復(fù)旦大學(xué)(微電子)半導(dǎo)體器件第二章平衡載流子課件

復(fù)旦大學(xué)微電子研究院包宗明Baozm@集半導(dǎo)體物理、器件和工藝導(dǎo)論

（第一部分）

半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件物理復(fù)旦大學(xué)微電子研究院集半導(dǎo)體物理、器件和工藝導(dǎo)論

（第一部分1第一章重點(diǎn)內(nèi)容晶體中的一個(gè)電子受到晶體內(nèi)部的原子和其他許多電子的作用，所以在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和自由電子不同。量子力學(xué)計(jì)算表明引入電子有效質(zhì)量就可以用經(jīng)典力學(xué)的方法來(lái)處理單晶中電子行為。半導(dǎo)體單晶中原子在空間按一定規(guī)律周期性排列。用晶列指數(shù)或晶面指數(shù)表示晶體的取向。薛定諤方程－勢(shì)能模型－求解出E-k關(guān)系。一個(gè)能帶中電子的有效質(zhì)量有正有負(fù)。填滿電子的能帶不傳導(dǎo)電流。接近填滿的能帶中電子的整體行為可以用空穴來(lái)描述?？昭ㄊ菐д姾傻奶摂M粒子，其有效質(zhì)量是能帶頂空狀態(tài)電子有效質(zhì)量的負(fù)值。電子和空穴兩種不同載流子的存在和可控是集成電路工藝的前提。看懂硅和砷化鎵的能帶圖。雜質(zhì)、缺陷會(huì)在晶體中形成局域能級(jí)，該能級(jí)會(huì)起施主、受主、復(fù)合中心或陷阱中心的作用。第一章重點(diǎn)內(nèi)容晶體中的一個(gè)電子受到晶體內(nèi)部的原子和其他許多電2第二章平衡載流子的統(tǒng)計(jì)分布載流子的分布函數(shù)電子濃度和空穴濃度本征半導(dǎo)體的載流子濃度單一淺施主和淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度載流子濃度和溫度的關(guān)系雜質(zhì)補(bǔ)償高載流子濃度效應(yīng)第二章平衡載流子的統(tǒng)計(jì)分布載流子的分布函數(shù)3哪些因素決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型？哪些因素會(huì)影響半導(dǎo)體中的電子濃度和空穴濃度？哪些因素決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型？4平衡載流子的計(jì)算導(dǎo)帶的電子濃度=導(dǎo)帶中某能量狀態(tài)密度(單位體積的狀態(tài)數(shù)）和該狀態(tài)電子的分布幾率的乘積在整個(gè)導(dǎo)帶的總和。導(dǎo)帶中某能量E的電子的狀態(tài)密度為費(fèi)米分布函數(shù)：在熱平衡情況下，考慮到一個(gè)量子態(tài)最多只能被一個(gè)電子占有，能量為E的單量子態(tài)被電子占有的幾率為：一個(gè)狀態(tài)要么被一個(gè)電子占有要么沒(méi)有電子占有，該狀態(tài)空著的幾率是：平衡載流子的計(jì)算導(dǎo)帶的電子濃度=導(dǎo)帶中某能量狀態(tài)密度(單位5費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)處于費(fèi)米能級(jí)相同位置的能量狀態(tài)上，電子占有的幾率是1/2,費(fèi)米能級(jí)表示電子的平均填充水平。玻爾茲曼分布函數(shù)（一個(gè)量子態(tài)可以同時(shí)被多個(gè)電子占有）費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)處于費(fèi)米能級(jí)相同位置的能量狀態(tài)6載流子按能量分布載流子按能量分布=分布幾率和狀態(tài)密度的乘積右圖中體積為V的半導(dǎo)體能量為E的電子的狀態(tài)密度是注意：能帶圖向上電子的能量高，向下空穴的能量高。載流子按能量分布載流子按能量分布注意：能帶圖向上電子的能量高7導(dǎo)帶電子濃度半導(dǎo)體單位體積內(nèi)，導(dǎo)帶所有能量電子的總和。如果可以采用玻爾茲曼近似：導(dǎo)帶電子濃度半導(dǎo)體單位體積內(nèi)，導(dǎo)帶所有能量電子的總和。8電子－空穴濃度積按相同的方法可以得到空穴濃度：電子和空穴濃度積：電子－空穴濃度積按相同的方法可以得到空穴濃度：9電子和空穴的有效狀態(tài)密度前面的式雖然計(jì)算時(shí)是導(dǎo)帶所有能量電子的總和，但是結(jié)果在形式上可以看作所有電子集中在導(dǎo)帶底部，前面一項(xiàng)是有效狀態(tài)密度，后面一項(xiàng)是玻爾茲曼分布函數(shù)。空穴也是如此電子和空穴的有效狀態(tài)密度前面的式10本征載流子濃度本征半導(dǎo)體是指純凈完美的單晶半導(dǎo)體。電中性條件要求：由此可得本征載流子濃度：本征費(fèi)米能級(jí)：本征載流子濃度本征半導(dǎo)體是指純凈完美的單晶半導(dǎo)體。11以上結(jié)果成立的條件我們用的是熱平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論，所以只在熱平衡時(shí)成立?？紤]到一個(gè)量子態(tài)只能被一個(gè)電子占有時(shí)要用費(fèi)米分布函數(shù)，如果不限定一個(gè)量子態(tài)上占有的電子數(shù)就可以用波茲曼分布函數(shù)。