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1、第一章共價(jià)鍵:由同種晶體組成的元素半導(dǎo)體,其原子間無負(fù)電性差,它們通過共用一對自旋相反而配對的價(jià)電子結(jié)合在一起共價(jià)鍵的特點(diǎn):飽和性、方向性。電子共有化運(yùn)動:由于相鄰原子的“相似”電子殼層發(fā)生交疊,電子不再局限在某一個(gè)原子上而在整個(gè)晶體中的相似殼層間運(yùn)動,引起相應(yīng)的共有化運(yùn)動。定性理論(物理概念):晶體中原子之間的相互作用,使能級分裂形成能帶。定量理論(量子力學(xué)計(jì)算):電子在周期場中運(yùn)動,其能量不連續(xù)形成能帶。能帶包括允帶和禁帶。允帶:允許電子能量存在的能量范圍。禁帶:不允許電子存在的能量范圍。允
2、帶又分為空帶、滿帶、導(dǎo)帶、價(jià)帶??諑В翰槐浑娮诱紦?jù)的允帶。滿帶:允帶中的能量狀態(tài)(能級)均被電子占據(jù)。導(dǎo)帶:電子未占滿的允帶(有部分電子。)價(jià)帶:被價(jià)電子占據(jù)的允帶(低溫下通常被價(jià)電子占滿)。共價(jià)鍵理論主要有三點(diǎn):晶體的化學(xué)鍵是共價(jià)鍵,如Si,Ge。共價(jià)鍵上的電子處于束縛態(tài),不能參與導(dǎo)電。處于束縛態(tài)的價(jià)電子從外界得到能量,有可能掙脫束縛成為自由電子,參與導(dǎo)電。能帶理論與共價(jià)鍵理論的對應(yīng)關(guān)系能帶理論共價(jià)鍵理論價(jià)帶中電子共價(jià)鍵上的電子導(dǎo)帶中電子掙脫共價(jià)鍵的電子(變?yōu)樽杂呻娮樱┙麕挾孺I上電子掙脫鍵束
3、縛所需的能量定量理論定性理論本征激發(fā):共價(jià)鍵上的電子激發(fā)成為準(zhǔn)自由電子,亦即價(jià)帶電子吸收能量被激發(fā)到導(dǎo)帶成為導(dǎo)帶電子的過程,稱為本征激發(fā)。有效質(zhì)量自由電子只受外力作用;半導(dǎo)體中的電子不僅受到外力的作用,同時(shí)還受半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用意義:有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用,使得研究半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動規(guī)律時(shí)更為簡便(有效質(zhì)量可由試驗(yàn)測定)空穴:將價(jià)帶電子的導(dǎo)電作用等效為正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用10/10第二章施主雜質(zhì)(n型雜質(zhì)):雜質(zhì)電離后能夠施放電子而產(chǎn)生自由電子并形成正電中心的雜質(zhì)施主能級:施主
4、電子被施主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量對應(yīng)的能級稱為施主能級。對于電離能小的施主雜質(zhì)的施主能級位于禁帶中導(dǎo)帶底以下較小的距離。施主雜質(zhì)電離能:雜質(zhì)價(jià)電子掙脫雜質(zhì)原子的束縛成為自由電子所需要的能量受主雜質(zhì):能夠向(晶體)半導(dǎo)體提供空穴并形成負(fù)電中心的雜質(zhì)受主能級:空穴被受主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量狀態(tài)對應(yīng)的能級受主雜質(zhì)電離能:空穴掙脫受主雜質(zhì)束縛成為導(dǎo)電空穴所需的能量。雜質(zhì)補(bǔ)償:半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時(shí),它們底共同作用會使載流子減少,這種作用稱為雜質(zhì)補(bǔ)償。在制造半導(dǎo)體器件底過程中,通過采用雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)追椒▉砀淖?/p>
5、半導(dǎo)體某個(gè)區(qū)域底導(dǎo)電類型或電阻率。點(diǎn)缺陷:是發(fā)生在一個(gè)原子尺度范圍內(nèi)的缺陷。如,空位、填隙原子、雜質(zhì)原子等等。其中空位和填隙原子的產(chǎn)生主要是因?yàn)闊崞鸱鸬模虼怂鼈冇殖7Q為熱缺陷。位錯(cuò):是發(fā)生在晶體內(nèi)部一條線附近的晶格周期性的破壞。深能級雜質(zhì):雜質(zhì)電離能大,施主能級遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底,受主能級遠(yuǎn)離價(jià)帶頂。深能級雜質(zhì)有三個(gè)基本特點(diǎn):一是不容易電離,對載流子濃度影響不大;二是一般會產(chǎn)生多重能級,甚至既產(chǎn)生施主能級也產(chǎn)生受主能級。三是能起到復(fù)合中心作用,使少數(shù)載流子壽命降低(在第五章詳細(xì)討論)。四是深能級
6、雜質(zhì)電離后以為帶電中心,對載流子起散射作用,使載流子遷移率減少,導(dǎo)電性能下降。第三章狀態(tài)密度:能帶中能量E附近每單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)費(fèi)米能級費(fèi)米分布函數(shù)的意義:它表示能量為E的量子態(tài)被一個(gè)電子占據(jù)的幾率,它是描寫熱平衡狀態(tài)下電子在允許的量子態(tài)上如何分布的一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布函數(shù);費(fèi)米分布函數(shù)還給出空穴占據(jù)各能級的幾率,一個(gè)能級要么被電子占據(jù),否則就是空的,即被空穴占據(jù)導(dǎo)帶中電子濃度價(jià)帶中的空穴濃度半導(dǎo)體材料制成的器件都有一定的極限工作溫度,這個(gè)工作溫度受本征載流子濃度制約:一般半導(dǎo)體器件中,載流子主
7、要來源于雜質(zhì)電離,而將本征激發(fā)忽略不計(jì)。在本征載流子濃度沒有超過雜質(zhì)電離所提供的載流子濃度的溫度范圍,如果雜質(zhì)全部電離,載流子濃度是一定的,器件就能穩(wěn)定工作。但是隨著溫度的升高,本征載流子濃度迅速地增加。例如在室溫附近,純硅的溫度每升高8K左右,本征載流子的濃度就增加約一倍。而純鍺的溫度每升高12K左右,本征載流子的濃度就增加約一倍。當(dāng)溫度足夠高時(shí),本征激發(fā)占主要地位,器件將不能正常工作。因此,每一種半導(dǎo)體材料制成的器件都有一定的極限工作溫度,超過這一溫度10/10后,器件就失效了。本征載流子濃
8、度與溫度和禁帶寬度有關(guān)。溫度升高時(shí),本征載流子濃度迅速增加;不同的半導(dǎo)體材料,在同一溫度下,禁帶寬度越大,本征載流子濃度越大。電中性條件:就是電中性的半導(dǎo)體,其負(fù)電數(shù)與正電荷相等。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電,空穴帶正電,所以對本征半導(dǎo)體,電中性條件是導(dǎo)帶中的電子濃度應(yīng)等于價(jià)帶中的空穴濃度,即n0=p0,由此式可導(dǎo)出費(fèi)米能級。第四章歐姆定律電導(dǎo)率σ=1/ρ微分形式漂移運(yùn)動:當(dāng)外加電壓時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子受到電場力的作用而沿電場的反方向作定向運(yùn)動(定向運(yùn)動的速度稱為漂移速度)載流子散射:載流子在半導(dǎo)體中運(yùn)動時(shí)