半導(dǎo)體物理課件

1、半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1教材：n半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理，孟慶巨，孟慶巨，劉海波，孟，劉海波，孟慶輝編著慶輝編著n半導(dǎo)體物理與器件半導(dǎo)體物理與器件第三版，第三版，Donald A.Neamen著，趙毅強(qiáng)，姚素英，解曉東等譯著，趙毅強(qiáng)，姚素英，解曉東等譯2參考書：參考書：固體物理教程固體物理教程，黃昆原著，韓汝琦改編：，黃昆原著，韓汝琦改編：高等教育出版社，1988年版。 半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué)，第五版，劉恩科、朱秉升，第五版，劉恩科、朱秉升等，電子工業(yè)出版社，等，電子工業(yè)出版社，2004。Physics of Semiconductor Devices，美美 施敏著，電子工業(yè)出版社（中譯本）施敏

2、著，電子工業(yè)出版社（中譯本）1996。3課程主要內(nèi)容n第一章：半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章：半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)n第二章：第二章：PN結(jié)結(jié)n第三章：雙極結(jié)型晶體管第三章：雙極結(jié)型晶體管n第四章：金屬第四章：金屬-半導(dǎo)體結(jié)半導(dǎo)體結(jié)n第五章：結(jié)型和金半場(chǎng)效應(yīng)管第五章：結(jié)型和金半場(chǎng)效應(yīng)管n第六章：第六章：MOSFETn第七章：半導(dǎo)體太陽(yáng)電池和光電二極管第七章：半導(dǎo)體太陽(yáng)電池和光電二極管n第八章：發(fā)光二極管第八章：發(fā)光二極管4緒論n什么是半導(dǎo)體什么是半導(dǎo)體按固體的導(dǎo)電能力區(qū)分，可以區(qū)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 表1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的電阻率范圍材料導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體電阻率(cm) 10-310-31091095

3、緒論 半導(dǎo)體具有一些重要特性，主要包括：n溫度升高使半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻率下降溫度升高使半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻率下降 如室溫附近的純硅(Si)，溫度每增加8，電阻率相應(yīng)地降低50%左右n微量雜質(zhì)含量可以顯著改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力微量雜質(zhì)含量可以顯著改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 以純硅中每100萬(wàn)個(gè)硅原子摻進(jìn)一個(gè)族雜質(zhì)（比如磷）為例，這時(shí) 硅的純度仍高達(dá)99.9999%，但電阻率在室溫下卻由大約214,000cm降至0.2cm以下n適當(dāng)波長(zhǎng)的光照可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力適當(dāng)波長(zhǎng)的光照可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 如在絕緣襯底上制備的硫化鎘(CdS)薄膜，無(wú)光照時(shí)的電阻為幾十M，當(dāng)受光照后電阻值可以下降為

4、幾十Kn此外，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還隨電場(chǎng)、磁場(chǎng)等的作用而改變此外，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還隨電場(chǎng)、磁場(chǎng)等的作用而改變6第一章半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)71.1 固體晶體結(jié)構(gòu)1.2載流子狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)分布1.3平衡半導(dǎo)體1.4載流子輸運(yùn)1.5非平衡半導(dǎo)體81.1固體晶體結(jié)構(gòu)1.1.1半導(dǎo)體材料n元素半導(dǎo)體（Si、 Ge）n化合物半導(dǎo)體（雙元素，三元素等）91.1.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的基本知識(shí)一、晶體的基本知識(shí) 長(zhǎng)期以來(lái)將固體分為：晶體和非晶體。晶體和非晶體。晶體的基本特點(diǎn)：晶體的基本特點(diǎn)： 具有一定的外形和固定的熔點(diǎn)，組成晶體的原子（或離子）在較大的范圍內(nèi)（至少是微米量級(jí)）是按一定的方式有規(guī)則的排列而