顯然當(dāng)電子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于狀態(tài)數(shù)時(shí)該限制沒(méi)有實(shí)際意義，這時(shí)兩者可以通用。在計(jì)算導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴時(shí)用玻爾茲曼分布近似，所得結(jié)果只在載流子濃度很低（狀態(tài)填充率低）時(shí)成立。以上結(jié)果成立的條件我們用的是熱平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論，所以只在熱平衡12施主能級(jí)和受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率施主能級(jí)在電中性時(shí)該能級(jí)束縛一個(gè)電子，該電子被激發(fā)成共有化電子后電離施主帶正電荷。如果該能級(jí)有g(shù)個(gè)自旋簡(jiǎn)并度，就有g(shù)個(gè)量子態(tài)可以被電子占有，但是在施主束縛了一個(gè)電子后就呈現(xiàn)電中性，所以不會(huì)再束縛更多電子。這時(shí)該能級(jí)上電子的分布幾率為受主能級(jí)電中時(shí)性束縛一個(gè)空穴，受主能級(jí)上空穴的分布幾率為：施主能級(jí)和受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率施主能級(jí)在電中性時(shí)該13施、受主能級(jí)上的電子和空穴濃度假設(shè)半導(dǎo)體中施主雜質(zhì)的濃度是那么施主能級(jí)上的電子濃度：假設(shè)半導(dǎo)體中受主雜質(zhì)的濃度是那么受主能級(jí)上的空穴濃度：施、受主能級(jí)上的電子和空穴濃度假設(shè)半導(dǎo)體中施主雜質(zhì)的濃度是14含有單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度這時(shí)電中性條件是：低摻雜情況下：前面已經(jīng)求得：由這些關(guān)系式就可以求出任何溫度下電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)。含有單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度這時(shí)電中性條件是：15N型半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化右邊是單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化的示意圖。弱電離區(qū)、飽和電離區(qū)和本征激發(fā)區(qū)的導(dǎo)帶電子主要來(lái)源分別是施主逐步電離、施主接近全電離和本征激發(fā)。虛線是本征載流子濃度，只在本征激發(fā)區(qū)才顯示出和電子濃度可比擬的量。飽和電離區(qū)是晶體管和集成電路正常工作的溫度范圍。N型半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化右邊是單一淺施主低摻雜半16三個(gè)區(qū)域的計(jì)算公式弱電離區(qū)飽和電離區(qū)本征激發(fā)區(qū)電子－空穴濃度積始終滿足三個(gè)區(qū)域的計(jì)算公式弱電離區(qū)17弱電離區(qū)飽和電離區(qū)本征激發(fā)區(qū)電子、空穴濃度積始終滿足單一淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度弱電離區(qū)單一淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度18雜質(zhì)補(bǔ)償電中性條件：飽和電離區(qū)：在施主濃度大于受主的情況下，施主能級(jí)上的電子首先要填充受主能級(jí)。雜質(zhì)補(bǔ)償電中性條件：19重?fù)诫s效應(yīng)雜質(zhì)濃度和有效狀態(tài)密度接近就必須考慮一個(gè)量子態(tài)只允許被一個(gè)電子占有，這時(shí)雜質(zhì)能級(jí)和導(dǎo)帶中的電子不能用玻爾茲曼分布函數(shù)作近似，必須用費(fèi)米分布函數(shù)。雜質(zhì)能帶形成。重?fù)诫s效應(yīng)雜質(zhì)濃度和有效狀態(tài)密度接近就必須考慮一個(gè)量子態(tài)只允20玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)不適用當(dāng)時(shí)用如果上式，飽和電離區(qū)玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)已經(jīng)不能用于計(jì)算導(dǎo)帶電子濃度，必須采用費(fèi)米分布函數(shù)（這時(shí)空穴濃度計(jì)算能否采用玻爾茲曼分布？）。施主能級(jí)在導(dǎo)帶底下面，它們就不可能全部電離，在低摻雜情況下全電離的溫度區(qū)域重?fù)诫s情況下施主達(dá)不到全電離。玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)不適用21雜質(zhì)形成能帶當(dāng)雜質(zhì)濃度增加到雜質(zhì)原子之間的距離和束縛的電子的軌道直徑相同時(shí)就會(huì)形成束縛電子能帶。該能帶在導(dǎo)帶下面形成雜質(zhì)尾巴態(tài)，使有效禁帶變窄、本征載流子增加。