半导体物理复习(刘恩科)

1、第一章金刚石结构：两个相同原子姐成的面心立方沿对角线方向位联V1 11 后嵌套而成。配位数为4。以双原子层的形式按ABCABC顺序堆垛；正四面体中心与顶点原子不等价。闪锌矿结构：与金刚石结构类似，两个不同原子姐成的面心立方沿对角线方向位移*111 后嵌套而成。交错结构。纤锌矿结构：由排六方结构;重结构负电性：X=0.18 ( E1+E2 ) E1 ：原子第一电子电毒隹；E2 ：原子第一电子亲和能毒子性：Paulllng寓子性尺度(XA-XB) “ =1 G 40.785寓子晶体 fi 0.785闪锌矿成纤锌矿结构；极性共价健结合能带：N个原子姐成鼻体,孤立原子的等个能级分裂成N个能上准连续的能

2、级集合，即允带；相邻允带之间禁止电子填充的禁带；单电子近似：时晶体中某一电子，所有其他电子对它的作用简化为原子实构成的周期性势场 上加一个平均场；简约布里渊区：第一布里渊区a/2kva/2;长度为1/a倒格矢；简约布区中的波矢被称为简约波矢；金刚石结构第一布区为R角八面体；价带:绝对零度时被电子占满的能最高的能带；其最高能态Ev被称为价带顶；导带：绝对零度未被电子占辆或全空的能量最低的隹带，其最低能态Ec被称为导带底； ：电子不能占据的能区间，宽度Eg = EC - Ev绝缘体：Eg大使价带电子很难被激发到导带，导带无导电电子，所以不导电；半导体：Eg较小，室温下有一些价带电子激发到导带，导带

3、中有电子，并在价带中留下空穴；O金属：导带半辆，参与导电电子很多，电阻率低；空穴：价带电子激发到导带后，价带顶附近出现的空的量子态;准动，：p=ftk有效质.：晶体中电子加速度当=W（W睢* = （）F称mn为有效质.半导体E（k）k关系：导带底，略去高阶展开可得1?,力 2DIX Dly DlZE(k) = E 式 0) + - (4%叫=0总=E(0) + 立方对称时（与=%（。） + 14私班=店=（。） +:武1 l/dzEj价带顶,同理可得有效质量速义：考虑了半导体内部势场对载流子的作用，讨论外电场下载流子运动规律可以 不再考虑内部势场的作用导电电子：只有未辆带电子能在外场作用下K空

4、间不对称分布产生电流；空穴导电：k态未被电子占据时，其它所有价带电子的导电状态等效于一个带正电e ,正有 效质的准粒子的导电性为半导体载流子：电子与空穴；多数载流子与少数载流子；第二章本征半导体：纯净（无杂质X完整（无缺陷）的半导体。普位式杂质：杂质原子与晶格原子大小相近，杂质替换原来品格格点上的原子 间隙式杂质：杂质原子半径较小，杂质位于本征品格的空隙中施主杂质：向晶体中提供多余未配对电子，电子电毒后剩下不可动正电中心；施主电离能：AEd = Ec-Ed EgjED为施主能级N型半导体：多数载流子为电子的杂质半导体受主杂质：结够接受晶格中的电子形成不能移动的负毒子杂质受主电毒能：AEa =

5、Ea - Ev EgEA受主能级；类氢横型:氢第一电U能：E。=蓝:13.6施当质第一电毒能：AEd = -盍金=受主杂质第一电寓能：阻=痂=M斜。深傕级杂质：在SI , Ge中产生的杂质能级远离导带底与价带顶，位于禁带中间附近的杂质。多数起气合中心的作用点缺陷：空位；间隙原子；善换是杂质与间隙式杂质； 线缺陷:位错第三章费米分布函数：f（E）= gTEF 14-ekBT费米分布函数成立条件：电子近似独立；服从量子力学规律；电子是全同的；受泡利不相容限制。导带底有效状态由度：Nc2（2mikBT）3/2ec-ef导带电子浓度：n = Nc kfiT馀带顶有效态由度：Nv_ 2（2mjkBT）3

