半导体物理

黄鹏宇 1,102 2022-01-07

☆☆推导:image.png

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☆☆推导爱因斯坦关系式:P147

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☆☆推导VD(pn结接触电势差):P159

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单电子近似

假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论称为能带论。

半金属

硒化汞,碲化汞。

本征激发

价带上的电子激发成为准自由电子,即价带电子激发成为导带电子的过程,称为本征激发(热激发)。

有效质量的定义、意义

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意义:概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及内部势场的作用。

缺陷

①点缺陷,如空位、间隙原子;
②线缺陷,如位错;
③面缺陷,如层错、多晶体中的晶粒间界等。

本征半导体

没有任何杂质掺杂,没有缺陷的半导体。

杂质半导体

在本征半导体中掺入微量的杂质,就形成了杂质半导体。

替位式杂质

杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。

间隙式杂质

杂质原子位于晶格原子间的间隙位置。

施主杂质、

能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称为施主杂质或n型杂质,

施主能级

被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级,记为ED。(P39)

受主杂质

能够接受电子而产生导电空穴,并形成负电中心,称为受主杂质或p型杂质

受主能级

把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级,记为EA。(P40)

热平衡状态

在一定温度下半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡,其浓度是恒定的,载流子的数量与能量都是平衡的。(这时半导体内的导电电子浓度和空穴浓度都保持稳定的数值,这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子)

漂移电流

在施加电场下载流子定向运动产生的电流。当电场加在半导体材料上时,载流子流动产生电流。

迁移率

单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度。它的单位是厘米²/(伏·秒)。迁移率代表了载流子导电能力的大小,它和载流子(电子或空穴)浓度决定了半导体的电导率。迁移率与载流子的有效质量和散射概率成反比。

非平衡状态

对半导体施加外界作用,破坏了热平衡条件,迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态,称为非平衡状态,比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子,也成为过剩载流子。(P126)

复合过程分类

①直接复合;②间接复合;③表面复合;④俄歇复合

陷阱效应

杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱,而把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。(P141)

扩散电流密度:P146

空穴的扩散电流密度 image.png
电子的扩散电流密度 image.png

pn结击穿

雪崩击穿、齐纳击穿、热电击穿。

扩散(势垒)电容

由于扩散(势垒)区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应,称为pn结的扩散(势垒)电容。(P172)

☆☆禁带变窄效应:P85

重掺杂后杂质原子间出现轨道交叠,产生能级分裂,扩展为杂质能带,杂质能带中的电子可以在杂质原子间作共有化运动,杂质的电离能减小,杂质能带的带尾进入导带或价带,使电离能变为零,引起禁带变窄。

☆☆半导体主要散射机构

①电离杂质的散射;②晶格振动的散射(声学波和光学波散射;声学波散射;光学波散射);
③ 其他因素引起的散射(等同的能谷间散射;中性杂质散射;位错散射;合金散射)

☆☆电阻率随温度的变化:P110

温度很低时 本征激发可以忽略,载流子主要由杂质电离提供,它随温度升高而增加;散射主要由电离杂质决定,迁移率也随温度升高而增大。电阻率随温度上升而下降,电离杂质散射起主要作用;
温度继续升高(包括室温) ,杂质全部电离,本征激发不明显,晶格振动散射起主要作用,迁移率随温度升高而降低,电阻率随温度上升而增大。
温度继续升高时 本征激发成为主要矛盾,大量本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响,导致电阻率随温度上升而下降。
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欧姆定律的偏移

在强电场情况下,电子的平均运动速率会增大,在平均自由程不变的情况下,从而导致平均漂移时间的减少,从而使得迁移率下降。这样载流子的平均漂移速度(或电流密度)不再和电场成正比关系。而是随着电场的增加,平均漂移速率逐渐达到饱和,这种效应就是强电场下的欧姆定律偏移效应。

背几个图

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导体的能带啥的
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非平衡载流子的漂移和扩散
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