5、成長(zhǎng)程有序。（如Si，Ge，GaAs）101.1.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)晶體又可分為：?jiǎn)尉Ш投嗑?。單晶和多晶。單晶：?jiǎn)尉В褐刚麄€(gè)晶體主要由原子(或離子)的一 種規(guī)則排列方式所貫穿。常用的半導(dǎo)體材料鍺(Ge)、硅(Si)、砷化鎵 (GaAs)都是單晶。多晶：多晶：是由大量的微小單晶體（晶粒）隨機(jī)堆積成的整塊材料，如各種金屬材料和電子陶瓷材料。（晶界分離）111.1.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 非晶（體）的基本特點(diǎn)：非晶（體）的基本特點(diǎn)： 無(wú)規(guī)則的外形和固定的熔點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不存在長(zhǎng)程有序，但在若干原子間距內(nèi)的較小范圍內(nèi)存在結(jié)構(gòu)上的有序排列短程有序 （如非晶硅：a-Si） 121.1.2固

6、體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)n非晶體（無(wú)定型）n多晶n單晶131.1.3空間晶格 晶體是由原子周期性重復(fù)排列構(gòu)成的，整個(gè)晶體就像網(wǎng)格，稱為晶格晶格，組成晶體的原子(或離子)的重心位置稱為格點(diǎn)格點(diǎn)，格點(diǎn)的總體稱為點(diǎn)陣點(diǎn)陣。141.1.3空間晶格1.3.1 晶胞和原胞n1、晶胞可以復(fù)制成整個(gè)晶體的一小部分（基本單元，可以不同）151.1.3空間晶格晶胞和原胞n2、原胞可以形成晶體的最小的晶胞 廣義三維晶胞的表示方法：晶胞和晶格的關(guān)系csbqapr161.1.3空間晶格1.3.2 基本晶體結(jié)構(gòu)n簡(jiǎn)立方sc體心立方bcc面心立方fcc171.1.3空間晶格1.3.3晶面與密勒指數(shù)n1、晶面表示方法：(1)

7、平面截距：3，2，1(2)平面截距的倒數(shù)：1/3，1/2，1(3) 倒數(shù)乘以最小公分母：2，3，6平面用(236)標(biāo)記，這些整數(shù)稱為密勒指數(shù)。晶面可用密勒指數(shù)（截距的倒數(shù)）來(lái)表示：(hkl)181.1.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)n簡(jiǎn)立方晶體的三種晶面 (100) (110) (111) 191.1.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)n2、晶向通過(guò)晶體中原子中心的不同方向的原子列hkl201.1.3空間晶格1.3.4 金剛石結(jié)構(gòu)n金剛石結(jié)構(gòu)211.1.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)n四面體結(jié)構(gòu)221.1.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)n金剛石晶格231.1.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)n閃鋅礦結(jié)構(gòu)（GaAs）n不同原子構(gòu)成的四面體24

8、1.1.4原子價(jià)鍵n離子鍵（NaCl庫(kù)侖力）n共價(jià)鍵 (H2共用電子對(duì))n金屬鍵 (Na電子海洋)n范德華鍵（弱HF 電偶極子存在分子或分子內(nèi)非健結(jié)合的力）251.1.5固體中的缺陷和雜質(zhì)n晶格振動(dòng)n點(diǎn)缺陷（空位和填隙）n線缺陷261.1.5固體中的缺陷和雜質(zhì)n替位式雜質(zhì)n填隙式雜質(zhì)271.2載流子狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)分布281.2.1允帶與禁帶能級(jí)分裂為能帶外層先分裂允帶和禁帶r0 平衡時(shí)的距離r0 處存在能量的允帶 準(zhǔn)連續(xù)分布 291.2.1允帶與禁帶 K空間能帶圖n自由粒子的E-K關(guān)系P為粒子的動(dòng)量，p與k為線形關(guān)系mP2E/(2m)PPk由粒子性有又由德布羅意關(guān)系因此mk22kE2m 由此可得到

9、圖3.7所示的Ek關(guān)系。隨波矢k的連續(xù)變化自由電子能量是連續(xù)的。301.2.1允帶與禁帶K空間能帶圖coscos2cos2fakakankan22E2m311.2.1允帶與禁帶 簡(jiǎn)約布里淵區(qū)321.2.1允帶與禁帶 簡(jiǎn)約布里淵區(qū) (a) E(k)k/2關(guān)系 (b) 能帶 (c) 第一布里淵區(qū) 圖2.4 晶體中電子的E(k) k/2關(guān)系/2/2331.2.1允帶與禁帶 簡(jiǎn)約布里淵區(qū) 結(jié)論結(jié)論:（1）當(dāng)k=2n/a （n= 1/2，2/2)時(shí)，能量不連續(xù)，形成一系列相間的允帶和禁帶。允帶的k值位于下列幾個(gè)稱為布里淵區(qū)的區(qū)域中 第一布里淵區(qū) /ak/a 第二布里淵區(qū) 2/ak-/a，/ak/a 第三

