東南大學物理系半導體物理課程總結.ppt

1、在第一章中，半導體中的電子狀態(tài)晶格結構的共有化運動、有效質量導電機構、空穴回旋加速器共振那樣的半導體帶、半導體中的電子狀態(tài)半導體的物理性質與電子狀態(tài)密切相關，半導體中的電子與自由電子或單原子電子狀態(tài)不同， 晶體中周圍的原子和受電子影響的單電子相似：單個電子在周期性排列固定的原子核勢場和其他電子的平均勢場中運動，金剛石結構Si， Ge閃鋅礦結構SiGe GaAs 11半導體的晶體結構和結合性質crystalstructureandbondsinsemiconductors、共價結合、混合結合、纖鋅礦結構ZnS CdSe， 12半導體中的電子態(tài)和能帶electronstatesandrelatin

2、gbondsinsemiconductors、重點：電子的共有化運動傳導帶、價帶和禁帶、原子構成晶體后，由于電子殼層的重疊， 電子被稱為不限于某個原子的電子的共有化運動，結晶的能帶電子共有化運動，能級的分裂和能帶的形成，n個原子分裂成n個能級，金剛石結晶的能帶， 傳導帶：從SP3-SP3反耦合狀態(tài)產生價帶(Valence band):、s、p、SP3混合物，(1)自由電子的能帶結構，(2)晶體中的電子的波函數(shù)，1.5回旋加速器共振電子由于外力同時與半導體內部原子、電子相互作用，電子的加速度應該是半導體內勢場和外電場作用的綜合效應。 有效質量引入的意義：概述了半導體內部勢場的作用。 有效的質量可

3、以通過直接實驗來決定。 半導體的電導率、遷移率等都與有效質量相關，如果Ek關系決定，則m*也決定，全頻帶電子不通電，在結晶能帶理論中，在En(k)=En(-k )的同一能帶中，k和-k的狀態(tài)具有相同大小、相反的速度v 從a點移動的電子實際上同時從a移動，能帶整體保持均勻充滿的狀態(tài)，不產生電流。 全帶電子不通電，=0，a，a，16，電子不能通電，沒有外部電場時，有外部電場時，e，沒有外部電場時，電子對稱地占據能量低的狀態(tài)，總電流為0，有外部電場時，電子向逆電場方向移動，部分傳導帶上出現(xiàn)少量電子，價格帶上出現(xiàn)少量空狀態(tài)，17，空孔。 價格帶缺少一個電子時，假設滿帶只有一個狀態(tài)k，就沒有電子。 J(

4、k )表示此時的傳動帶整體的總電流。 當價帶狀態(tài)k為空時，價帶電子的總電流就像帶正電荷的粒子以k狀態(tài)電子速度v(k )移動時產生的電流空穴一樣，=0，18，空穴的有效質量，價帶中的空的狀態(tài)一般出現(xiàn)在價帶的頂部附近，如果導入價格變高的mp*，則表示空穴的有效質量、me*、電子和空穴共同參與導電是半導體和金屬導電性質的最大差異，圓運動半徑、圓運動向心加速度、圓運動向心力、圓運動角頻率、1.5旋轉共振、有效質量測量、旋轉共振頻率、1.6常見半導體能帶結構， 第2章作為半導體中的雜質和缺陷的理想的半導體材料原子，在具有嚴格的周期晶格的晶格點位置靜止的結晶是純粹的，即，不含雜質(沒有與構成結晶材料的元素

5、不同的其他化學元素)的晶格結構完整，即具有嚴格的周期， 分類(1) :實際的半導體材料原子在平衡位置附近振動的含有雜質的晶格結構不完整，存在缺陷點缺陷、線缺陷、面缺陷、雜質與構成晶體材料的元素不同的其他化學元素，形成原因原材料純度不足的制造過程中人為混入污垢雜質原子位于晶格中的分間隙式雜質置換式雜質，雜質原子位于晶格原子的間隙位置是雜質原子比較小的雜質原子代替晶格原子位于晶格點的要求雜質原子的大小，價電子殼層結構等接近晶格原子，可以同時存在兩種雜質， 在此主要介紹交替型雜質，分類(2) :根據雜質供給載流子的類型，形成施主雜質受主雜質，第v族雜質原子代替第IV族結晶材料原子能夠放出的正的電中心

