半導(dǎo)體物理期末考復(fù)習(xí)材料

1、福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院09級(jí)半導(dǎo)體物理學(xué)期末考復(fù)習(xí)材料信息工程系微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)1班姓名：陳長(zhǎng)彬?qū)W號(hào)：210991803第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)1 .元素半導(dǎo)體硅和錯(cuò)都是金剛石結(jié)構(gòu)。2 .結(jié)構(gòu)上，金剛石結(jié)構(gòu)由兩套面心立方格子沿其立方體對(duì)角線位移1/4的長(zhǎng)度套構(gòu)而成的，3 .在四面體結(jié)構(gòu)的共價(jià)晶體中，四個(gè)共價(jià)鍵是sp3雜化。4 .第III族元素鋁、錢(qián)、錮和第V族元素磷、碑、睇組成的III-V族化合物。也是正四面體結(jié)構(gòu)，四個(gè)共價(jià)鍵也是sp3雜化，但具有一定程度的離子性。是閃鋅礦結(jié)構(gòu)。5 .ZnS、GeSZnSe和GeSe等n-VI族化合物都可以閃鋅礦型和纖鋅礦型兩種方式結(jié)晶，也是以正四面體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成的，

2、四個(gè)混合共價(jià)鍵也是sp3雜化，也有一定程度的離子性。6 .Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。禁帶寬度E隨溫度增加而減小(負(fù)溫度系數(shù)特性)7 .半導(dǎo)體與導(dǎo)體的最大差別：半導(dǎo)體的電子和空穴均參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體與絕緣體的最大差別：在通常溫度下，半導(dǎo)體已具有一定的導(dǎo)電能力。8 .有效質(zhì)量的意義半導(dǎo)體中的電子在外場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，外力并不是電子受力的總和，電子一方面受到外電場(chǎng)力的作用，另一方面還和內(nèi)部的原子、電子相互作用著。電子的加速度應(yīng)該是半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)和外電場(chǎng)作用的綜合效果。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，借助有效質(zhì)量來(lái)描述電子加速時(shí)內(nèi)部受到的阻力。引入有效質(zhì)量的意義在于它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。使得在解決半導(dǎo)體中

3、電子在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。有效質(zhì)量可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)得。有效質(zhì)量的大小取決于晶體內(nèi)電子與電子周?chē)h(huán)境的作用。電子有效質(zhì)量的意義是什么？它與能帶有什么關(guān)系？答：有效質(zhì)量概括了晶體中電子的質(zhì)量以及內(nèi)部周期勢(shì)場(chǎng)對(duì)電子的作用，引入有效質(zhì)量后，晶體中電子的運(yùn)動(dòng)可用類(lèi)似于自由電子運(yùn)動(dòng)來(lái)描述。有效質(zhì)量與電子所處的狀態(tài)有關(guān)，與能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)：(1)、有效質(zhì)量反比于能譜曲線的曲率:(2)、有效質(zhì)量是k的函數(shù)，在能帶底附近為正值，能帶頂附近為負(fù)值(3)、具有方向性一一沿晶體不同方向的有效質(zhì)量不同。只有當(dāng)?shù)饶苊媸乔蛎鏁r(shí)，有效質(zhì)量各向同性。9 .本征半導(dǎo)體：不含任何雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)

4、體。10 .回旋共振的實(shí)驗(yàn)是用來(lái)測(cè)量有效質(zhì)量的。導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶能帶理論提出：一個(gè)晶體是否具有導(dǎo)電性，關(guān)鍵在于它是否有不滿(mǎn)的能帶存在。導(dǎo)體一一下面的能帶是滿(mǎn)帶，上面的能帶是半滿(mǎn)帶；或者上下能帶重疊了一部分，結(jié)果上下能帶都成了半滿(mǎn)帶絕緣體一一下面能帶(價(jià)帶)是滿(mǎn)帶，上面能帶(導(dǎo)帶)是空帶，且禁帶寬度比較大。半導(dǎo)體一一下面能帶(價(jià)帶)是滿(mǎn)帶，上面能帶(導(dǎo)帶)是空帶，且禁帶寬度比較小，數(shù)量級(jí)約在1eV左右。當(dāng)溫度升高或者光照下,滿(mǎn)帶中的少量電子可能被激發(fā)到上面的空帶中去。滿(mǎn)帶中少了一些電子，將出現(xiàn)一些空的量子狀態(tài)，稱(chēng)為空穴。在半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴均參與導(dǎo)電。大題：設(shè)晶格常數(shù)