10、布里淵區(qū) 3/ak- 2/a ，2/ak3/a 第一布里淵區(qū)稱為簡(jiǎn)約布里淵區(qū)，相應(yīng)的波矢稱為簡(jiǎn)約波矢 341.2.1允帶與禁帶 簡(jiǎn)約布里淵區(qū)（2）E(k)=E(k+2n/a)，即E(k)是k的周期性函數(shù)，周期為 2/a。因此在考慮能帶結(jié)構(gòu)時(shí)只需考慮/ak/a的第一布里淵區(qū)就可以了。 推廣到二維和三維情況： 二維晶體的第一布里淵區(qū) /a (kx，ky) /a 三維晶體的第一布里淵區(qū) /a (kx，ky，kz)0K (c) 簡(jiǎn)化能帶圖nT=0K的半導(dǎo)體能帶見(jiàn)圖 (a)，這時(shí)半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶，而導(dǎo)帶是空帶，所以半導(dǎo)體不導(dǎo)電。n當(dāng)溫度升高或在其它外界因素作用下，原先空著的導(dǎo)帶變?yōu)榘霛M帶，而價(jià)帶頂附近

11、同時(shí)出現(xiàn)了一些空的量子態(tài)也成為半滿帶，這時(shí)導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子都可以參與導(dǎo)電，見(jiàn)圖 (b)。n常溫下半導(dǎo)體價(jià)帶中已有不少電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，因而具備一定的導(dǎo)電能力。圖 (c)是最常用的簡(jiǎn)化能帶圖。 半導(dǎo)體的能帶 371.2.2固體中電的傳導(dǎo) E-K關(guān)系圖n無(wú)外電場(chǎng)時(shí)的情況381.2.2固體中電的傳導(dǎo) E-K關(guān)系圖 由上述激發(fā)過(guò)程不難看出： 受電子躍遷過(guò)程和能量最低原理制約，半導(dǎo)體中真正對(duì)導(dǎo)電有貢獻(xiàn)的是那些導(dǎo)帶底部附近的電子和價(jià)帶頂部附近電子躍遷后留下的空態(tài)(等效為空穴)。 換言之，半導(dǎo)體中真正起作用的是那些能量狀態(tài)位于能帶極值附近的電子和空穴。391.2.2固體中電的傳導(dǎo)金屬 絕緣體 半導(dǎo)體40

12、1.2.2固體中電的傳導(dǎo)電子的有效質(zhì)量n粒子所受作用力int (3.36)totalextFFFma粒子所受外力內(nèi)力粒子靜止質(zhì)量加速度* (3.36)extFm a粒子有效質(zhì)量，包括了粒子的質(zhì)量以及內(nèi)力作用的效果。加速度41Ec 導(dǎo)帶底Ev 價(jià)帶頂(a)簡(jiǎn)約k空間導(dǎo)帶及其拋物線近似；(b)簡(jiǎn)約k空間價(jià)帶及其拋物線近似 21 cEECk2122221 Cd Edk22211d Edkm*10m 22 vEECk2222221 Cd Edk*10m* /npm vaF m導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量?jī)r(jià)帶頂電子有效質(zhì)量1.2.2固體中電的傳導(dǎo) 導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂 電子有效質(zhì)量421.2.2固體中電的傳導(dǎo)電子的有效

