半导体物理知识点梳理

1、半导体物理考点归纳金刚石1)结构特点：由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成属面心晶系，具立方对称性，共价键结合四面体。配位数为4，较低，较稳定。(配位数：最近邻原子数)d.一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。2)代表性半导体：IV族的C,Si,Ge等元素半导体大多属于这种结构。闪锌矿结构特点：共价性占优势,立方对称性；晶胞结构类似于金刚石结构,但为双原子复式晶格；属共价键晶体,但有不同的离子性。代表性半导体：GaAs等三五族元素化合物均属于此种结构。电子共有化运动：原子结合为晶体时,轨道交叠。外层轨道交叠程度较大

2、,电子可从一个原子运动到另原子中,因而电子可在整个晶体中运动,称为电子的共有化运动。4.布洛赫波：晶体中电子运动的基本方程为申(x)=u(x)ei2兀kxkk，K为波矢，uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数5.布里渊区：u(x)=u(x+na)kk禁带出现在k=n/2a处，即在布里渊区边界上允带出现在以下几个区：第一布里渊区:一l/2avkvl/2a(简约布里渊区)第二布里渊区：-1/ak-1/2a,1/2ak1/aE(k)也是k的周期函数，周期为1/a,即E(k)=E(k+n/a),能带愈宽，共有化运动就更强烈。6.施主杂质：V族杂质在硅，锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电

3、中心，称它们为施主杂质或n型杂质施主能级：将施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级，记为ED。施主能级离导带很近受主杂质：III族杂质在硅，锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心，称它们为受主杂质或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。受主能级离价带很近简并半导体&非简并半导体：若费米能级进入了导带，说明n型杂质掺杂浓度很高(即ND很大)；也说明了导带底附近的量子态基本上被电子所占据了。若费米能级进入了价带，说明P型杂质掺杂浓度很高(即NA很大)；也说明了价带顶附近的量子态基本上被空穴所占据了。此时要考虑泡利不相容原理，而玻尔兹曼分布不适用，必须

4、用费米分布函数。这此情况称为载流子的简并化。发生载流子简并化的半导体称为简并半导体.简并化的标准E-E=0cF0E-E2kTCF0E-E-2kTCF0简并弱简并非简并，低掺杂E可能进入导带底F1.电导率N型半导体的电导率&2.电离杂质散射：单位：西门子/米=nqup型半导体的电导率npqup电离的施主或受主带电，形成库仑势场，它局部地破坏了杂质附近的周期性势场。这一势场就是使载流子散射的附加势场。载流子运动到电离杂质附近时，由于此势场的作用，使载流子的运动方向发生改变。3.晶格散射：在一定温度下，晶格中的原子都各自在其平衡位置附近作微振动。晶格中原子的振动都是由若干不同的基本波动按照波的叠加原

5、理组合而成。这些基本波动称为格波。人们把格波的能量单元hva称为声子。低温下，声学声子与载流子交换能量，只吸收和释放声子.高温下，光学声子与载流子交换能量，由于载流子能量小于光学声子，所以高温下载流子吸收能量hv光。4电中性条件：(N型半导体):低温弱电离区、中间电离区：n0=nD+强电离区：n0=ND高温过渡区：n二N+Pnp-n2高温区：n0=p0TOC o 1-5 h z0D000i直接复合：由电子在导带与价带间直接跃迁而引起的非平衡载流子的复合过程间接复合：电子与空穴通过禁带的复合能级进行复合。7爱因斯坦方程：DkT HYPERLINK l bookmark56 p卩qV=V-V=亠心

6、缓变节：V2kToinaxp-DnpqPDq2nina:x处斜率3单边突变结：j如果一边的掺杂浓度远大于另一边，则P-N结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结叫4.肖克来方程式：二qDn0qDp0=Js(eM-1)jnp+pnsLL5.理想PN结np小注入条件：注入的少数载流子浓度比平衡多子浓度小得多突变耗尽层近似：外加电压在耗尽层上；耗尽层中的电荷由电离施主和电离受主电荷组成；耗尽层外导体电中性；注入的少子在P区，N区作纯扩散运动忽略势垒区内的产生及复合玻尔兹曼边界条件在耗尽层两端，遵守玻尔兹曼边界条件ras-ti0（较小）,Vs0空穴被召回，只剩下未被补偿的带有负电的受主离子；能带向下弯曲

7、，越接近表面，EF离EC越远，空穴浓度越低，且比体内浓度低得多；空穴浓度非常小，使Ei与EF的距离比体内低得多。电场改变方向3.反型层：当在金属和半导体间的正电压进一步增大时，表面大的能带相对体内进一步向下弯曲。表面费米能级位置可能高于禁带中央能量E,即费米能级离导带底比离价带顶更近一些。表面处的电子浓度将超过空穴浓度，形成了与原来半导体衬底导电类型相反的一层，称反型层半导体空间电荷层内的负电荷由两部分组成，一是耗尽层中已电离的受主负电荷，另一部分是反型层中的电子，后者主要堆积在近表面区VG0，Vs0当外加电压增大到使表面电子浓度可以和体内的空穴浓度相比拟时，表面处的电子对电导的贡献就很大，称

8、此时的状态为强反型。同时电子浓度较小的状态称弱反型fig7MISC-Fcurves.Xfeltageisappliedforhemetarelative10the/j-semscDnductor.(a)Lowfrequency,(b)IntcnneiiiRitefreqirency.(c)Highfrequency,(d)Highfroqucncywith血stsweepdepletioft),Flai-bandvoltageofF-0is皐闘umgd1.一种载流子霍尔系数计算R=HEy-JBP型：qE-qvB=0n型:yxz有E=vb=Lbyxzpqz所以有1R=0单位为m3/cHpq2导电

9、类型会判断及载流子浓度计算xZ-qE-qVB=0yxzJ则E=-VB=Byxznqz有R=丄WS：则EFMvEFS,电子从半导体流向金属，形成电子阻挡层WMVWS：EFMEFS，电子从金属流向半导体，形成电子反阻挡层P型半导体WMWS：空穴由金属流向半导体，形成空穴反阻挡层WMVWS：空穴由半导体流向金属，形成空穴阻挡层4亲和能：导带底与真空能级之间的能量差5功函数：费米能级与真空能级之间的能量差六、3霍尔效应定义把通过电流的半导体放在均匀磁场中，设电场沿x方向，电场强度为Ex;磁场方向和电场垂直，沿Z方向，磁感应强度为BZ,则将产生一个新的横向电场Ey，此电场垂直于电场及磁场的+y或-y方向

10、。这一现象称之为霍耳效应。4磁阻效应定义磁场存在时，不仅影响半导体的电场（即产生霍耳电场），还影响半导体的电阻。使沿外加电场方向的电流密度有所降低，半导体电阳增大，这个现象称磁阳效应。5两种载流子RH分析图令b=un/up,有本征时，n=p,unup=bl,则RHVO。高阻型半导体（即n,p差别不太大）N半导体：b2nP,b1,RHV0P半导体_仔2鬧如一”*.低温时，Pn,Pnb2,RH0温度升高，p=nb2时，RH=0温度升高pnb2,RHV0。七、本征吸收限hv是引起本征吸收的最低限度的光子能量。当低于V或大于波长时，就不能产生本征吸收，这种吸收系数显著下降的特定波长V（或特定的角频率）。光生伏特效应用适当波长的光照非均匀半导体（p-n结）时，由于内建场的作用，结两边的光生载流子受该电场的作用，各自向相反方向运动：P区电子穿过PN结进入N区，N区空穴穿过PN结进入P区，使P端电势升高，N端