半導(dǎo)體材料ppt課件

1、半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)第一部分 半導(dǎo)體資料半導(dǎo)體資料的相關(guān)問題半導(dǎo)體中電子的能量和形狀均勻半導(dǎo)體均勻半導(dǎo)體中的電流非均勻半導(dǎo)體II. 假設(shè)干重要概念與方程半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)半導(dǎo)體資料的相關(guān)問題晶體中的共價(jià)鍵或共價(jià)鍵+離子鍵: 外層第三殼層電子的能量分裂為兩個(gè)能帶SiGaAs InPNaClCdTe半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)電子親和能、電離能和禁帶寬度gE半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)電子壽命半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)絕緣體、半導(dǎo)體與導(dǎo)體半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)一維空間的自在電子02202mKEEh/P半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)準(zhǔn)自在電子模型)2()(anKEKE半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)光發(fā)射和光吸收初探, 黃金規(guī)

2、那么24. 1)()(meVE半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)晶體中的電子的準(zhǔn)經(jīng)典力學(xué)222)21(KdKEdEEc能帶底部12220dKEdm帶頂有效質(zhì)量為負(fù)：外部作用力+一切原子施加的力已記入有效質(zhì)量中 將帶頂?shù)膽B(tài)看成空穴，以為空穴擁有正有效質(zhì)量，擁有正電荷。半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)本征半導(dǎo)體inpn00半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)非本征半導(dǎo)體nmnmmqmnreVmmnEnqmEEcenceccecn20*0402202020*222204*/053. 04)/(6 .13)4(2根本假設(shè)：1rn足夠大2有效質(zhì)量半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)摻雜能級(jí)半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)受主與空穴nmnmmreVmmnEEcen

3、chvn20*02020*2/053. 0)/(6 .13半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)能帶中電子的態(tài)密度函數(shù)EEmESEmESvdshKdse2/32*22/32*2)2(21)()2(21)(半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)電子與空穴按能量的分布EEmESEEmESvdshcdse2/32*22/32*2)2(21)()2(21)(半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)電子按能量的分布/ )(2/32*2/)2(21)(kTEEdsekTEKKfCKemCeECEn電子的波長(zhǎng)大約是晶格常數(shù)的40倍，電子分布在整個(gè)晶體中半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體2/32*/)(02/32*/)(0)2(2)2(2dshVkTEEVd

4、seCkTEECmNeNpmNeNnvffc)/(200kTEVCigeNNnpn非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體簡(jiǎn)并n型半導(dǎo)體簡(jiǎn)并p型半導(dǎo)體2/002/00*ikTEVAikTECDneNNpnneNNpngg半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)高溫與低溫下的載流子濃度)/(200kTEVCigeNNnpn半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)載流子濃度與溫度半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)雜質(zhì)導(dǎo)致的禁帶變窄CCCEEE0半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)表觀禁帶變窄費(fèi)米能級(jí)的挪動(dòng)*0*gggEEE半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)載流子遷移率電離雜質(zhì)散射與晶格散射半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)雜質(zhì)帶遷移率.)(2max*2optphononEvm強(qiáng)電場(chǎng)遷移率速度飽和效應(yīng)：光學(xué)聲子

5、散射過程引起半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)載流子遷移率多子與少子半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)載流子的產(chǎn)生與復(fù)合半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)載流子的產(chǎn)生與復(fù)合半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)光吸收半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)光發(fā)射半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)光子與聲子 半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)分散系數(shù)與少子的分散長(zhǎng)度半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)外表光照下dxdExpxdxdpqkTpqxJdxdExnxdxdnqkTnqxJfppppfnnnn)()()()()()()()(半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)梯度摻雜非均勻半導(dǎo)體半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)平衡態(tài)時(shí)的費(fèi)米能級(jí)處處相等半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)愛因斯坦關(guān)系 qkTD半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)平衡形

6、狀下的電流半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)非均勻組分半導(dǎo)體(Si:Ge合金電中性條件下的能帶圖平衡時(shí)能帶圖dxdEFdxdEFCevh半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)摻雜與組分梯度變化的半導(dǎo)體(Si:Ge合金平衡時(shí)能帶圖電中性條件下的能帶圖摻雜濃度變化： 價(jià)帶和導(dǎo)帶下移組分梯度變化： 導(dǎo)帶底下移 電子的有效凈電場(chǎng)添加 21CCCEEE半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)II 假設(shè)干重要概念與方程)ln()ln()ln()ln(2/iafiidifavvfdcfckTEvcinNkTEEnNkTEENNkTEENNkTEEeNNng1.假設(shè)干重要概念(1) 載流子濃度與費(fèi)米能級(jí)半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)2遷移率高溫：晶格散射控制T-

7、3/2，對(duì)載流子濃度相對(duì)不敏感；低溫：雜質(zhì)散射控制，強(qiáng)力依賴于載流子濃度。 MOSFET反型層中遷移率遠(yuǎn)低于體遷移率外表遷移率半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)3 分散電流)()(,pnpnpdiffpndiffnqkTDdxdpqDJdxdnqDJ半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)4薄層電阻率5速度飽和pnshshqpqntWLR1;半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)2. 器件中的根本方程1泊松方程2德拜長(zhǎng)度(能帶對(duì)摻雜忽然變化的呼應(yīng)長(zhǎng)度)()()()()(22xNxNxnxpqxdxdadSiSiidSiDdiiSidikTqidSiiNqkTLxNqkTqNdxdenxNqdxdfi222/)(22)()()(半導(dǎo)體器件原理南京大學(xué)3電流密度方程準(zhǔn)費(fèi)密勢(shì))ln(;)()ln(;)(iipppippiinnninnnpqkTdxdqndxdpqpkTdxdqnJnnqkTdxdqndxdn