1 半导体材料.ppt

1、,半导体器件原理,南京大学,第一部分 半导体材料,半导体材料的相关问题 半导体中电子的能量和状态 均匀半导体 均匀半导体中的电流 非均匀半导体 II. 若干重要概念与方程,半导体器件原理,南京大学,半导体材料的相关问题 晶体中的共价键（或共价键+离子键）: 外层（第三壳层）电子的能量分裂为两个能带,Si,GaAs,InP,NaCl,CdTe,半导体器件原理,南京大学,电子亲和能、电离能和禁带宽度,半导体器件原理,南京大学,电子寿命,半导体器件原理,南京大学,绝缘体、半导体与导体,半导体器件原理,南京大学,一维空间的自由电子,h/P,半导体器件原理,南京大学,准自由电子模型,半导体器件原理,南京

2、大学,光发射和光吸收初探, 黄金规则,半导体器件原理,南京大学,晶体中的电子的准经典力学,能带底部,带顶有效质量为负：外部作用力+所有原子施加的力（已记入有效质量中） 将带顶的态看成空穴，认为空穴拥有正有效质量，拥有正电荷。,半导体器件原理,南京大学,本征半导体,半导体器件原理,南京大学,非本征半导体,基本假设： （1）rn足够大 （2）有效质量,半导体器件原理,南京大学,掺杂能级,半导体器件原理,南京大学,受主与空穴,半导体器件原理,南京大学,能带中电子的态密度函数,半导体器件原理,南京大学,电子与空穴按能量的分布,半导体器件原理,南京大学,电子按能量的分布,电子的波长大约是晶格常数的40倍

3、，电子分布在整个晶体中,半导体器件原理,南京大学,非简并半导体,非简并半导体,简并n型半导体 简并p型半导体,半导体器件原理,南京大学,高温与低温下的载流子浓度,半导体器件原理,南京大学,载流子浓度与温度,半导体器件原理,南京大学,杂质导致的禁带变窄,半导体器件原理,南京大学,表观禁带变窄（费米能级的移动）,半导体器件原理,南京大学,载流子迁移率（电离杂质散射与晶格散射）,半导体器件原理,南京大学,杂质带迁移率,强电场迁移率 速度饱和效应：光学声子散射过程引起,半导体器件原理,南京大学,载流子迁移率（多子与少子）,半导体器件原理,南京大学,载流子的产生与复合,半导体器件原理,南京大学,载流子的

4、产生与复合,半导体器件原理,南京大学,光吸收,半导体器件原理,南京大学,光发射,半导体器件原理,南京大学,光子与声子,半导体器件原理,南京大学,扩散系数与少子的扩散长度,半导体器件原理,南京大学,准费米能级（表面光照下）,半导体器件原理,南京大学,梯度掺杂,非均匀半导体,半导体器件原理,南京大学,平衡态时的费米能级处处相等,半导体器件原理,南京大学,爱因斯坦关系,半导体器件原理,南京大学,平衡状态下的电流,半导体器件原理,南京大学,非均匀组分半导体(Si:Ge合金）,电中性条件下的能带图,平衡时能带图,半导体器件原理,南京大学,掺杂与组分梯度变化的半导体(Si:Ge合金）,平衡时能带图,电中性

5、条件下的能带图,掺杂浓度变化： 价带和导带下移 组分梯度变化： 导带底下移 电子的有效净电场增加,半导体器件原理,南京大学,II 若干重要概念与方程,1.若干重要概念 (1) 载流子浓度与费米能级,半导体器件原理,南京大学,（2）迁移率 高温： 晶格散射控制（T-3/2），对载流子浓度相对不敏感； 低温： 杂质散射控制，强力依赖于载流子浓度。 MOSFET反型层中迁移率远低于体迁移率（表面迁移率）,半导体器件原理,南京大学,（3） 扩散电流,半导体器件原理,南京大学,（4）薄层电阻率 （5）速度饱和,半导体器件原理,南京大学,2. 器件中的基本方程 （1）泊松方程 （2）德拜长度(能带对掺杂突然变化的响应长度）,半导体器件原理,南