半导体物理总结-讲义

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1、第二章第二章半导体中的基本性质半导体中的基本性质§§2.12.1半导体的晶格结构半导体的晶格结构2.1.1什么是半导体2.1.2晶体、多晶和非晶2.1.3晶体的周期性和对称性2.1.4晶体的晶向和晶面2.1.5Si、Ge晶体的金刚石结构2.1.6化合物半导体和闪锌矿结构§§2.12.1半导体的晶格结构半导体的晶格结构2.1.5Si2.1.5Si晶体的晶体的金刚石结构金刚石结构Si、Ge等元素半导体结合形成晶体时，具有金刚石结构形式，它以四面体结构为基础构成。由两个面心立方套构而成，位于不同面心立方中的Si原子的性质并不等价，因此，金刚石结构，由复式格子组成。半导体Si晶体的

2、这种晶体结构与其原子结合形成晶体时的结合方式有关。第二章第二章半导体中的基本性质半导体中的基本性质§§2.22.2半导体的结合性质半导体的结合性质晶体的结构通常与原子结合形成晶体时的结合方式有关，本节将讨论固体结合形成晶体的结合方式和性质2.2.1固体的结合和化学键2.2.2Si原子结构和Si晶体的共价键结合2.2.3Si晶体的四面体结构§§2.22.2半导体的结合性质半导体的结合性质2.2.1固体的结合和化学键固体结合的化学键包括：离子键(IonicBonding)金属键(MetallicBonding)共价键(CovalentBonding)范德瓦耳斯键(vanderW

3、aalsBonding)§§2.22.2半导体的结合性质半导体的结合性质2.2.1固体的结合和化学键共价键(CovalentBonding)2.2.3Si晶体结合的四面体结构§§2.32.3半导体的能带半导体的能带2.3.1.2.3.1.薛定谔方程和原子的能级薛定谔方程和原子的能级2.3.2.2.3.2.布洛赫定理和晶体的能带布洛赫定理和晶体的能带2.3.32.3.3固体的能带和固体的能带和KK空间空间金属、半导体、绝缘体的能带存在半满的能带电子占据能带或是全满或是全空第二章第二章半导体中的基本性质半导体中的基本性质§§2.42.4半导体的输运和导电机制半导体的输运和导电机

4、制2.4.1半导体中电子的状态2.4.2有效质量近似2.4.3半导体导电的能带论解释半导体的导电2.4.4半导体的导电载流子有效质量近似及其意义有效质量近似及其意义有效质量概括了晶体势场对电子运动的影响2.4.1.2.4.1.半导体中的导电载流子半导体中的导电载流子半导体的导带和电子载流子半导体的导带和电子载流子半导体的价带和空穴载流子半导体的价带和空穴载流子第三章第三章平衡态半导体的物理基础平衡态半导体的物理基础§§3.13.1本征半导体和本征费米能级本征半导体和本征费米能级3.1.1半导体能带的状态密度3.1.2半导体载流子的分布函数3.1.3本征半导体和本征载流子的浓

5、度3.1.4本征费米能级第三章第三章半导体中载流子的统计分布半导体中载流子的统计分布§§3.13.1本征半导体和本征费米能级本征半导体和本征费米能级3.1.13.1.1半导体能带的状态密度半导体能带的状态密度3.1.2半导体载流子的分布函数4.4.电子和空穴的浓度电子和空穴的浓度电子浓度−(EC−Ef)kTn=NeC−(Ef−EV)kT空穴浓度p=NeV其中1.本征载流子浓度其中E是本征半导体的费米能级i−−(EEkCV)2T−Eg2kTnpnNNe====NNeiVCVC2.本征费米能级E+EkT⎛N⎞CV⎜C⎟E=E=−lnif⎜⎟22N⎝V⎠E+ECVE≈i2§§3.

6、23.2非本征半导体非本征半导体3.2.13.2.1半导体中的掺杂和杂质能级半导体中的掺杂和杂质能级杂质：在半导体晶体中引入的新的原子或离子缺陷：晶体按周期性排列的结构受到破坏1.1.施主杂质和施主能级施主杂质和施主能级3施主电离：施主向导带释放电子的过程电离能εD=EC−ED。2.2.受主杂质和受主能级受主杂质和受主能级1）受主杂质（从能带论的角度）受主电离：施主向导带释放电子的过程。电离能εD=EC−ED3.3.施主和受主的特征施主和受主的特征4.N4.N型半导体和型半导体和PP型半导体型半导体§§3.33.3费米能级费米能级3.3.13.3.1非本征半导体载流子浓度非

7、本征半导体载流子浓度−(EC−Ef)kTp=Ne−(Ef−EV)kTn=NCeV−Ekg2TnN=Ne其中iVC2热平衡时np=ni3.3.23.3.2非本征费米能级非本征费米能级费米能级的变化•随掺杂浓度在禁带中上下变化•随施主杂质浓度增加费米能级向导带靠近电子数增加•随受主杂质浓度增加费米能级向价带靠近空穴数增加•随温度变化，费米能级表现出不同的变化趋势3.3.33.3.3电中性条件电中性条件是电荷守恒原理的具体表达式1)施主掺杂ND所有电子来自于价带和施主能级+n=p+n=p+N−nDDD0K时，价带和施主能