5、為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量E(k)和價(jià)帶極大值附近能量E(k)分別為：2k22(k-k1)22k；32k2Ev(k)=3m0m,6mom0m為電子慣性質(zhì)量，k=1/2a;a為已知量。試求：禁帶寬度；導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；價(jià)帶頂電子躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)準(zhǔn)動(dòng)量的變化。解根據(jù)dECk)dk22k22(k一k1)3m)mo可求出對(duì)應(yīng)導(dǎo)帶能量極小值E的卜值：kminmin3k4k152k12代入題中E式可得:CEc(min)=4mdEv(k)62k根據(jù)=0dkm)可求出對(duì)應(yīng)價(jià)帶能量極大值E的k值：kmax=0max代入題中E式可得:vEv(max)=2k；6moEg=Emin2kl2

6、_h2_Z212m)48m)a這二4.21;汽dk23m)m3m)-2/d2Eodk2d2EVmndk21一”kmax)=3k1maxi4第二章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)1.以As摻入Ge中為例,說(shuō)明什么是施主雜質(zhì),施主雜質(zhì)電離過(guò)程和n型半導(dǎo)體？=11.8電子和空穴的有效質(zhì)量各為mni=0.97m),mnt0.19m0,mPi0.16m),mpt=0.53mo,利用類(lèi)氫模型估計(jì):(i)施主和受主電離能(2)基態(tài)電子軌道半徑。3/0.98、3.8491)=因此施主和受主電能離各為:半徑為=0,025(序匕)二0029(叼二0幽QJ耀;二118x10x0.53/3=2.08x1。掰明二118x3,84

7、9x053=241x1加3,雜質(zhì)的補(bǔ)償作用因?yàn)槭┲麟s質(zhì)和受主雜質(zhì)之間有相互抵消的作用，通常稱(chēng)為雜質(zhì)的補(bǔ)償作用。當(dāng)NNA時(shí)，則ND-K為有效施主濃度；當(dāng)KND時(shí)，則NND為有效受主濃度。當(dāng)NA=Nd時(shí)，不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，稱(chēng)為雜質(zhì)的高度補(bǔ)償。利用雜質(zhì)補(bǔ)償作用，就能根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注入方法改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類(lèi)型，以制成各種器件。4,非川、V族雜質(zhì)在Si、Ge禁帶中產(chǎn)生的受主能級(jí)和施主能級(jí)距離價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)，稱(chēng)為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)稱(chēng)為深能級(jí)雜質(zhì)。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)地有一個(gè)能級(jí)。因此，這些雜質(zhì)在硅、錯(cuò)的禁帶中往往引入若干個(gè)能級(jí)。深能級(jí)雜質(zhì)，一般情

8、況下含量極少，而且能級(jí)較深，它們對(duì)半導(dǎo)體中的導(dǎo)電電子濃度、導(dǎo)電空穴濃度和導(dǎo)電類(lèi)型的影響沒(méi)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(chēng)為復(fù)合中心。金是一種很典型的 復(fù)合中心，在制造高速開(kāi)關(guān)器件時(shí)，常有意地?fù)饺虢鹨蕴岣咂骷乃俣取II-V族化合物半導(dǎo)體中摻入的硅5.兩性雜質(zhì)：既能起施主作用，又能起受主作用的雜質(zhì)，如第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布1. 1.現(xiàn)有三塊半導(dǎo)體硅材料，已知室溫下(300K)它們的空穴濃度分別為：2.25x1016cm-3,1.5x1010cm3,2.25x104cm3分別計(jì)算這三塊材料的電子濃度;判斷這三塊材料的導(dǎo)電類(lèi)型;分別計(jì)算這三塊材料的費(fèi)米

9、能級(jí)的位置。(已知室溫時(shí)硅的& = i = 1.5xlOuc代人計(jì)算得電子濃度分別為:p電子濃度n (2.25 x 1016cm3 1 x 104cm-3),故為p型半導(dǎo)體。第一塊半導(dǎo)體，空穴濃度ND ND4ni2n0 :21.14 1015 / cm31x104cm3,1.5x1010cm-3,1x1016cm-3.E-kJlnNA=Ei-0.37eVni即費(fèi)米能級(jí)在禁帶中線下0.37eV處。第二塊半導(dǎo)體，n=p=1.5x1010cm-3,故為本征半導(dǎo)體EF=Ei即費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中心位置。第三塊半導(dǎo)體，pn(2.25x104cm-3Ef,fF(E-0E0E=EFfF(E)=,6 .在熱平衡

