物理-半導體器件chapter第二章基礎(chǔ)

PhysicsofSemiconductor 電子與信息學 電子與信息學一、半導體材料及其結(jié)四、半導體中的摻五、半導體中的載流子及其輸

電子與信息學電阻率在10-4~1010cm. 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學常見的半導體材、固體的結(jié)和不規(guī)則–按照構(gòu)成固體的粒子在空間的排列 電子與信息學

無周期

每個小區(qū)域有周期、晶體的結(jié)構(gòu)成晶體的粒子抽象為一個點，這樣得到的空間點陣成石結(jié)構(gòu)（Ge、Si） 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學硅IV原子硅IV本征半導體的共價鍵結(jié)硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個(a)硅晶體的空間排 (b)共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意

與

形成價帶當原子組成晶體時，根據(jù)量子力學原理，單個原子中的每個能級都要，形成能帶。嚴格地講，能帶也是由一系列能級組成，但能帶中的能級是如此之多，以至于同一個能帶內(nèi)部各個 電子與信息學 電子與信息學EV運動狀態(tài)都是一樣的，處于導帶底狀態(tài)的電子的能量都是Ec，處于價帶頂狀態(tài)的電子的能量都是Ev.動，產(chǎn)生凈電流導帶有少量電子，動，產(chǎn)生凈電流導帶有少量電子，

激發(fā)到導 電子與信息學 電子與信息學 電子：帶負電的導電載流子，是價電子脫離原子束 電子與信息學電子空穴 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學空穴的移自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學電子和空穴的有效質(zhì)量半導體中的載流子的行為可以等效為自由粒子，看成一個自由運動的準粒子，則該準粒子的等效 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學1 電子與信息學 電子與信息學替位式雜質(zhì)類雜質(zhì)原子價電子殼層結(jié)構(gòu)接近本體原子，如Ⅲ、Ⅴ族2理理N型半導P型半導 電子與信息學 電子與信息學成N型半導體,也稱電子型半導體。NN型半導體結(jié)構(gòu)示意 電子與信息學雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。P型半導P型半導體的結(jié)構(gòu)示意 電子與信息學施主：摻入到半導體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導中摻入五價的PAs.As：V族，其中的四個價電子與Si形成共價鍵，但多出一個 電子與信息學 電子與信息學As多余的電子由于As多余的電子由于受正離子的吸引，能量較導帶電子能量要低，同時，吸引作用比共價鍵結(jié)合要弱，因此能量較價帶電子要高，施主能級位于帶隙中，離導帶很近： 電子與信息學電離所需要的最小能量稱為電離能，通常為導帶底電離所需要的最小能量稱為電離能，通常為導帶底B原子多出的電子空位很容易接受價帶電子，形成共價鍵 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學施主 電子與信息學11n=p22 電子與信息學4 有5×1022個硅原子，僅價電子數(shù)每立方厘米中約有4×5× 電子與信息學4分布函－概括電子熱平1f(E)

1e(EEF)/kT 電子與信息學Ei表示本征情況下的 EF能級，基本上相當于禁 電子與信息學 電子與信息學 從圖看到，從重摻雜p型到重摻雜N型，能級越來越高，不管能級的具置如何，對于任一給定的半導體材料， 電子與信息學導帶和價帶中的載流子濃Nc、Nv是常數(shù)，分別是導帶和Nc、Nv是常數(shù)，分別是導帶和價帶的有效狀cnNe(EcEF)/kTc

pNe(EvEF)/kTv 1(EE)/kTvi n(np)2 NNe i EEc

kTln 電子與信息學nnenneEFipneEiEFicne

Ei F kTln(ND)FniniNAEFEikTln 電子與信息學 電子與信息學漸從價帶方向趨向禁帶的中間，在高溫時達到本征（EFEi）準 為“準 能級”。EFn Ein kT

p kT 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學 電子與信息學tn(n)0e1、載流子的運 電子與信息學載流子的漂移運動載流子在電場作用下的輸運過程 電子與信息學 半導體中載流子在電場作用下，將做定向漂移運動，其中為載流子的濃度，q為載流子的電量正比E。 電子與信息學遷移率：為單位電場作用流子獲得平均速度，反映了載流子在電場作用下輸運能力，是反映半導體及 電子與信息學 電子與信息學 。。間間影響遷移率的因

GaAs>Ge>