雜質(zhì)形成能帶當(dāng)雜質(zhì)濃度增加到雜質(zhì)原子之間的距離和束縛的電子的22載流子屏蔽效應(yīng)當(dāng)電子濃度遠(yuǎn)大于施主雜質(zhì)離子的濃度時(shí)，例如低溫下注入大量電子，一個(gè)施主離子周圍有許多電子，這些電子屏蔽了施主離子的電荷，使施主離子失去了束縛電子的能力。又如相鄰雜質(zhì)上的電子對(duì)雜質(zhì)中心的勢(shì)場(chǎng)屏蔽會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)電離能的降低。載流子屏蔽效應(yīng)當(dāng)電子濃度遠(yuǎn)大于施主雜質(zhì)離子的濃度時(shí)，例如低溫23重點(diǎn)內(nèi)容費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)及其適用的條件；施主、受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率；在計(jì)算有效質(zhì)量時(shí)要考慮各向異性，在計(jì)算有效狀態(tài)密度時(shí)要考慮到導(dǎo)帶最低點(diǎn)的個(gè)數(shù)（硅有六個(gè)）；載流子濃度和中性施主、受主濃度的公式；均勻摻雜半導(dǎo)體滿足電中性條件，電中性條件的公式；成立的條件；載流子濃度隨溫度變化的三個(gè)主要特征區(qū)域的表達(dá)式；從載流子隨溫度變化的曲線可以求得雜質(zhì)電離能、雜質(zhì)濃度和禁帶寬度；高載流子濃度效應(yīng)。重點(diǎn)內(nèi)容費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)及其適用的條件；24習(xí)題從原理上說(shuō)明：為什么在能帶中載流子濃度低的情況下波茲曼分布和費(fèi)米分布在形式上相同？所謂濃度低的含義是什么？寫出計(jì)算載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)位置需要的公式。這些公式在什么情況下適用？硅單晶中ND=1015cm-3,NA=0.5×1015cm-3,試求300K溫度下n、p、和EF。試說(shuō)明載流子濃度高的情況下會(huì)出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？習(xí)題從原理上說(shuō)明：為什么在能帶中載流子濃度低的情況下波茲曼分25樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-22Sunday,November6,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:02:2700:02:2700:0211/6/202212:02:27AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:02:2700:02Nov-2206-Nov-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:02:2700:02:2700:02Sunday,November6,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:02:2700:02:27November6,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年11月6日12:02上午11月-2211月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。06十一月202212:02:27上午00:02:2711月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:02上午11月-2200:02November6,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/60:02:2700:02:2706November2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。12:02:27上午12:02上午00:02:2711月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。11月-2211月-2200:0200:02:2700:02:27Nov-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/11/60:02:27Sunday,November6,2022相信相信得力量。11月-222022/11/60:02:2711月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-2226樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-22Sunday,November6,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:02:2700:02:2700:0211/6/202212:02:27AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:02:2700:02Nov-2206-Nov-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:02:2700:02:2700:02Sunday,November6,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:02:2700:02:27November6,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年11月6日12:02上午11月-2211月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。