半导体物理学总复习

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1、半导体中的电子状态半导体中杂质和缺陷能级半导体中载流子的统计分布半导体的导电性非平衡载流子pn结金属和半导体的接触半导体表面与MIS结构半导体物理学半导体的纯度和结构纯度极高，杂质<1013cm-3结构晶体结构单胞对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的最小单元注：（a）单胞无需是唯一的（b）单胞无需是基本的晶体结构三维立方单胞简立方、体心立方、面立方金刚石晶体结构金刚石结构原子结合形式：共价键形成的晶体结构：构成一个正四面体，具有金刚石晶体结构半导体有:元素半导体如Si、Ge金刚石晶体结构半导体有:化合物半导体如GaAs、InP、ZnS闪锌矿晶体结构金刚石型闪锌矿型原子

2、的能级电子壳层不同支壳层电子1s；2s，2p；3s，2p，3d；…共有化运动+14电子的能级是量子化的n=3四个电子n=28个电子n=12个电子SiHSi原子的能级原子的能级的分裂孤立原子的能级4个原子能级的分裂原子的能级的分裂原子能级分裂为能带价带：0K条件下被电子填充的能量的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带带隙：导带底与价带顶之间的能量差半导体的能带结构导带价带Eg自由电子的运动微观粒子具有波粒二象性半导体中电子的运动薛定谔方程及其解的形式布洛赫波函数半导体的能带本征激发半导体中E（K）与K的关系在导带底部，波数，附近值很小，将在附近泰勒展开半导体中E（K）与

3、K的关系令代入上式得自由电子的能量微观粒子具有波粒二象性半导体中电子的平均速度在周期性势场内，电子的平均速度u可表示为波包的群速度自由电子的速度微观粒子具有波粒二象性半导体中电子的加速度半导体中电子在一强度为E的外加电场作用下，外力对电子做功为电子能量的变化半导体中电子的加速度令即有效质量的意义自由电子只受外力作用；半导体中的电子不仅受到外力的作用，同时还受半导体内部势场的作用意义：有效质量概括了半导体内部势场的作用，使得研究半导体中电子的运动规律时更为简便（有效质量可由试验测定）空穴只有非满带电子才可导电导带电子和价带空穴具有导电特性；电子带负电-q（导带底），空穴带正电+

4、q（价带顶）K空间等能面在k=0处为能带极值导带底附近价带顶附近K空间等能面以、、为坐标轴构成空间，空间任一矢量代表波矢导带底附近K空间等能面对应于某一值，有许多组不同的，这些组构成一个封闭面，在着个面上能量值为一恒值，这个面称为等能量面，简称等能面。等能面为一球面（理想）半导体中的电子状态半导体中杂质和缺陷能级半导体中载流子的统计分布半导体的导电性非平衡载流子pn结金属和半导体的接触半导体表面与MIS结构半导体物理学与理想情况的偏离晶格原子是振动的材料含杂质晶格中存在缺陷点缺陷（空位、间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（层错）与理想情况的偏离的影响极微量的杂质和缺陷，会对半导体

5、材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，同时也严重影响半导体器件的质量。1个B原子/个Si原子在室温下电导率提高倍Si单晶位错密度要求低于与理想情况的偏离的原因理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得原本周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，并在禁带中引入了能级，允许电子在禁带中存在，从而使半导体的性质发生改变。间隙式杂质、替位式杂质杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，该杂质称为间隙式杂质。间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、GaAs材料中的离子锂（0.068nm）。杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，该杂质称为替位式杂质。替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构要求与被取代

6、的晶格原子相近。如Ⅲ、Ⅴ族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质。间隙式杂质、替位式杂质单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中的P和AsN型半导体As半导体的掺杂施主能级受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如Si中的BP型半导体B半导体的掺杂受主能级半导体的掺杂Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受主和施主杂质，它们在禁带中引入了能级；受主能级比价带顶高，施主能级比导带底低，均为浅能级，这两种杂质称为浅能级杂质。杂质处于两种状态：中性态和离化态。当

7、处于离化态时，施主杂质向导带提供电子成为正电中心；受主杂质向价带提供空穴成为负电中心。半导体中同时存在施主和受主杂质，且。N型半导体N型半导体半导体中同时存在施主和受主杂质，且。P型半导体P型半导体杂质的补偿作用半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体是N型还是P型由杂质的浓度差决定半导体中净杂质浓度称为有效杂质浓度（有效施主浓度；有效受主浓度）杂质的高度补偿（）点缺陷弗仓克耳缺陷间隙原子和空位成对出现肖特基缺陷只存在空位而无间隙原子间隙原子和空位这两种点缺陷受温度影响较大，为热缺陷，它们不断产生和复合