擴(kuò)散電容的來源并計(jì)算推導(dǎo)理想pn結(jié)勢壘電容、擴(kuò)散電容的表達(dá)式。當(dāng)pn結(jié)加正向偏壓時(shí)，勢壘區(qū)的電場隨正向偏壓的增加而減弱，勢壘區(qū)寬度變窄，電荷量減少，pn結(jié)上外加電壓的變化，引起電子和空穴勢壘區(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和一個(gè)電容充放電過程相像。

擴(kuò)散電容正向偏壓時(shí)有空穴從p區(qū)注入n區(qū)于是在勢壘區(qū)與n區(qū)邊界n區(qū)一側(cè)一個(gè)擴(kuò)三長度，形成了非平衡空穴和電子的積累，由于擴(kuò)散區(qū)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pn結(jié)擴(kuò)散電容

9.pn結(jié)的擊穿有哪幾種機(jī)制,試分別說明之

1.雪崩擊穿在反向偏壓下，流過pn結(jié)的反向電流，主要是由p區(qū)擴(kuò)散到勢壘區(qū)的電子電流和由n區(qū)擴(kuò)散到勢壘區(qū)的空穴組成由于載流子的倍增效應(yīng)使勢壘區(qū)大單位時(shí)間產(chǎn)生大量載流子，迅速增大了反向電流，從而使pn結(jié)擊穿

2.齊納擊穿在墻電廠作用下。由于隧道效應(yīng)，使大量電子從夾帶穿過禁帶進(jìn)入到導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象

3.熱電擊穿當(dāng)pn結(jié)加反向電壓，流過pn結(jié)的反向電流引起熱損耗，反向典雅逐漸增大對(duì)應(yīng)一定的反向電流所引起的損耗功率也增大，產(chǎn)生大量熱能。最終由于熱不穩(wěn)定性引起的擊穿，稱為熱擊穿。

直接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊處于k空間一致點(diǎn)的半導(dǎo)體尋常被稱為直接帶隙半導(dǎo)體。電子要躍遷的導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴（形成半滿能帶）只需要吸收能量。例子有GaAs，InP,InSb。

間接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊處于k空間不同點(diǎn)的半導(dǎo)體尋常被稱為間接帶隙半導(dǎo)體。形成半滿能帶不只需要吸收能量，還要改變動(dòng)量。例子有Ge，Si。

本征半導(dǎo)體：完全不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。簡并半導(dǎo)體：費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入能帶內(nèi)部時(shí)，必需用費(fèi)米分布函數(shù)來分析導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶中的空穴的統(tǒng)計(jì)分布問題，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。此類半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子或價(jià)帶空穴數(shù)量多，其分布只能用費(fèi)米函數(shù)描述，其特征是費(fèi)米能級(jí)接近導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂，甚至進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶之中。

費(fèi)米能級(jí)：表示系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，在不對(duì)外做功的狀況下，增加一個(gè)電子所引起系統(tǒng)能量的變化。它標(biāo)志了電子填充能級(jí)水平，與溫度，材料的導(dǎo)電類型以及摻雜濃度等因素有關(guān)。

準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)：當(dāng)半導(dǎo)體的平衡遭到破壞時(shí)，而存在非平衡載流子，從而引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)。它們都是局部的費(fèi)密能級(jí)，稱為準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。聲子：聲子就是“晶格振動(dòng)的簡正模能量量子〞。

激子：在半導(dǎo)體中，假使一個(gè)電子從滿的價(jià)帶激發(fā)到空的導(dǎo)帶上去，則在價(jià)帶內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)空穴，而在導(dǎo)帶內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電子，從而形成一個(gè)電子-空穴對(duì)?？昭◣д?，電子帶負(fù)電，它們之間的庫侖吸引互作用在一定的條件下會(huì)使它們?cè)诳臻g上束縛在一起，這樣形成的復(fù)合體稱為激子。

速度飽和效應(yīng)：E>1e3V/cm,這時(shí)漂移速度隨E的變化偏離線性，遷移率成為E的函數(shù)。強(qiáng)場下載流子漂移速度隨電場的變化僅僅表現(xiàn)為隨電場升高而升高的幅度有所降低，并最終趨于飽和。這種效應(yīng)稱為速度飽和效應(yīng)。非平衡載流子：處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0（此處0是下標(biāo)），可以比他們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶與價(jià)帶間直接躍遷而引起非平衡載流子的復(fù)合。間接復(fù)合：指的是非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合。

陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)能級(jí)積累非平衡載流子的作用就叫做陷阱效應(yīng)。連續(xù)性方程:這是描述流體流速與截面關(guān)系的定理。當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個(gè)粗細(xì)不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應(yīng)當(dāng)相等?；竟?S1V1＝S2V2(式中:S—管子截面積；V—流速)載流子壽命：在熱平衡條件下，電子不斷地由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，與此同時(shí)，

它們又不停地因復(fù)合而消失。平衡時(shí)，電子與空穴的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，從而使半導(dǎo)體中載流子的密度維持恒定。載流子間的復(fù)合使載流子逐漸消失，這種載流子平均存在的時(shí)間，就稱之為載流子壽命?？臻g電荷區(qū)（耗盡層）：空間電荷區(qū)也稱耗盡層。在PN結(jié)中，由于自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和內(nèi)電場導(dǎo)致的漂移運(yùn)動(dòng)，使PN結(jié)中間的部位(P區(qū)和N區(qū)交界面)產(chǎn)生一個(gè)很薄的電荷區(qū)，它就是空間電荷區(qū)。熱載流子：所謂熱載流子，是指比零電場下的載流子具有更高平均動(dòng)能的載流子。零電場下，載