国科大-半导体器件物理.docx

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1、第一章半导体物理基础1.主要半导体材料的晶体结构。简单立方(P/Mn)、体心立方(Na/W)、面心立方(Al/Au)金刚石结构：属立方晶系，由两个面心立方子晶格相互嵌套而成。SiGe闪锌矿结构（立方密堆积），两种元素，GaAs,GaP等主要是共价键纤锌矿结构（六方密堆积），CdS,ZnS闪锌矿和纤锌矿结构的异同点共同点：每个原子均处于另一种原子构成的四面体中心，配种原子构成的四面体中心，配位数4不同点：闪锌矿的次近邻，上下彼此错开60，而纤锌矿上下相对2.金属、半导体和绝缘体能带特点。1）绝缘体价电子与近邻原子形成强键，很难打破，没有电子参与导电。能带图上表现为大

2、的禁带宽度，价带内能级被填满，导带空着，热能或外场不能把价带顶电子激发到导带。2）半导体近邻原子形成的键结合强度适中，热振动使一些键破裂，产生电子和空穴。能带图上表现为禁带宽度较小，价带内的能级被填满，一部分电子能够从价带跃迁到导带，在价带留下空穴。外加电场，导带电子和价带空穴都将获得动能，参与导电。3）导体导带或者被部分填充，或者与价带重叠。很容易产生电流3.Ge,Si，GaAs能带结构示意图及主要特点。1）直接、间接禁带半导体，导带底，价带顶所对应的k是否在一条竖直线上2）导带底电子有效质量为正，带顶有效质量为负3）有效质量与能带的曲率成反比，导带的曲率大于价

3、带，因此电子的有效质量大；轻空穴带的曲率大，对应的有效质量小4.本征半导体的载流子浓度，本征费米能级。n=NCexp(-EC-EFkT)n=niexp(EF-EikT)p=Nvexp(-EF-EVkT)p=niexp(Ei-EFkT)5.非本征半导体载流子浓度和费米能级。<100K载流子主要由杂质电离提供杂质部分电离区(凝固区)。100~500K，杂质渐渐全部电离，在很大温度范围内本征激发的载流子数目小于杂质浓度，载流子主要由掺杂浓度决定。à饱和电离区。>500K，本征激发的载流子浓度大于掺杂浓度，载流子主要由本征激发决定。à本征区。6.Hall效应，Hall迁移

4、率。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。Ey=RHJxBz霍尔系数RH=r(-1/qn)n型orRH=r(+1/qn)p型霍耳迁移率7.半导体中的复合过程。复合速率：带间复合：辐射、俄歇过程间接复合（单能级复合）：电子俘获发射、空穴俘获发射SRH复合理论，当Et=Ei时，复合率最大，因此最有效的复合中心是带隙中央附近的能级间接复合（多能级陷阱）表面复合:表面的各种缺陷作为复合中心8。半导体器件工作基本方程及用途。9*。载流子主要的散射机

5、制A,晶格振动或声子散射：B,电离杂质散射：通常以这两种散射为主C,中性杂质散射：在杂质浓度不是很高时，可以忽略D,电子或空穴散射：在载流子浓度很高时要考虑E,晶格缺陷散射：对于多晶等缺陷较多的材料要考虑F,表面散射：载流子在表面区域(如反型层)运动时，受到表面因素(如粗糙度）引起的散射，主要是对薄膜材料要考虑.第二章半导体接触的物理机制——pn结1。突变结的电荷、电场、电势分布，耗尽区宽度和电容。电荷电场E(x)=or,电势耗尽区宽度电容2。Pn结的理想电流电压特性—肖克莱方程的推导。I=Xn处的电子漂移电流+Xn处的空穴扩散电流=Xp处的电子(少子)扩散电流+

6、Xn处的空穴(少子)扩散电流归纳为求少子扩散电流a.准费米能级分裂，电子和空穴的电流密度正比于各自的费米能级梯度b.耗尽区边界处的少子浓度（边界条件），正偏时，边界处的少子浓度比平衡时大，反偏时小c.连续性方程的得到少子分布稳态、电中性、小注入、无电场d.耗尽区边界的少子扩散电流e.总电流（肖克莱方程）3。耗尽区产生复合、大注入、串联电阻效应等造成偏离理想情况的定性分析。1）产生复合Jgen/rec=q

7、U

8、Wa.反偏载流子发射产生电流（随偏压缓慢增加不饱和）室温下：若ni很大(例如Ge)，扩散电流为主，反向电流符合理想情况若ni很小(例如Si)，产生电流占优势高

9、温下：（中性区）扩散电流为主b.正偏复合过程是耗尽区内的主要产生复合过程假定在大部分耗尽区内，有最大的复合率，用Umax给出复合电流复合电流占优势:n=2，扩散占优势:n=1,两种相当:1

10、-电压近似