10、狀態(tài)下，非簡(jiǎn)并情況下，導(dǎo)帶中的電子濃度:nO=Nc exp Ec EFIkT=Ncf(Ec)其中Nc(2 二而kT)3/2h3同理可得，價(jià)帶中的空穴濃度（熱平衡狀態(tài)，非簡(jiǎn)并情況下）P0 = Nv exp 一Ef -EvkJ)=Nvf(Ev)其中Nv*3/ 2(2二以h3載流子濃度乘積：n0p0=NcNv exp -Ec -EvkJ=NcNvexp -EgkT=2. 33 1031m*mp 3/2T3exp -N型半導(dǎo)體載流子的濃度（在過(guò)渡區(qū)）n。= 2 MD + JND 十 4ni2Ef一 n0EkT ln 一n,p型半導(dǎo)體載流子的濃度（在過(guò)渡區(qū)）&=1Na.歐4n2Ef=匕-kJlnp2ni

11、摻有某種雜質(zhì)的半導(dǎo)體的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)由溫度和雜質(zhì)濃度決定。隨著T升高，多數(shù)載流子從以雜質(zhì)電離為主過(guò)渡到本征激發(fā)為主。費(fèi)米能級(jí)位置的變化:Npmpr,T（1）低溫弱電離區(qū)（2）中間電離區(qū)（3）強(qiáng)電離區(qū)（4）過(guò)渡區(qū)（5）高溫本征激發(fā)區(qū) 在低溫弱電離區(qū)時(shí)，L0K時(shí)，費(fèi)米能級(jí)&接近（EC+ED）/2,Tf,8先上升再下降，又回到（E+Ed）/2附近 中間電離區(qū)，Ef在（E+Ed）/2和0之間 &在ED之下 &較接近禁帶中線E &靠近E即：當(dāng)雜質(zhì)濃度不變時(shí)，隨著溫度的升高，費(fèi)米能級(jí)先上升后下降，直到接近中線位置。1. 隨著溫度T升高，多數(shù)載流子從以雜質(zhì)電離為主過(guò)渡到本征激發(fā)為主。2. n型半導(dǎo)體的

12、費(fèi)米能級(jí)處在導(dǎo)帶底和Ei之間，p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)處在日和價(jià)帶頂之間。3. 在一定溫度下，施主雜質(zhì)濃度越高，費(fèi)米能級(jí)越接近導(dǎo)帶底；受主雜質(zhì)濃度越高，費(fèi)米能級(jí)越接近價(jià)帶頂。4. 隨著T升高，n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)從施主能級(jí)以上先升后降至施主能級(jí)以下直至禁帶中線。p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)從受主能級(jí)以下先降后升至受主能級(jí)以上直至禁帶中線。對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高;第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性1 .電子在電場(chǎng)力作用下所作的定向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。2 .遷移率：表示單位場(chǎng)強(qiáng)下電子的平均漂移速度，表示存在電場(chǎng)作用下載流子運(yùn)動(dòng)的難易程度的物理量。3 .電阻產(chǎn)生的原因在于載流子的散射。4 .自由時(shí)間

13、：載流子在連續(xù)兩次散射之間的時(shí)間間隔稱(chēng)為自由時(shí)間t。自由程：載流子在連續(xù)兩次碰撞內(nèi)所經(jīng)過(guò)的距離稱(chēng)為自由程l。電子與聲子的碰撞遵循兩大守恒法則：準(zhǔn)動(dòng)量守恒、能量守恒半導(dǎo)體中的散射機(jī)構(gòu)：電離雜質(zhì)散射，晶格振動(dòng)散射。晶格振動(dòng)的散射中，光學(xué)波散射在能帶具有單一極值的半導(dǎo)體中起主要散射作用的是長(zhǎng)波，在長(zhǎng)聲學(xué)波中，只有縱波在散射中起主要作用在半導(dǎo)體中長(zhǎng)波起主要作用的是：縱聲學(xué)波散射。在離子晶體中起主要作用的是：縱光學(xué)波散射。6.電離雜質(zhì)散射：當(dāng)載流子運(yùn)動(dòng)到電離雜質(zhì)附近時(shí)，由于電離雜質(zhì)，在原子核附近的散射。庫(kù)倫勢(shì)場(chǎng)(庫(kù)倫斥力)的作用，就使載流子運(yùn)動(dòng)的方向發(fā)生改變，以速度v接近各種不同類(lèi)型材料的電導(dǎo)率P型:p