13、質(zhì)量有效質(zhì)量的意義有效質(zhì)量的意義n上述半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律公式都出現(xiàn)了有效質(zhì)量mn*，原因在于F=mn*a中的F并不是電子所受外力的總和。n即使沒(méi)有外力作用，半導(dǎo)體中電子也要受到格點(diǎn)原子和其它電子的作用。當(dāng)存在外力時(shí)，電子所受合力等于外力再加上原子核勢(shì)場(chǎng)和其它電子勢(shì)場(chǎng)力。n由于找出原子勢(shì)場(chǎng)和其他電子勢(shì)場(chǎng)力的具體形式非常困難，這部分勢(shì)場(chǎng)的作用就由有效質(zhì)量mn*加以概括，mn*有正有負(fù)正是反映了晶體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。n既然mn*概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)作用，外力F與晶體中電子的加速度就通過(guò)mn*聯(lián)系了起來(lái)而不必再涉及內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)。431.2.3 狀態(tài)密度函數(shù)n能帶中能量E附近每單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。

14、導(dǎo)帶中有效狀態(tài)密度： 3 2*342- (3.72)nccmgEE Eh 價(jià)帶中有效狀態(tài)密度： 3 2*342- (3.75)pvvmgEEEh441.2.4 統(tǒng)計(jì)力學(xué)n在一定溫度下，半導(dǎo)體中的大量電子不停地作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)電子來(lái)看，它所具有的能量時(shí)大時(shí)小，經(jīng)常變化。但是，從大量電子的整體來(lái)看，在熱平衡狀態(tài)下，電子按能量大小具有一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律性，即電子在不同能量的量子態(tài)上統(tǒng)計(jì)分布幾率是一定的。451.2.4 統(tǒng)計(jì)力學(xué) 粒子在有效能態(tài)中的分布：三種分布法則n麥克斯韋-玻爾茲曼分布函數(shù)。認(rèn)為分布中的粒子可以被一一區(qū)分，且對(duì)每個(gè)能態(tài)所容納的粒子數(shù)沒(méi)有限制。n玻色-愛(ài)因斯坦分布函數(shù)認(rèn)為分布中

15、的粒子不可區(qū)分，但每個(gè)能態(tài)所容納的粒子數(shù)沒(méi)有限制。n費(fèi)米-狄拉克分布函數(shù)認(rèn)為分布中的粒子不可區(qū)分，且每個(gè)量子態(tài)只允許一個(gè)粒子存在。461.2.4 統(tǒng)計(jì)力學(xué)費(fèi)米分布函數(shù) 熱平衡條件下半導(dǎo)體中電子按能量大小服從一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。能量為E的一個(gè)量子態(tài)被一個(gè)電子占據(jù)的幾率為 據(jù)上式，能量比EF高5kT的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率僅為0.7%；而能量比EF低5kT的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率高達(dá)99.3%。 1()1expFFfEEEkT11( )11 expFFfEEEkT fF(E)表示能量為E的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率，那么1-fF(E)就是能量為E的量子態(tài)不被電子占據(jù)的幾率，也就是被空穴占據(jù)的幾率。47

16、費(fèi)米概率函數(shù)n理想情況，能量小于EF的能級(jí)被電子占據(jù)的概率為能量EEf E049費(fèi)米能級(jí)n費(fèi)米能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)的水平。n半導(dǎo)體中常見(jiàn)的是費(fèi)米能級(jí)EF位于禁帶之中，并且滿足 Ec-EFkT或EF-EvkT的條件。n因此對(duì)導(dǎo)帶或價(jià)帶中所有量子態(tài)來(lái)說(shuō)，電子或空穴都可以用玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布描述。n由于分布幾率隨能量呈指數(shù)衰減，因此導(dǎo)帶絕大部分電子分布在導(dǎo)帶底附近，價(jià)帶絕大部分空穴分布在價(jià)帶頂附近，即起作用的載流子都在能帶極值附近。50玻爾茲曼分布函數(shù)費(fèi)米分布函數(shù)中，若E-EFkT，則分母中的1可以忽略，此時(shí)上式就是電子的玻耳茲曼分布函數(shù)。同理，當(dāng)EF-EkT時(shí)，上式轉(zhuǎn)化為下面的空穴玻耳茲曼分布(

