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1、一名詞解釋Ef:費(fèi)米能級(jí)或費(fèi)米能量Nc:導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度Nv:帶價(jià)的有效狀態(tài)密度ni:本征半導(dǎo)體的載流子濃度Ei:本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)Eg:禁帶寬度ND:施主雜質(zhì)濃度二填空1金剛石結(jié)構(gòu)(1)重要的半導(dǎo)體材料硅和鍺都是金剛石結(jié)構(gòu)。(2)每個(gè)原子周圍都有4個(gè)最近鄰的原子,組成一個(gè)正四面體結(jié)構(gòu),在這四面體中以SP3雜化軌道形成共價(jià)鍵,它們之間具有相同的夾角109°28′。(3)將許多正四面體累積起來,就得到金剛石結(jié)構(gòu)配位數(shù)為4。(4)金剛石型結(jié)構(gòu)的結(jié)晶學(xué)原胞是立方對(duì)稱的,這種晶胞可以看做是倆個(gè)面心立方沿立方體的空間對(duì)角線互相位移了四分之一的空間對(duì)
2、角線長度套構(gòu)而成。(5)室溫下,硅每立方厘米體積內(nèi)有5.00×1022個(gè)原子,鍺有4.42×1022個(gè)原子。2淺能級(jí)雜質(zhì)(1)淺能級(jí)雜質(zhì)一般是指ⅢⅤ族雜質(zhì)。(2)硅鍺中的ⅢⅤ族雜質(zhì)的電離能很小,所以受主能級(jí)很接近于價(jià)帶頂,施主能級(jí)很接近于導(dǎo)帶底。(3)在室溫下,晶格原子熱振動(dòng)的能量會(huì)傳遞給電子或空穴,可使硅鍺中的ⅢⅤ族雜質(zhì)幾乎全部離化。3深能級(jí)雜質(zhì)(1)深能級(jí)雜質(zhì)指的是非ⅢⅤ族并能形成潛位式摻雜的雜質(zhì)。(2)非ⅢⅤ族雜質(zhì)在硅鍺的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn),它們產(chǎn)生的受主能級(jí)距離價(jià)帶頂也較遠(yuǎn),通常稱這種能級(jí)為深能級(jí),相應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能
3、級(jí)雜質(zhì)。(3)這些深能級(jí)雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離,每一次電離相應(yīng)的有一個(gè)能級(jí)。因此這些雜質(zhì)在硅鍺的禁帶中往往引入若干個(gè)能級(jí)。而且,有的雜質(zhì)既能引入施主能級(jí),又能引入受主能級(jí)。(4)深能級(jí)雜質(zhì),一般情況下含量極少,而且能級(jí)較深,它們對(duì)半導(dǎo)體中得導(dǎo)電電子濃度、導(dǎo)電空穴濃度(統(tǒng)稱為載流子濃度)和導(dǎo)電類型的影響沒有淺能級(jí)雜質(zhì)顯著,但對(duì)于載流子的復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng),故這些雜質(zhì)也稱為復(fù)合中心。(5)金是一種很典型的復(fù)合中心,再制造高速開關(guān)器件時(shí),常有意的摻入金以提高器件速度。4空穴(1)通常把價(jià)帶中空著的狀態(tài)看成帶正電的粒子,稱為空穴,也稱準(zhǔn)粒子。(2
4、)引進(jìn)空穴概念后,就可以把價(jià)帶中大量的電子對(duì)電流的貢獻(xiàn)用少量的空穴表達(dá)出來。(3)金屬中只有電子一種荷載電流的粒子(稱為載流子)。而半導(dǎo)體中有導(dǎo)帶電子和價(jià)帶中的空穴倆種載流子5費(fèi)米能級(jí)(1)Ef稱為費(fèi)米能級(jí)或費(fèi)米能量,它與溫度、半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、雜質(zhì)的含量、能量零點(diǎn)的選取有關(guān)。(2)Ef是一個(gè)很重要的物理參數(shù),只要確定了Ef的數(shù)值,在一定溫度下,電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布就完全可以確定。(1)費(fèi)米能級(jí)的位置比較直觀的標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況,通常就說費(fèi)米能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)的水平。(2)費(fèi)米能級(jí)Ef是系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì),Ef=μ=(δF/
5、δN)T意義是:當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài),也不對(duì)外界做功的情況下,系統(tǒng)中增加一個(gè)電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化,等于系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì),也就是等于系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)。6準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)(1)當(dāng)半導(dǎo)體的平衡態(tài)遭到破壞而存在非平衡載流子時(shí),可以認(rèn)為,分別就價(jià)帶和導(dǎo)帶中得電子講,它們各自基本上處于平衡態(tài),而導(dǎo)帶和價(jià)帶之間處于不平衡狀態(tài)。因而引入費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)對(duì)導(dǎo)帶和價(jià)帶各自仍然是適用的,可以分別引入導(dǎo)帶的費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶的費(fèi)米能級(jí),它們都是局部的費(fèi)米能級(jí),稱為“準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)”。(2)導(dǎo)帶和價(jià)帶間的不平衡就表現(xiàn)在它們的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)是不重合的。(3)導(dǎo)帶的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)也稱
6、電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí),用FFn表示。(4)價(jià)帶的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)稱為空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí),用FFp表示。7遷移率8平均漂移速度三簡述1以As摻入Ge中為例,說明什么是施主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)電離過程和n型半導(dǎo)體。(1)As是第Ⅴ族雜質(zhì),在Ge中電離時(shí),能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心。所以稱As為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)。(2)施主雜質(zhì)電離過程,可以用能帶圖表示,1當(dāng)電子得到能量ΔED(ΔED=EC-ED)后就從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶稱為導(dǎo)帶電子,所以電子被施主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量比導(dǎo)帶底EC低ΔED2將被施主雜質(zhì)束縛的電子能量狀態(tài)稱為施主能級(jí),記為ED因?yàn)棣D<<E
7、g,所以施主能級(jí)位于離導(dǎo)帶底很近的禁帶中。3一般情況下,施主雜質(zhì)是比較少的;雜質(zhì)原子間的相互作用可以忽略,因此某一種雜質(zhì)的施主能級(jí)是一些具有相同能量的孤立能級(jí)(3)在純凈半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì),雜質(zhì)電離以后,導(dǎo)帶中得導(dǎo)帶電子增多,增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力,通常把主要依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型或n型半導(dǎo)體。2以Ga摻入Ge中為例,說明什么是受主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)電離過程和p型半導(dǎo)體。(1)Ga是第Ⅳ族雜質(zhì),在Ge中電離時(shí),能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負(fù)電中心。所以稱Ga為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。(2)施主雜質(zhì)電離過程,可以用能帶圖表示,1當(dāng)空
8、穴得到能量ΔE(ΔEA=EA-EV)后就從受主能級(jí)躍遷到價(jià)帶稱為導(dǎo)帶空穴,所以空穴被受主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量比導(dǎo)帶底EV低ΔEA2將被受主雜質(zhì)束縛的空穴能量狀態(tài)稱為受主能級(jí),記為EA