半导体物理知识要点总结

第一章半导体的能带理论基本概念共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不在局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而电子可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。单电子近似:假设每个电子是在大量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。该势场也是周期性变化的。能带的形成：原子相互接近，形成壳层交替一电子共有化运动一能级分裂（分成允带、禁带）一形成能带能带：晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。价带：P6导带：P6禁带：P5◊导体◊半导体◊绝缘体的能带本征激发：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。空穴：具有正电荷q和正有效质量的粒子电子空穴对有效质量：有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k关系决定。◊载流子及载流子浓度基本理论晶体中的电子共有化运动载流子有效质量的物理意义：当电子在外力作用下运动时，它一方面受到外电场力f的作用，同时还和半导体内部原子、电子相互作用着，电子的加速度应该是半导体内部势场和外电场作用的综合效果。但是，要找出内部势场的具体形式并且求得加速度遇到一定的困难，引进有效质量后可使问题变得简单，直接把外力f和电子的加速度联系起来，而内部势场的作用则由有效质量加以概括，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。第二章半导体中的杂质与缺陷能级基本概念◊杂质存在的两种形式：间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置。替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。◊施主能级Ed和受主能级Ea:被施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。◊杂质浓度施主杂质（n型）：V族杂质在硅、错中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。◊施主电离能：使价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量。n型半导体：主要依靠导带电子导电的半导体。受主杂质：III族杂质在硅、错中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心。◊受主电离能：使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量。p型半导体：主要依靠空穴导电的半导体。◊杂质补偿：施主和受主杂质之间有相互的抵消作用。弗仑克耳缺陷：由于热运动，使一部分原子会获得足够的能量，克服周围原子对它的束缚，挤入晶格原子间的间隙，形成间隙原子，原来的位置变成为空位，这时间隙原子和空位是成对出现的，称为弗仑克耳缺陷。肖特基缺陷：只是在晶体内形成空位而无间隙原子，称为肖特基缺陷。基本理论◊实际半导体与理想半导体的主要区别（作业2-1）受主、施主能级在能带中的位置（作业2-2）第三章半导体中载流子的统计分布基本概念热激发：电子从不断热振动的晶格中获得一定的能量，就可能从低能量的量子态跃迁到高能量的量子态。◊复合：电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定能量，从而使导带中的电子和价带中的空穴不断减少，这一过程称为载流子的复合。热平衡状态：在一定温度下，载流子激发和载流子复合之间建立起动态平衡。◊热平衡载流子：处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。状态密度g（E）：在能带中能量E附近每单位能量间隔的量子态数。费米分布函数f（E）：P60费米能级：P60费米能级的物理意义：费米能级标志了电子填充能级的水平，一般可以认为，在温度不是很高时，能量大于费米能级的量子态基本上没有被电子占据，而能量小于费米能级的量子态基本上被电子占据，而电子占据费米能级的几率在各种温度下总是1/2。如果费米能级较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。玻尔兹曼分布函数：P62（上）多子和少子（多数载流子和少数载流子）：N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴称为多子，N型半导体中的空穴和P型半导体中的电子称为少子。◊非简并性系统：服从玻耳兹曼统计率的电子系统。◊简并性系统：服从费米统计率的电子系统。基本理论载流子统计分布理论（费米能级的物理意义）◊杂质半导体的载流子浓度分布及随温度的变化理论：P70-75◊简并化条件：P83简并半导体不能充分电离；禁带变窄效应。◊禁带变窄效应：P86:当掺杂浓度大于3X1018cm3(即重掺杂时)，禁带宽度变窄了,称为禁带变窄效应。推导与计算半导体载流子浓度计算关系式的推导：1-对导r价)个分为无暇多无暇小的能量间隔的情况有：E~(E+dE)量子态款：dZ=gc(E)dE房源于占提能量为E的量于态的桓率f(E)在能量E〜(E+dE)阙有裁潴于及：f(E)gc(E)dE相所有能量区间中的我瀛子觥湘加，即从导r价j带底r顶j利导《价)带项r底j对证)氐低)(^进行积分，＜列丰导体中导r价j带的裁潴于总及&栽盛子恿数/半导体体卷=栽瀛于m凯=2戒笋s_IMJI^TJ2E—EHOP。F气=Lexp(-^-^)(耳-电>2峪r脚并<0<(Ec-EF)<2J^r弱简并(£；-£»<0简并第四章半导体的导电特性基本概念◊漂移运动：有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动。◊扩散运动：迁移率：P94◊扩散系数：电导率：P94◊载流子的散射：当载流子在半导体中作热运动时，会不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变，这种碰撞称为载流子散射。声子：格波的能量子hw，称为声子。平均自由时间：载流子在电场中作漂移运动时，只有在连续两次散射之间的时间内才作加速运动，这段时间称为自由时间。自由时间长短不一，若取极多次而求得其平均值则称为载流子的平均自由时间。基本理论半导体中载流子运动的欧姆定律：P93（推导）◊载流子的散射理论与散射机构：P96-98推导与计算P93、P103口_七J=nq/jE（7—TIQJLIEJ=Jn+JP=（凹+pq4）Eb=nq拈R人pq◎=pq%bj=gq（■越+Rp）第五章非平衡载流子基本概念◊非平衡载流子浓度：P128陷阱效应：杂质中心具有的积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。◊光注入：用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法称为光注入。电注入：P164由于外加正向偏压作用使非平衡载流子进入半导体的过程称为非平衡载流子的电注入。◊非平衡载流子寿命：P133（下）◊产生率：单位时间和单位体积内产生的电子一空穴对数称为产生率。复合率：单位时间和单位体积内复合掉的电子一空穴对数称为复合率。准费米能级：P131（中）◊直接复合：由电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合过程。