17、)expexpexpexpFFBEEEEEfEAkTkTkTkTFF11 f (E)EE1 expkTFFEEEEE1 f(E)expexpexpBexpkTkTkTkT1( )1expFFfEEEkT511.3平衡半導(dǎo)體52基本概念n平衡狀態(tài)： 沒(méi)有外界影響(如電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)或溫度梯度)作用在半導(dǎo)體上的狀態(tài)。n本征半導(dǎo)體： 沒(méi)有雜質(zhì)原子和缺陷的純凈晶體。n載流子： 能夠參與導(dǎo)電，荷載電流的粒子:電子、空穴。53本征半導(dǎo)體中究竟有多少電子和空穴？n0表示導(dǎo)帶中平衡電子濃度p0表示價(jià)帶中平衡空穴濃度本征半導(dǎo)體中有：n0=p0=nini為本征載流子濃度ni的大小與什么因素有關(guān)？T、Eg541.3

18、.1半導(dǎo)體中載流子 電子空穴的平衡分布電子空穴的平衡分布 導(dǎo)帶電子濃度與價(jià)導(dǎo)帶電子濃度與價(jià)帶空穴濃度帶空穴濃度n要計(jì)算半導(dǎo)體中的導(dǎo)帶電子濃度，必須先要知道導(dǎo)帶中能量間隔內(nèi)有多少個(gè)量子態(tài)。n又因?yàn)檫@些量子態(tài)上并不是全部被電子占據(jù)，因此還要知道能量為E的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率是多少。n將兩者相乘后除以體積就得到區(qū)間的電子濃度，然后再由導(dǎo)帶底至導(dǎo)帶頂積分就得到了導(dǎo)帶的電子濃度。n導(dǎo)帶電子的分布n價(jià)帶空穴的分布 cFn EgE fE 1vFp EgEfE551.3.1半導(dǎo)體中載流子 n0 p0的方程n熱平衡時(shí)的電子濃度n0 0 (4.3)cFngE fE dE這里假設(shè)費(fèi)米能級(jí)始終位于禁帶中。積分下限：

19、Ec；積分上限：這里設(shè)為無(wú)窮大。 3 2*342- (3.72)nccmgEE Eh1( )1expFFfEEEkT由于EEC; EC-EFkT所以有 E-EFkT( )expFFEEfEkT561.3.1半導(dǎo)體中載流子 n0 p0的方程c3 2*03E42-exp (4.5)nFcmEEnE EdEhkT1 2*3 2ccFnc3E-EE -E(2m )4(E-E ) exp()dEhkTEc引入中間變量 ，得到cEExkT*3 21 2n030(2m kT)4exp() xdxhxcFEEnekT1 20 xxedx為伽馬函數(shù)，其值為12571.3.1半導(dǎo)體中載流子 n0 p0的方程3 2

20、CFCFn0C3EEE -E(2 m kT)n2exp()N exp()hkTkT*3 2n32(2 m kT)Nch其中 稱為導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度，因此CF0CE -EnN exp() (4.11)kTEv0Vv-p1f(E)g (E)dEN exp() (4.19)vFEEkT*3 2p32(2 m kT)Nhv同理可以得到價(jià)帶空穴濃度其中 稱為價(jià)帶有效狀態(tài)密度581.3.1半導(dǎo)體中載流子 本征載流子濃度本征半導(dǎo)體：本征激發(fā)：不含有任何雜質(zhì)和缺陷。導(dǎo)帶電子唯一來(lái)源于成對(duì)地產(chǎn)生電子空穴對(duì)因此導(dǎo)帶電子濃度就等于價(jià)帶空穴濃度。本征半導(dǎo)體的電中性條件是qp0-qn0=0 即 n0=p0=ni本征載流子

21、濃度本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)稱為本征費(fèi)米能級(jí)，EF=EFi。CFi0CE -EnN exp() (4.20)kTin0pexp() (4.21)vFiiivEEpnNkT591.3.1半導(dǎo)體中載流子 本征載流子濃度上兩式相乘有：2CFicE -EN exp()exp()kTvFiivEEnNkTcNexp()cvvEENkTcNexp() (4.23)gvENkTn任何平衡態(tài)半導(dǎo)體載流子濃度積n0p0 等于本征載流子濃度ni2。n對(duì)確定的半導(dǎo)體材料，受式中Nc和Nv、尤其是指數(shù)項(xiàng)exp(-Eg/kT)的影響，本征載流子濃度ni隨溫度的升高顯著上升。n平衡態(tài)半導(dǎo)體n0p0積與EF無(wú)關(guān)； n對(duì)確定半導(dǎo)