6、的雜質(n型雜質) n型半導體，代替IV族結晶材料原子接受電子產生導電空穴，形成負電中心雜質(p型雜質) p型半導體、施主雜質、受主雜質、本征半導體、施主雜質(這有摻雜施主的意義，提供受主雜質(IV-III )、載流子：價帶這有摻雜受主意義，(3) :如果施加由雜質原子引起的能級淺的雜質的深能級例如III族材料或v族雜質能級分離帶、價帶接近的晶格中的原子的熱振動的能量，則會使淺能級雜質離子化而影響半導體載流子濃度對于在III族材料中添加非III族、v族雜質能級分離帶，或者在價帶遠的通常條件下難以離子化等能夠改變半導體的導電型的載流子的復合作用非常重要，在良好的復合中心，雜質淺能級簡單的修正系氫

7、原子模型的氫原子基態(tài)電子的電離能： 施主雜質電子的電離能：施主雜質電子的孔徑：氫原子基態(tài)電子的孔徑，室溫kBT 26 meV，數(shù)十個meV，數(shù)十個meV硅的介電常數(shù)為16、12，施主雜質電子的孔徑，修正，(A)NDNA時： n型半導體=ND-NA、雜質的補償作用，(B)NAND時III-V族化合物半導體中的淺能級雜質為III-V族化合物中不同種類的雜質：將II族元素GaAs:鈹(Be )、鎂(Mg )、鋅(zn )、鎘(cd)ea=ev0 硒(Se) ED=Ec-0.006 eV IV族元素GaAs:硅(Si) Ev 0.03eV，Ec-0.006 eV (雜質的雙重性行為)鍺(Ge) Ev

8、0.03eV。 等電子雜質具有與基質晶體原子相同價數(shù)的電子的雜質原子被稱為等電子雜質(同系原子雜質)，被稱為等電子陷阱，即使條件等電子雜質代替晶格點上的同系原子形成后，也幾乎為電中性。 但是，導入原子和基體晶體原子在電負性、共有半徑等方面存在較大差異，等電子雜質的電負性大于基體晶體原子的電負性時，取而代之的是捕獲電子成為負中心，該帶電中心成為等電子陷阱。雜質的二重性行為硅在砷化鎵中代替鎵表示施主雜質，代替砷表示受主雜質，第34、3章的半導體中的載流子統(tǒng)一分布、半導體的電子狀態(tài)、具有半導體的雜質能級半導體的電子分布、35、狀態(tài)密度g(E )、定義： ede范圍內3.1狀態(tài)密度(dos )，k空間

9、中的量化狀態(tài)密度=，k空間中，電子的允許能量狀態(tài)密度為V/83，如果糾正自旋，則電子的允許能量子狀態(tài)密度為2V/83。 每個量子態(tài)最多只能容納一個電子。 由此可知，狀態(tài)密度與能量呈拋物線關系，能量越大，狀態(tài)密度越大。 有效質量也與各向同性有關，37，3.2費米能級和載流子的統(tǒng)一分布，費米分布函數(shù)玻耳茲曼分布函數(shù)導體中的電子濃度和價帶中的空穴濃度，38，1ot=0k， 2o T 0 K，實際上在E-EF 5kBT時，f0.993室溫kbt、費米(Fermi )分布函數(shù)、39、玻爾茲曼(Boltzmann )分布函數(shù)、E-EF k0T (實際上是幾k0T )、f 0玻爾茲曼分布函數(shù)、一般半導體材料

10、的禁帶寬度是k0T 在E-Efk0T的條件下，量子態(tài)在電子中所占的概率很小，泡利原理不起作用，Bolzman統(tǒng)一校正律和費米統(tǒng)一校正律相同。 半導體中，EF位于禁帶內，而且傳導帶底與價帶頂?shù)木嚯x遠大于k0T，因此，傳導帶中的電子分布可以用電子的boltzmann統(tǒng)一規(guī)則描繪。 簡并(統(tǒng)訂簡并):將遵循費米統(tǒng)訂率的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)。 EF，Ec，Ev，41，載流子濃度，電子濃度：每單位體積的傳導帶中的電子數(shù)(單位：1/cm3)，電子：空穴：電子濃度，其中，本(2)空穴占受主能級的概率，gD，gA為施主/受主能級的基態(tài)合并狀態(tài)，簡并因子gA=4，費米分布，3.4雜質半導體的載流子濃度， 假定只有一種施主雜質，則施主能級上的電子濃度nD即受主能級上的空穴濃度(未電離的受主濃度)、電離的