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文档简介

1、半导体物理基础(电子工程学物理基础第4章),唐洁英东南大学电子科学工程学院,概述,晶体,导体,绝缘体,半导体,连接器104105SCM-1,Insulator 10-1810,如何?应用?电荷注入、半导体的优点、本过程、半导体器件的发明和应用,极大地改变了近50年人类历史发展的过程,今天的计算机、手机、数码录音机等大部分电子产品与半导体有着非常密切的关系。进入21世纪后,半导体元件无处不在,成为构建信息化社会的基石。半导体的优点,电子控制,温度,湿度变化,人为掺杂,照明,家电,磁场,为什么?怎么办?应用?电荷注入,本过程,半导体芯片,集成,分离,电路中所需的晶体管,二极管,电阻MOS晶体管结构

2、图,晶体管,NMOS,NPN双极管,材料选择,移动度,大小确定,结构设计,加工过程,元素.Zincblende Lattice(闪锌晶格)ZnS,GaAs,InP,CuF,SiC半导体晶体结构(Crystal structure),GaN,AlN,Miller Indices,热扩散形成的p-n结,基本区域由二次扩散形成。为了保证结表面平整,原子分布必须均匀。晶体在(111)晶面上的原子分布最均匀。应用实例,(100)晶面、双极晶体管平面、(111)晶面、半导体原子状态和电子状态、各种半导体器件内部电子过程的学科、半导体物理固体物理学的一个分支、与其他过程的关系、物理基础、半导体物理、半导体集

3、成电路、电子器件场效应管.CPU、内存、计算放大器、模数转换器、音频视频处理.波段、费米能级、迁移率、扩散系数、器件寿命、PN接头、金半接触.晶体结构、薛定谔方程、波段理论本课程主要参考书目电子工程学物理基础第二版糖结英宋经电子工业出版社4-5章半导体物理第六版柳恩科电子工业出版社1-6章,第七章部分,第四章半导体中电子的状态,4.1电子的分布,4.2流子的调节(掺杂),4.2、载体生成、热平衡状态的分布、数量(浓度)、载体运动规律、第五章半导体的电子控制、5.1半导体和外部作用、5.2半导体和半导体、5.3半导体和金属、5.4半导体和绝缘体、结构变化、特性不同的第四章半导体的电子状态定性分析

4、,Si的核外电子阵列:1s22s22p63s23p2,(E-k关系),定量分析,E-K,周期,E-X,电子主要存在于上频带底部,空白空间主要存在于下频带顶部,E-X ,如果电子在外场得到的动量大于电子传递给晶格的动量,则有效质量大于0,相反,有效质量小于0。准经典粒子、有效质量应对内部周期势能场的作用、结、空间分布、能量分布、E-X、E-K、晶体、导体、绝缘体、半导体、波段不满(a)万台情况(2)绝缘体:波段只有万带和空带;(3)半导体:波段只有万带和空带,但是频带宽度窄,通常小于2ev。是,典型元素半导体Si,P带是不满带,Si的核外电子阵列:1s22s22p63s23p2,4N个量子状态,

5、12N个量子状态,2 .假设把电子放入近万台和孔、价台、传导台、近万台和空穴、*近万台电流、=0、*空K状态。该电子的电流为-qv(k),(1)空穴有正电荷,具有空穴的特征,(2)空穴的有效质量为正。结论:万台附近有空状态K时,统称为载体,电子,孔,传导带,价格范围,3 .典型的半导体Si,Ge,GaAs的波段结构,旋转共振实验测量,共性,个性,理论(如实验,半导体中的电子)连续变化B,由共振吸收光谱确定,共振吸收发生,si:eg=1.17ev,间接带隙半导体,T=300 K,1.12eV,0.67eV,1.42 eV,带最小值位置,K空间,6椭球体?中布里渊区是绝角八面体吗?硅,布拉菲晶格,反转晶格,第一个布里渊地球,布里渊地球是一个绝角八面体吗?面心立方,自由电子,晶体中电子,(各向异性),(诱导带底部附近),诱导带底部附近的等能量面是椭球体,对称,对应于100 6个等效晶体方向的位置是能量最小值,6个椭球等能量面,沿锗的诱导带底部等能量面形状,沿轴8个椭球,在第一子系统地区实际上是4个椭球,锗,等效晶体方向是8,传导带最小值是布里圆孔中心,等能量面是1,电子对能量等级的充电决定晶体的导电性。2.半导体有孔,有特征,3 .统称为柚子、电子、洞、

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