间接复合：非平衡载流子通过复合中心的复合。P134俄歇复合：载流子复合时，把能量传给另一个载流子使之被激发到更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量以声子的形式放出，这种复合称为俄歇复合。基本理论非平衡载流子的注入理论：P128非平衡状态的载流子浓度理论（准费米能级）：P131（中下）复合理论（间接复合的四个过程）：P135俘获电子的过程发射电子的过程俘获空穴的过程发射空穴的过程非平衡载流子的扩散与漂移：P149半导体的电流连续性方程：P151（会解）推导与计算KT%=叽exp%=Ncexp=%expEfuEf%=Ncexp=%expEfuEf=exp（写-E厂=Poexp=rexp[wJ{"j月=盹曳举夏合过程前(EFn夏合过程前(EFn-E^Vo（b）复合过程后W-xd1展(3)Ap⑴=(S)o展(厂)Lpd1jp=0）漂+（七）扩=纫才耳―沿罗_vJ二心+人一q.p3e—qdxk^Td'pqdx别件明1GXOXdnd2n二d\n丁间An瓦=一玖应+四万云*/云一m+务第六章p-n结基本概念空间电荷区：空间电荷所存在的区域称为空间电荷区。J二心+人一q.p3e—qdx耗尽层：P163载流子浓度很小，可以忽略，空间电荷密度等于电离杂质浓度。接触电势差：平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差V。称为pn结的接触电势差或内建电势差。势垒电容：P175扩散电容：P182p-n结的击穿：P183对pn结施加反向偏压增大到某一数值^万穴时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象。隧道效应：粒子具有一定的概率贯穿势垒的现象。基本理论少数载流子扩散及平衡p-n结能带的形成（题四）◊正反向偏置时能带图的变化：P165理想p-n结的基本假设：P166◊电流电压特性关系及其物理含义：P171I

3.推导与计算I同质p-n结的接触电势差的表达式及其计算。n;p(x)=PnoexpEKx)'=建面exp"(x)-gVnpO=n;p(x)=PnoexpEKx)'=建面exp"(x)-gVnpO=nnOexpq^D-q*)PpD=P滴expIrT

[WJ了0以喝IqDpPrfiLK第七章金属和半导体的接触基本概念功函数（作业7-1）◊金属和半导体功函数的意义：金属功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空所需要的最小能量。其大小标志着电子在金属中束缚的强弱，功函数越大，电子越不容易离开的金属。电子亲和能：P191接触电势差：由于接触而产生的电势差。肖特基势垒：金属和低掺杂的半导体接触具有整流特性。形成的势垒称为肖特基势垒。肖特基势垒的宽度与外加电压无关。欧姆接触：当金属和半导体接触时，不产生明显的附加阻抗，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。基本理论肖特基二极管和p-n结二极管的异同（作业P202）（题三-4）◊平衡金属半导体接触的能带图及整流理论图7-5金属与p型半导体接触能带图

第八章半导体表面与MIS结构基本概念表面态：x=0处两边，波函数都是按指数关系衰减，表明电子的分布概率主要集中在x=0处，（即电子被局限在表面附近），这种电子状态称为表面态。图7-5金属与p型半导体接触能带图MIS结构：中间以绝缘层隔开的金属板和半导体衬底组成的装置，在金属板与半导体间加电压时即可产生表面电场。表面势匕：空间电荷层两端的电势差为表面势，以匕表示。堆积状态：（作业8-2）P213耗尽状态：（作业8-2）P215反型状态：（作业8-2）P216平带状态：P214当外加电压匕=0时，表面势匕=0，表面处能带不发生弯曲，称为平带状态。基本理论◊理想MIS结构的满足条件金属与半导体间功函数差为零；在绝缘层内没有任何电荷且绝缘层完全不导电;绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态。外场作用下半导体表面状态的分析（能带图）◊深耗尽非平衡状态的应用理想MIS结构的C-V特性：（作业8-3）P212推导图83南pP半留体构成的理想结梅在在神VCT的衣面势和空间