6、/2EyEp价带空穴浓度:E（2EpEyEp本征费米能级：由no = po律Nc kRT = Nv kfiT BEiCEc+EJ + krlng）第二项第一项所以El位于裳带中间附近EfFEEf P =% kT n+ 财Dfxp（一钻一 _NaPa 1+2 exp（一皆）电子与空穴浓度另一种表示：n = Ili kT电毒旅主杂质浓度：电毒受主杂质浓度： 电中性条件：热平衡下半导体不带电11 + g + Ud = P + 岫 + Pa弱电寓区:多数杂质未电毒，本征电富更少忽略不计中等电鹰区：Et Ed 1/3杂质电寓强电毒区：ED - EF kT ,杂质完全电毒过渡区：饱和电离与本征激发之间的区

7、域 高温本征区：本征激发远远大于杂质电毒，认为110 = Po第四章欧姆定律徼分形式：J = nE31移速度与迁移率：j = uqv 4- pqupvn = vp = npEi =+ pqp）E。=uq/% + pqp我流子散射：晶格热振动；晶体缺陷；电离杂质形成附加势场漂移运动：鼓流子在外场作用下的定向运动平均自由时间t ：假设t=0时遭遇散射载流子N。，t时刻未被二次散射N ,贝耻-t + dt内被 散射的截流子数dN正比于dt和N即-视a N康绘 =积分得：N = No可葡可（T评0“（-3 dt=r载流子平均自由时间等于散射几率倒数散射机制：1 .电毒杂质散射（庠伦散射）声学波散射2

8、,晶格振动散射光学波散射2电导率、迁移率与平均自由时间关系：n = *%t = ne = 景/nq2Tp=而与5%=可迁移率与杂质和温度的关系：低播杂：晶格散射为主T ?后以低温时杂质散射为主TT后pT离掺杂：高温时鼻格散射为主11后m霍尔系数：RHn =9Rhp=,弛豫时间近似：假定电子只在时间t内自由运动，散射后又恢:到无规则的分布，即分布函 数恢室到fo可得：（韵$ = 一早玻尔兹曼方程油弛豫时间近似化简得v - Vff - （E + v x B）- Vfef = 一匕第五章非平衡毂流子：外界因索作用下系统比同样热平衡态增加的栽流子，也称过剩载流子非平触流子的董合：外界因素撤出后，半导体

9、由非平衡态恢夏到平衡态，非平衡截流子消 失的过程。非平衡截流子寿命T ：撤出外界因素后非平衡载流子平均存在时间。为非平衡载流子气合几 率 准费米能级：非平衡时不存在统一的费米能级，分别引入导带费米能级和价带费米能级，它 们都是局部费米能级,被称为准费米熊级vfc- /a .Ui * dii - d mOndE An连续性方程.标=DnQ-HnE嬴一 All菽一三+ g“非平衡较流子扩散：。/dp加=一於非平衡少子平均扩散长度：L = 际n tf2Ap Ap(x)无阴原样品扩散：Dv -5-7 =一H 小X4 T通解Ap = Aexp (- 3)+ Bexp()代入Ap(O) = Ap0 Ap(

10、oo) = 0得 Ap(x) =Apoexp(-)Lp有限厚度W ：代入新的边界条件Ap(O) = ApoAp(w) =0 TOC o 1-5 h z wwApoexp()-Ap()e 印(-) HYPERLINK l bookmark40 o Current Document A 二父 b =2sinh() 2sinh()LpLpPo。(喘)P - sinh(p)( p)LPdp Dp，P = 一%右=巨皿爱因斯坦关系（同+ jn （约=0in (旬=oE = nxennE = -eDn案乜dVe = F所以 u(x) = Ncexpic*x)-kTdn , 、 e ed = nWkfE=kTDn接气合：电子由导带接通过禁带跃迁到价带空穴 系合中心：由杂质或缺陷在禁带中引入的局域化能级间接无合：导带电子经系合中心，再跃迁到价带与空穴成对消失的过程表面短合：发生在表面的无合（间接气合的一种）由表面缺陷提供短合中心俄鼠11合：载流子由