22、體，mn*、mp*和Eg確定，n0p0積只與溫度有關(guān)，與是否摻雜及雜質(zhì)多少無(wú)關(guān)；n一定溫度下，材料不同則 mn*、mp*和Eg各不相同，其n0p0積也不相同。601.3.1半導(dǎo)體中載流子 本征載流子濃度 公認(rèn)值會(huì)與上式計(jì)算得到的ni值有一定誤差：n有效質(zhì)量為低溫下進(jìn)行的回旋共振實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，此參數(shù)可能與溫度有關(guān)；n狀態(tài)密度函數(shù)由理論推導(dǎo)得到，有可能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不十分吻合。611.3.2摻雜原子與能級(jí) 施主雜質(zhì)n由于以磷為代表的族元素在Si中能夠施放導(dǎo)電電子，稱V族元素為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)，用Nd表示。n電子脫離施主雜質(zhì)的束縛成為導(dǎo)電電子的過(guò)程稱為施主電離，所需要的能量ED稱為施主雜質(zhì)電離能。ED的

23、大小與半導(dǎo)體材料和雜質(zhì)種類有關(guān)，但遠(yuǎn)小于Si和Ge的禁帶寬度。n施主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后稱為施主離化態(tài)。nSi中摻入施主雜質(zhì)后，通過(guò)雜質(zhì)電離增加了導(dǎo)電電子數(shù)量從而增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。n把主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體中電子稱為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子；而空穴稱為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。621.3.2摻雜原子與能級(jí) 受主雜質(zhì)n由于以硼原子為代表的族元素在Si、Ge中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，稱族元素為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)，用Na表示。 n空穴掙脫受主雜質(zhì)束縛的過(guò)程稱為受主電離，而所需要的能量EA稱為受主雜質(zhì)電離能。n不同半導(dǎo)體和不同受主雜質(zhì)其EA也不

24、相同，但EA通常遠(yuǎn)小于Si和Ge禁帶寬度。n受主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后成為負(fù)電中心，稱為受主離化態(tài)。nSi中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離增加了導(dǎo)電空穴，增強(qiáng)了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力，把主要依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱作p型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 631.3.2摻雜原子與能級(jí)電離能n常見(jiàn)雜質(zhì)的電離能641.3.2摻雜原子與能級(jí)III-V族半導(dǎo)體nGaAs的雜質(zhì)電離能n雙性雜質(zhì)的概念硅替代鎵做施主，替代砷做受主651.3.2摻雜原子與能級(jí) 施主能級(jí)受主能級(jí)n摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，施主能級(jí)Ed上的電子獲得能量Ed后由束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子，因此施主能級(jí)Ed位于比導(dǎo)

25、帶底Ec低Ed的禁帶中，且EdEg。n對(duì)于摻入族元素的半導(dǎo)體，被受主雜質(zhì)束縛的空穴能量狀態(tài)(稱為受主能級(jí)Ea)位于比價(jià)帶頂Ev低Ea的禁帶中,Eap0。 光照后的非平衡態(tài)半導(dǎo)體中電子濃度n=n0+n ，空穴濃度p=p0+p ，并且n=p 。 比平衡態(tài)多出來(lái)的這部分載流子n和p就稱為過(guò)剩載流子。n型半導(dǎo)體中稱n為過(guò)剩電子，p為過(guò)?？昭?.5.1載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 過(guò)剩載流子2、非平衡載流子的產(chǎn)生：82一般來(lái)說(shuō)：n型半導(dǎo)體中：n n0，p n0。 p型半導(dǎo)體中：n p0，p p0。1.5.1載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 過(guò)剩載流子n小注入：過(guò)剩載流子濃度遠(yuǎn)小于平衡態(tài)時(shí)的多子濃度 要說(shuō)明的是即使?jié)M足小注入條件，非平衡少子濃度仍然可以比平衡少子濃度大得多! 因此相對(duì)來(lái)說(shuō)非平衡多子的影響輕微，而非平衡少子的影響起重要作用。通常說(shuō)的非平衡載流子都是指非平衡少子。n大注入：過(guò)剩