06十一月202212:02:27上午00:02:2711月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:02上午11月-2200:02November6,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/60:02:2700:02:2706November2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。12:02:27上午12:02上午00:02:2711月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。11月-2211月-2200:0200:02:2700:02:27Nov-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/11/60:02:27Sunday,November6,2022相信相信得力量。11月-222022/11/60:02:2711月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-2227復(fù)旦大學(xué)微電子研究院包宗明Baozm@集半導(dǎo)體物理、器件和工藝導(dǎo)論

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半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件物理復(fù)旦大學(xué)微電子研究院集半導(dǎo)體物理、器件和工藝導(dǎo)論

（第一部分28第一章重點(diǎn)內(nèi)容晶體中的一個(gè)電子受到晶體內(nèi)部的原子和其他許多電子的作用，所以在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和自由電子不同。量子力學(xué)計(jì)算表明引入電子有效質(zhì)量就可以用經(jīng)典力學(xué)的方法來(lái)處理單晶中電子行為。半導(dǎo)體單晶中原子在空間按一定規(guī)律周期性排列。用晶列指數(shù)或晶面指數(shù)表示晶體的取向。薛定諤方程－勢(shì)能模型－求解出E-k關(guān)系。一個(gè)能帶中電子的有效質(zhì)量有正有負(fù)。填滿電子的能帶不傳導(dǎo)電流。接近填滿的能帶中電子的整體行為可以用空穴來(lái)描述?？昭ㄊ菐д姾傻奶摂M粒子，其有效質(zhì)量是能帶頂空狀態(tài)電子有效質(zhì)量的負(fù)值。電子和空穴兩種不同載流子的存在和可控是集成電路工藝的前提?？炊韬蜕榛壍哪軒D。雜質(zhì)、缺陷會(huì)在晶體中形成局域能級(jí)，該能級(jí)會(huì)起施主、受主、復(fù)合中心或陷阱中心的作用。第一章重點(diǎn)內(nèi)容晶體中的一個(gè)電子受到晶體內(nèi)部的原子和其他許多電29第二章平衡載流子的統(tǒng)計(jì)分布載流子的分布函數(shù)電子濃度和空穴濃度本征半導(dǎo)體的載流子濃度單一淺施主和淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度載流子濃度和溫度的關(guān)系雜質(zhì)補(bǔ)償高載流子濃度效應(yīng)第二章平衡載流子的統(tǒng)計(jì)分布載流子的分布函數(shù)30哪些因素決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型？哪些因素會(huì)影響半導(dǎo)體中的電子濃度和空穴濃度？哪些因素決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型？31平衡載流子的計(jì)算導(dǎo)帶的電子濃度=導(dǎo)帶中某能量狀態(tài)密度(單位體積的狀態(tài)數(shù)）和該狀態(tài)電子的分布幾率的乘積在整個(gè)導(dǎo)帶的總和。導(dǎo)帶中某能量E的電子的狀態(tài)密度為費(fèi)米分布函數(shù)：在熱平衡情況下，考慮到一個(gè)量子態(tài)最多只能被一個(gè)電子占有，能量為E的單量子態(tài)被電子占有的幾率為：一個(gè)狀態(tài)要么被一個(gè)電子占有要么沒(méi)有電子占有，該狀態(tài)空著的幾率是：平衡載流子的計(jì)算導(dǎo)帶的電子濃度=導(dǎo)帶中某能量狀態(tài)密度(單位32費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)處于費(fèi)米能級(jí)相同位置的能量狀態(tài)上，電子占有的幾率是1/2,費(fèi)米能級(jí)表示電子的平均填充水平。玻爾茲曼分布函數(shù)（一個(gè)量子態(tài)可以同時(shí)被多個(gè)電子占有）費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)處于費(fèi)米能級(jí)相同位置的能量狀態(tài)33載流子按能量分布載流子按能量分布=分布幾率和狀態(tài)密度的乘積右圖中體積為V的半導(dǎo)體能量為E的電子的狀態(tài)密度是注意：能帶圖向上電子的能量高，向下空穴的能量高。