半导体物理学-刘恩科

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1、半导体物理学刘恩科半导体物理学教材:《半导体物理学》(第六版)，刘恩科等编著，电子工业出版社参考书：《半导体物理与器件》（第三版），DonaldA.Neamen著，电子工业出版社课程考核办法:本课采用开卷笔试的考核办法。第九周安排一次期中考试。总评成绩构成比例为：平时成绩10%；期中考试45%；期末考试45%半导体物理学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结构半导体物理学固态电子学分支之一微电子学光电子学研究在固体（主要是半导体〕材料上构成的微小型化器

2、件、电路、及系统的电子学分支学科微电子学简介:半导体概要微电子学研究领域半导体器件物理集成电路工艺集成电路设计和测试微电子学发展的特点向高集成度、低功耗、高性能高可靠性电路方向发展与其它学科互相渗透，形成新的学科领域：光电集成、MEMS、生物芯片半导体概要固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体什么是半导体？半导体及其基本特性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

3、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练习1、单胞是基本的、不唯一的单元。（）2、按半导体结构来分，应用最为广泛的是（）。3、写出三种立方单胞的名称，并分别计算单胞中所含的原子数。4、计算金刚石型单胞中的原子数。原子的能级电子壳层不同

4、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Si的能带（价带、导带和带隙〕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固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体固体材料的能带图半导体、绝

5、缘体和导体半导体的能带本征激发练习1、什么是共有化运动？2、画出Si原子结构图（画出s态和p态并注明该能级层上的电子数）3、电子所处能级越低越稳定。（）4、无论是自由电子还是晶体材料中的电子，他们在某处出现的几率是恒定不变的。（）5、分别叙述半导体与金属和绝缘体在导电过程中的差别。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

6、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+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

7、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

8、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