半导体物理器件（吉林大学-孟庆巨）第三章第一部分

半导体器件物理吉林大学电子科学与工程学院

孟庆巨

mengqj@13331778341043185168381教材半导体器件物理孟庆巨刘海波孟庆辉编著科学出版社2005年1月出版2006年3月第三次印刷课程简介本课程结合一些主要的、常见的半导体器件介绍了半导体器件的基本结构、基本工作原理、基本性能和基本制造工艺。本课程是微电子、光电子、电子科学与技术等专业的主干专业基础课，是国家重点学科微电子学与固体电子学吉林大学硕士研究生入学考试科目。本课程是2005年吉林大学和吉林省精品课程，2007年被评为中华人民共和国教育部国家精品课程（/校内办公/教学在线/教学资源平台/国家精品课/半导体器件物理与实验）讲授内容第一章半导体物理基础第二章PN结第三章双极结型晶体管第四章金属-半导体结第五章结型场效应晶体管和肖特基势垒场效应晶体管第六章MOS场效应晶体管第七章太阳电池与光电二极管第八章发光管与半导体激光器第一章半导体物理基础

1.2载流子的统计分布导带电子浓度（1-57）其中称为导带有效状态密度价带空穴密度（1-60）其中称为价带有效状态密度导带电子浓度和价带空穴浓度之积（1-64）式中为禁带宽度。与温度有关，可以把它写成经验关系式（1-65）于是（1-66）其中为常数本征半导体n＝p于是

称为质量作用定律。利用和，也可以把电子和空穴浓度写成下面的形式只有一种杂质的半导体N型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度等于施主浓度而温度升高，费米能级逐渐远离导带底。

P型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度为费米能级杂质补偿半导体在的半导体中，

相应的费米能级为和在的半导体中相应的费米能级为1.5.3流密度和电流密度在漂移和扩散同时存在的情况下，空穴和电子的流密度分别为电流密度分别为在一维情况下，空穴和电子的电流分别为式中A为电流垂直流过的面积。（1-135）

（1-132）

（1-133）

（1-134）

（1-136）

（1-137）

1.5.4非均匀半导体中的自建场半导体中的静电场和势非均匀半导体和自建电场电场定义为电势的负梯度电势与电子势能的关系为可以把电场表示为（一维）取表示静电势。与此类似，定义为费米势。(1-138)

（1-140）

（1-141）

（1-142）

于是式中称为热电势.在热平衡情况下，费米势为常数，可以把它取为零基准，于是

（1-145）

（1-146）

（1-143）

（1-144）

非均匀的杂质分布会在半导体中引起电场，称为自建电场。在热平衡情况下，由

对于N型半导体，有对于P型半导体，有

(1－145）（1-146）

（1-150）

（1-151）

（1-152）

（1-153）

1.6非平衡载流子在非平衡状态下可以定义和两个量以代替，使得式中和分别称为电子和空穴的准费米能级，和分别为相应的准费米势：（1-162）

（1-163）

修正的欧姆定律

（1-166）式和（1-167）式称为修正的欧姆定律，其中分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散的综合效应。从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即）是电流为零的条件。处于热平衡的半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的费米能级。（1-166）

（1-167）

通过复合中心的复合:为简单计，假设复合中心对电子和空穴的俘获系数相等。净复合率可写成或表面复合率（1-207）

（1-208）

（1-209）

（1-210）

半导体中的基本控制方程连续性方程利用电流密度表达式，（1-211）式和（1-212）式可以分别写成在一维情况下，

（1-211）

（1-212）

（1-213）（1-214）（1-218）（1-219）泊松方程在饱合电离的情况下设空间电荷所形成的电势分布为，则与之间满足泊松方程式中为相对介电常数

为自由空间电容率，其数值为方程（