14、q-r仃尸=pq/ =-N型:,P叫、呵飛仃二呈串戶(hù)-+-V2混合型:6.歐姆定律的微分形式:J=a lEl載流子的遷移率由其主要作用的散射機(jī)構(gòu)決定。低溫時(shí)，雜質(zhì)散射占主導(dǎo)地位；因此，遷移率(1是雜質(zhì)濃度N的函數(shù)。高溫時(shí)，晶格散射占主導(dǎo)地位；因此遷移率對(duì)N的依賴(lài)很小。雜質(zhì)濃度小時(shí)，遷移率趨于一定值，不隨雜質(zhì)濃度而變化，說(shuō)明此時(shí)晶格散射相對(duì)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著雜質(zhì)濃度N的增大，電離雜質(zhì)散射相對(duì)占據(jù)主導(dǎo)地位(7)溫度T越高，晶格散射越強(qiáng)，此時(shí)遷移率越小。(8)雜質(zhì)N越大，雜質(zhì)電離散射越強(qiáng)，此時(shí)遷移率越小。電阻率p與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系電阻率p與雜質(zhì)濃度N的關(guān)系電阻率決定于載流子的濃度和遷移率，兩者均

15、與雜質(zhì)濃度和溫度有關(guān)。所以，半導(dǎo)體的電阻率隨雜質(zhì)濃度和溫度而變化。(1)對(duì)于非補(bǔ)償型半導(dǎo)體：當(dāng)雜質(zhì)濃度N增大時(shí)，遷移率也將下降；但是此時(shí)，載流子濃度(n或p)將增大，故電阻率將趨于減小。則電阻率將(2)對(duì)于補(bǔ)償型半導(dǎo)體：當(dāng)雜質(zhì)濃度N增大時(shí)，遷移率將下降；此時(shí)，如果N,增大，則電阻率將減??；如果N,減小,增大。電阻率P與溫度T的關(guān)系(1)對(duì)于本征型半導(dǎo)體：當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子濃度(為或po)將增大，故電阻率p將趨于減小。(2)對(duì)于雜質(zhì)型半導(dǎo)體：在低溫區(qū)：當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子濃度(n或p)將增大，故電阻率p將趨于減小；在電離飽和區(qū)：載流子濃度一定，當(dāng)溫度升高時(shí)，遷移率將下降。此時(shí)電阻率將增大。在高

16、溫本征區(qū)：類(lèi)似于本征半導(dǎo)體，當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子濃度(n或p)將增大，故電阻率p將減小。對(duì)純半導(dǎo)體材料，電阻率主要由本征載流子濃度m決定。第五章非平衡載流子1 .非平衡載流子的產(chǎn)生：電注入，光注入，高能粒子激發(fā)22 .熱平衡時(shí)，用統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)e描述平衡態(tài)時(shí)載流子在能級(jí)之間的分布，非簡(jiǎn)并時(shí)n0P0=n,F統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)是熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志。在非平衡態(tài)時(shí)，上式不再成立，不存在統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)需要分別引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí),子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)）和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)（空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)）。稱(chēng)為準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)”，包括導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)（電n P當(dāng) EF和EF 重合時(shí)， , 回到平衡態(tài)，無(wú)擴(kuò)散機(jī)理：濃度梯度作用下一載流子

17、定向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)：表征載流子運(yùn)動(dòng)的難易程度。遷移率n是反映在電場(chǎng)作用下載流子運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量，而擴(kuò)散系數(shù)D是反映在有濃度梯度存在時(shí)，載流子運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量愛(ài)因斯坦關(guān)系式:kJdpk0T電子的連續(xù)性方程:n :tDn.x2.x二E -n -nnG：x右側(cè)第一項(xiàng)為擴(kuò)散流密度不均勻引起的載流子變化；第二項(xiàng)為載流子濃度不均勻引起的積累；第三項(xiàng)為不均勻電場(chǎng)導(dǎo)致漂移速度隨空間位置變化引起的積累，第四項(xiàng)為復(fù)合率；第五項(xiàng)為產(chǎn)生率。復(fù)合機(jī)理中，載流子復(fù)合式，放出能量的方法有三種：發(fā)射光子（電子與電磁波的作用），發(fā)射聲子（電子與晶格振動(dòng)的作用）歇效應(yīng)（電子間的相互作用）按復(fù)合釋能的方式分為輻射復(fù)合（發(fā)射光

