半導(dǎo)體物理學(xué) 基本概念

《半導(dǎo)體物理學(xué) 基本概念》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、半導(dǎo)體物理學(xué)基本概念能帶（energyband）相鄰原子在組成固體時(shí)，其相應(yīng)的電子能級(jí)由于原子間的相互作用而分裂，由于固體中包含的原子數(shù)很大，分離出來的能級(jí)十分密集，形成一個(gè)在能量上準(zhǔn)連續(xù)的分布即能帶。由不同的原子能級(jí)所形成的允許能帶之間一般隔著禁止能帶。導(dǎo)帶與價(jià)帶根據(jù)能帶理論，固體中的電子態(tài)能級(jí)分裂為一系列的帶，在帶內(nèi)能級(jí)分布是準(zhǔn)連續(xù)的，帶與帶之間存在有能量間隙。在非導(dǎo)體中，電子恰好填滿能量較低的一系列能帶，再高的各帶全部都是空的，在填滿的能帶中盡管存在很多電子，但并不導(dǎo)電。在導(dǎo)體中，則除了完全填滿的一系列能帶外

2、，還有只是部分地被電子填充的能帶，這種部分填充帶中的電子可以起導(dǎo)電作用，稱為導(dǎo)帶。半導(dǎo)體屬于上述非導(dǎo)體的類型，但滿帶與空帶之間的能隙比較小。通常把半導(dǎo)體一系列滿帶中最高的能帶稱為價(jià)帶，把半導(dǎo)體中一系列空帶中最低的能帶稱為導(dǎo)帶。直接帶隙直接帶隙半導(dǎo)體材料就是導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在k空間中同一位置。電子要躍遷到導(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。間接帶隙間接帶隙半導(dǎo)體材料（如Si、Ge）導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在k空間中不同位置。形成半滿能帶不只需要吸收能量，還要改變動(dòng)量。雜質(zhì)

3、電離能使中性施主雜質(zhì)束縛的電子電離或使中性受主雜質(zhì)束縛的空穴電離所需要的能量。施主（donor）在半導(dǎo)體帶隙中間的能級(jí)，能夠向晶體提供電子同時(shí)自身成為正離子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。受主（acceptor）在半導(dǎo)體帶隙中間的能級(jí)，能接受電子同時(shí)自身成為負(fù)離子的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。雜質(zhì)能級(jí)（impuritylevel）由于雜質(zhì)的存在，半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)使嚴(yán)格的周期性勢(shì)場受到破壞，從而有可能產(chǎn)生能量在帶隙中的局域化電子態(tài)，稱為雜質(zhì)能級(jí)。施主能級(jí)離化能很小，在常溫下就能電離而向?qū)峁╇娮?，自身成為帶正電的電離施主，通常稱這些雜

4、質(zhì)能級(jí)為施主能級(jí)。受主能級(jí)離化能很小，在常溫下就能電離而向價(jià)帶提供空穴，自身成為帶負(fù)電的電離受主，通常稱這些雜質(zhì)能級(jí)為受主能級(jí)。淺能級(jí)雜質(zhì)雜質(zhì)能級(jí)位于半導(dǎo)體禁帶中靠近導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂，即雜質(zhì)電離能很低的雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)有較大的影響。深能級(jí)雜質(zhì)雜質(zhì)能級(jí)位于半導(dǎo)體禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底（施主）或價(jià)帶頂（受主），即雜質(zhì)電離能很大的雜質(zhì)。深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)影響較小，但對(duì)半導(dǎo)體中非平衡載流子的復(fù)合過程有重要作用。位于半導(dǎo)體禁帶中央能級(jí)附近的深能級(jí)雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。本征激發(fā)價(jià)帶上的電子激發(fā)成為準(zhǔn)自由電子，

5、即價(jià)帶電子激發(fā)成為導(dǎo)帶電子的過程，稱為本征激發(fā)。有效質(zhì)量（effectivemass）粒子在晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的等效質(zhì)量，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場的作用。其物理意義：（1）有效質(zhì)量的大小仍然是慣性大小的量度；（2）有效質(zhì)量反映了電子在晶格與外場之間能量和動(dòng)量的傳遞，因此可正可負(fù)?？昭ǎ╤ole）在電子掙脫價(jià)鍵的束縛成為自由電子，其價(jià)鍵中所留下來的空位。回旋共振半導(dǎo)體中的電子在恒定磁場中受洛侖茲力作用將作回旋運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在半導(dǎo)體上再加垂直于磁場的交變磁場，當(dāng)交變磁場的頻率等于電子的回旋頻率時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈的共振吸收現(xiàn)象，稱為回

6、旋共振。n型半導(dǎo)體以電子為主要載流子的半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體以空穴為主要載流子的半導(dǎo)體。電中性條件電中性條件是半導(dǎo)體在熱平衡情況下，它的內(nèi)部所必須滿足的一個(gè)基本條件，即單位體積內(nèi)正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等。雜質(zhì)補(bǔ)償在半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)時(shí)，存在雜質(zhì)補(bǔ)償現(xiàn)象，即施主雜質(zhì)束縛的電子優(yōu)先填充受主能級(jí)，實(shí)際的有效雜質(zhì)濃度為補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度，即兩者之差。多子多數(shù)載流子是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起主要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的電子。少子少數(shù)載流子是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起次要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的空穴。點(diǎn)缺陷是最簡單的

7、晶體缺陷，它是在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)正常排列的一種缺陷。包括：間隙原子和空位是成對(duì)出現(xiàn)的弗倉克耳缺陷和只在晶體內(nèi)形成空位而無間隙原子的肖特基缺陷。陷阱（trap）半導(dǎo)體中能夠俘獲電子或空穴的晶體缺陷或化學(xué)中心。熱平衡時(shí)由缺陷或雜質(zhì)引入的能級(jí)，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)引入非平衡載流子時(shí)，如果能級(jí)上電子數(shù)目增加則該能級(jí)具有俘獲非平衡電子能力，該能級(jí)稱為電子陷阱。反之若該能級(jí)上電子數(shù)目減少則該能級(jí)具有俘獲空穴的能力稱為空穴陷阱。當(dāng)非平衡載流子落入陷阱后基本上不能直接發(fā)生復(fù)合，而必須首先激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶，然后才能通過復(fù)合

8、中心而復(fù)合。在整個(gè)過程中，載流子從陷阱激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶所需的平均時(shí)間比它們從導(dǎo)帶或價(jià)帶發(fā)生復(fù)合所需的平均時(shí)間長得多，因此陷阱的存在大大增加了從非平衡恢復(fù)到平衡態(tài)的弛豫時(shí)間。非簡并半導(dǎo)體半導(dǎo)體中摻入一定量的雜質(zhì)時(shí)，使費(fèi)米能級(jí)Ef位于導(dǎo)帶和價(jià)帶內(nèi)，即Ev+3KT<=Ef<=Ec-3KT時(shí)，半導(dǎo)體成為非簡并的。簡并半導(dǎo)體（degeneracysemiconduct