載流子按能量分布載流子按能量分布注意：能帶圖向上電子的能量高34導(dǎo)帶電子濃度半導(dǎo)體單位體積內(nèi)，導(dǎo)帶所有能量電子的總和。如果可以采用玻爾茲曼近似：導(dǎo)帶電子濃度半導(dǎo)體單位體積內(nèi)，導(dǎo)帶所有能量電子的總和。35電子－空穴濃度積按相同的方法可以得到空穴濃度：電子和空穴濃度積：電子－空穴濃度積按相同的方法可以得到空穴濃度：36電子和空穴的有效狀態(tài)密度前面的式雖然計(jì)算時(shí)是導(dǎo)帶所有能量電子的總和，但是結(jié)果在形式上可以看作所有電子集中在導(dǎo)帶底部，前面一項(xiàng)是有效狀態(tài)密度，后面一項(xiàng)是玻爾茲曼分布函數(shù)?？昭ㄒ彩侨绱穗娮雍涂昭ǖ挠行顟B(tài)密度前面的式37本征載流子濃度本征半導(dǎo)體是指純凈完美的單晶半導(dǎo)體。電中性條件要求：由此可得本征載流子濃度：本征費(fèi)米能級(jí)：本征載流子濃度本征半導(dǎo)體是指純凈完美的單晶半導(dǎo)體。38以上結(jié)果成立的條件我們用的是熱平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論，所以只在熱平衡時(shí)成立?？紤]到一個(gè)量子態(tài)只能被一個(gè)電子占有時(shí)要用費(fèi)米分布函數(shù)，如果不限定一個(gè)量子態(tài)上占有的電子數(shù)就可以用波茲曼分布函數(shù)。顯然當(dāng)電子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于狀態(tài)數(shù)時(shí)該限制沒(méi)有實(shí)際意義，這時(shí)兩者可以通用。在計(jì)算導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴時(shí)用玻爾茲曼分布近似，所得結(jié)果只在載流子濃度很低（狀態(tài)填充率低）時(shí)成立。以上結(jié)果成立的條件我們用的是熱平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論，所以只在熱平衡39施主能級(jí)和受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率施主能級(jí)在電中性時(shí)該能級(jí)束縛一個(gè)電子，該電子被激發(fā)成共有化電子后電離施主帶正電荷。如果該能級(jí)有g(shù)個(gè)自旋簡(jiǎn)并度，就有g(shù)個(gè)量子態(tài)可以被電子占有，但是在施主束縛了一個(gè)電子后就呈現(xiàn)電中性，所以不會(huì)再束縛更多電子。這時(shí)該能級(jí)上電子的分布幾率為受主能級(jí)電中時(shí)性束縛一個(gè)空穴，受主能級(jí)上空穴的分布幾率為：施主能級(jí)和受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率施主能級(jí)在電中性時(shí)該40施、受主能級(jí)上的電子和空穴濃度假設(shè)半導(dǎo)體中施主雜質(zhì)的濃度是那么施主能級(jí)上的電子濃度：假設(shè)半導(dǎo)體中受主雜質(zhì)的濃度是那么受主能級(jí)上的空穴濃度：施、受主能級(jí)上的電子和空穴濃度假設(shè)半導(dǎo)體中施主雜質(zhì)的濃度是41含有單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度這時(shí)電中性條件是：低摻雜情況下：前面已經(jīng)求得：由這些關(guān)系式就可以求出任何溫度下電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)。含有單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度這時(shí)電中性條件是：42N型半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化右邊是單一淺施主低摻雜半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化的示意圖。弱電離區(qū)、飽和電離區(qū)和本征激發(fā)區(qū)的導(dǎo)帶電子主要來(lái)源分別是施主逐步電離、施主接近全電離和本征激發(fā)。虛線是本征載流子濃度，只在本征激發(fā)區(qū)才顯示出和電子濃度可比擬的量。飽和電離區(qū)是晶體管和集成電路正常工作的溫度范圍。N型半導(dǎo)體中熱平衡電子濃度隨溫度變化右邊是單一淺施主低摻雜半43三個(gè)區(qū)域的計(jì)算公式弱電離區(qū)飽和電離區(qū)本征激發(fā)區(qū)電子－空穴濃度積始終滿足三個(gè)區(qū)域的計(jì)算公式弱電離區(qū)44弱電離區(qū)飽和電離區(qū)本征激發(fā)區(qū)電子、空穴濃度積始終滿足單一淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度弱電離區(qū)單一淺受主低摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度45雜質(zhì)補(bǔ)償電中性條件：飽和電離區(qū)：在施主濃度大于受主的情況下，施主能級(jí)上的電子首先要填充受主能級(jí)。雜質(zhì)補(bǔ)償電中性條件：46重?fù)诫s效應(yīng)雜質(zhì)濃度和有效狀態(tài)密度接近就必須考慮一個(gè)量子態(tài)只允許被一個(gè)電子占有，這時(shí)雜質(zhì)能級(jí)和導(dǎo)帶中的電子不能用玻爾茲曼分布函數(shù)作近似，必須用費(fèi)米分布函數(shù)。