18、子）、發(fā)射聲子和俄歇效應(yīng)。位于禁帶中央附近的深能級(jí)是最有效的復(fù)合中心。強(qiáng)N型區(qū)：壽命是與載流子濃度無(wú)關(guān)的常數(shù)，僅取決復(fù)合中心對(duì)空穴的俘獲幾率。強(qiáng)P型區(qū)：壽命與載流子濃度無(wú)關(guān)，是由復(fù)合中心對(duì)電子的俘獲幾率決定的常數(shù)壽命的長(zhǎng)短主要取決于載流子的復(fù)合。復(fù)合越容易，壽命越短，反之越長(zhǎng)。按復(fù)合躍遷的方式分為直接復(fù)合和間接復(fù)合；按復(fù)合位置可分為體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合；最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級(jí)在費(fèi)米能級(jí)附近。簡(jiǎn)答題：1 .平均自由程與擴(kuò)散長(zhǎng)度有何不同？平均自由時(shí)間與非平衡載流子的壽命又有何不同？答：平均自由程是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運(yùn)動(dòng)的平均路程。而擴(kuò)散長(zhǎng)度則是非平衡載流子深入樣品的

19、平均距離。它們的不同之處在于平均自由程由散射決定，而擴(kuò)散長(zhǎng)度由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命來(lái)決定。平均自由時(shí)間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時(shí)間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時(shí)間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時(shí)間越長(zhǎng)；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。2 .漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間有什么聯(lián)系？答：不同：漂移運(yùn)動(dòng)是載流子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運(yùn)動(dòng)。前者的推動(dòng)力是外電場(chǎng)，后者的推動(dòng)力則是載流子的分布不勻。聯(lián)系：漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間通過(guò)遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。

20、而遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過(guò)愛(ài)因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即：qk0T*= 1010cm3（本題最好看一下）2.某N型半導(dǎo)體摻雜濃度ND=1016cm3,少子壽命10（1,在均勻光的照射下產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為1018cm3s-1室溫時(shí)光照情況下的費(fèi)米能級(jí)并和原來(lái)無(wú)光照時(shí)的費(fèi)米能級(jí)比較。設(shè)Ei-Ef、解：無(wú)光照:n=Nd=nexp()kTN10=EF=Ei+k0TlnNA=E+0.026ln0eV=E+0.3592eVni1010趨定赤昭尸.=gr=10lsxl0Ti=10Dew3標(biāo)7E光照后：-n = n0 + ,；n二niexp(EF1 - EkTEi0.0261n *1

21、3-eV=Ei0. 3594eVEi-Er同理p=p0二p=ni/n0：.p=1010:.p=niexp()kT.El 二 E kJ In 也二 Ei 0.0261nni10-i0 eV10=Ei一 0. 18eV第六章p-n結(jié)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)方向相反。平衡時(shí)的能帶圖反向偏置下的能帶圖理想p-n結(jié)電流電壓特性隧道結(jié)的電流電壓特性1證明題:從電流密度方程證明p-n結(jié)熱平衡時(shí)各區(qū)費(fèi)米能級(jí)處處相等。證明：設(shè)流過(guò)p-n結(jié)總電子電流密度為Jn,假定電場(chǎng)E沿x方向，結(jié)區(qū)電子濃度n只隨x變化:利用愛(ài)因斯坦關(guān)系:D“=kJ艮/q10因?yàn)樗陨鲜娇苫癁椋篔nk0TnqEq1nqnndndxqdx所以上式

22、變?yōu)?IdE.%dx本征費(fèi)米能級(jí)E與電子的附加電勢(shì)能-qVx）變化一致，即:dxdx則:以上兩式說(shuō)明通過(guò)pn結(jié)的電流密度與費(fèi)米能級(jí)的變化有關(guān),對(duì)于平衡p-n結(jié)，Jn、Jp均為零邑=0,所以可推得：，,即費(fèi)米能級(jí)為常數(shù)，各處相等。VD和p-n結(jié)兩邊的摻雜濃度、溫度、材料的禁帶寬度有關(guān)3 .問(wèn)答題:從勢(shì)壘、載流子及能帶等方面的變化定性的分析p-n結(jié)的電流電壓特性，并利用公式定量的予以說(shuō)明。答：在正向偏壓下，外電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反，勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)減弱，空間電荷減少，勢(shì)壘區(qū)減薄，勢(shì)壘高度降低。載流子的擴(kuò)散電流大于漂移電流，產(chǎn)生了電子從 N區(qū)向P區(qū)以及空穴從 P區(qū)向N區(qū)的凈擴(kuò)散電流構(gòu)成正向電流。電子從N區(qū)