雜質(zhì)能帶形成。重?fù)诫s效應(yīng)雜質(zhì)濃度和有效狀態(tài)密度接近就必須考慮一個(gè)量子態(tài)只允47玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)不適用當(dāng)時(shí)用如果上式，飽和電離區(qū)玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)已經(jīng)不能用于計(jì)算導(dǎo)帶電子濃度，必須采用費(fèi)米分布函數(shù)（這時(shí)空穴濃度計(jì)算能否采用玻爾茲曼分布？）。施主能級(jí)在導(dǎo)帶底下面，它們就不可能全部電離，在低摻雜情況下全電離的溫度區(qū)域重?fù)诫s情況下施主達(dá)不到全電離。玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)不適用48雜質(zhì)形成能帶當(dāng)雜質(zhì)濃度增加到雜質(zhì)原子之間的距離和束縛的電子的軌道直徑相同時(shí)就會(huì)形成束縛電子能帶。該能帶在導(dǎo)帶下面形成雜質(zhì)尾巴態(tài)，使有效禁帶變窄、本征載流子增加。雜質(zhì)形成能帶當(dāng)雜質(zhì)濃度增加到雜質(zhì)原子之間的距離和束縛的電子的49載流子屏蔽效應(yīng)當(dāng)電子濃度遠(yuǎn)大于施主雜質(zhì)離子的濃度時(shí)，例如低溫下注入大量電子，一個(gè)施主離子周圍有許多電子，這些電子屏蔽了施主離子的電荷，使施主離子失去了束縛電子的能力。又如相鄰雜質(zhì)上的電子對(duì)雜質(zhì)中心的勢(shì)場(chǎng)屏蔽會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)電離能的降低。載流子屏蔽效應(yīng)當(dāng)電子濃度遠(yuǎn)大于施主雜質(zhì)離子的濃度時(shí)，例如低溫50重點(diǎn)內(nèi)容費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)及其適用的條件；施主、受主能級(jí)上電子和空穴的分布幾率；在計(jì)算有效質(zhì)量時(shí)要考慮各向異性，在計(jì)算有效狀態(tài)密度時(shí)要考慮到導(dǎo)帶最低點(diǎn)的個(gè)數(shù)（硅有六個(gè)）；載流子濃度和中性施主、受主濃度的公式；均勻摻雜半導(dǎo)體滿足電中性條件，電中性條件的公式；成立的條件；載流子濃度隨溫度變化的三個(gè)主要特征區(qū)域的表達(dá)式；從載流子隨溫度變化的曲線可以求得雜質(zhì)電離能、雜質(zhì)濃度和禁帶寬度；高載流子濃度效應(yīng)。重點(diǎn)內(nèi)容費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)及其適用的條件；51習(xí)題從原理上說(shuō)明：為什么在能帶中載流子濃度低的情況下波茲曼分布和費(fèi)米分布在形式上相同？所謂濃度低的含義是什么？寫出計(jì)算載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)位置需要的公式。這些公式在什么情況下適用？硅單晶中ND=1015cm-3,NA=0.5×1015cm-3,試求300K溫度下n、p、和EF。試說(shuō)明載流子濃度高的情況下會(huì)出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？習(xí)題從原理上說(shuō)明：為什么在能帶中載流子濃度低的情況下波茲曼分52樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-22Sunday,November6,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:02:2700:02:2700:0211/6/202212:02:27AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:02:2700:02Nov-2206-Nov-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:02:2700:02:2700:02Sunday,November6,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:02:2700:02:27November6,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年11月6日12:02上午11月-2211月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。06十一月202212:02:27上午00:02:2711月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:02上午11月-2200:02November6,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/60:02:2700:02:2706November2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。12:02:27上午12:02上午00:02:2711月-22一馬當(dāng)先，