23、向P區(qū)擴(kuò)散，形成電子擴(kuò)散電流Jp,空穴從P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，形成空穴擴(kuò)散電流Jn,兩者之和為 pn結(jié)的正向偏置電流 J。在p-n結(jié)的擴(kuò)散區(qū)和勢(shì)壘區(qū)的任一截面上,Jn和Jp并不一定相等，但其總和J保持相等。隨著正向偏壓的增加，勢(shì)壘高度越來(lái)越小，載流子漂移越來(lái)越小，擴(kuò)散進(jìn)一步增加。注入的少子增多，少子濃度梯度增大。因此隨外加正向電壓的增加，正向電流迅速增大。在反向偏壓下，外電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相同，勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)，空間電荷增加，勢(shì)壘區(qū)變厚，勢(shì)壘高度增高。載流子的漂移電流大于擴(kuò)散電流，邊界處的少數(shù)載流子被抽取后，內(nèi)部的少數(shù)載流子來(lái)補(bǔ)充，形成反向偏壓下的電子擴(kuò)散流和空穴擴(kuò)散流。結(jié)區(qū)截面上，兩者之和為p-n結(jié)

24、的反向偏置電流。因少子濃度較低,少子濃度梯度較小，p-n結(jié)反向電流較?。ǚ聪蚪刂梗?dāng)反向電壓較大時(shí)，邊界處少子已被抽取光,濃度為0,少子濃度梯度不再隨電壓變化,Jn、Jp及J也不隨電壓變化，反向電流將達(dá)到飽和。J=JsexplqV-1IL3當(dāng)加正向電壓時(shí),k0TV q:0.026V ,expqv1局部升溫一C電流增加一|熱擊穿機(jī)構(gòu)對(duì)禁帶寬度比較小的半導(dǎo)體影響較顯著。11兩種擊穿機(jī)制的主要區(qū)別:隧道擊穿取決于空間電荷區(qū)中電場(chǎng)強(qiáng)度；而雪崩擊穿除要求一定的電場(chǎng)外，還需要一定寬度的空間電荷區(qū)。隧道擊穿電壓隨溫度的升高而減??；而雪崩擊穿電壓隨溫度的升高而增加。（隧道擊穿：溫度升高，電子能量狀態(tài)更高，則

25、隧穿的幾率更大,（反向偏壓升高，勢(shì)壘寬度增0.6V時(shí)，流過(guò)p-n結(jié)的電流。已知室溫下硅的本征載流子濃度門(mén)=1.5 x 1010cm3,另外t n= t p=1四s, p型區(qū)電子的遷移率四n= 500cm2/(V.s),n型區(qū)空穴的遷移率 四因而齊納擊穿電壓隨溫度的升高而減小。雪崩擊穿：溫度升高后，晶格振動(dòng)加劇，致使載流子運(yùn)動(dòng)的平均自由路程縮短，碰撞前動(dòng)能減小，必須加大反向電壓才能發(fā)生雪崩擊穿）空間電荷區(qū)中光注入的電子（或空穴）影響雪崩擊穿，但對(duì)隧道擊穿無(wú)明顯作用。一般，擊穿電壓Vb6Eg/q時(shí)是雪崩擊穿；VB處于兩者之間時(shí)兩種擊穿都存在。大，隧道長(zhǎng)度變長(zhǎng)，不利隧穿）12兩邊都是重?fù)诫s的p-n結(jié)，又稱(chēng)為隧道結(jié)，正向電流由擴(kuò)散電流和隧道電流兩部分構(gòu)成。例題1:一個(gè)硅p-n結(jié)二極管具有如下參數(shù)N=1016cm3,Na=5x1018cm-3,p-n結(jié)的截面積S=0.01cm2o求室溫下，外加電壓為_(kāi)2p=180cm/(V.s)*T由愛(ài)因斯坦關(guān)系：&=+餐=。皿6為眥=13（皿1周尸豈%=0.026x的-J|