東南大學(xué)半導(dǎo)體物理課件

1、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)(Elementary Semiconductor Physics)第一章第一章 半導(dǎo)體的一般特性半導(dǎo)體的一般特性 （Basic Semiconductor Properties）1 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體能帶（導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體能帶（ enery band）2 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 (Conductivity)介于導(dǎo)體與絕緣體之間介于導(dǎo)體與絕緣體之間導(dǎo)體導(dǎo)體 104105 scm-1絕緣體絕緣體 10-18 10-10 scm-1半導(dǎo)體半導(dǎo)體 10-10 104 scm-1與溫度、光照、濕度等密切相關(guān)與溫度、光照、濕度等密切相關(guān)3 半導(dǎo)體材料種類半導(dǎo)體材料種類（1）元素）

2、元素 （ Elemental）（2）化合物）化合物 （ Compounds）（3）合金）合金 （Alloys）P 2 Table 1.1指兩種或多種金屬混合，形成某種化合物4 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) Crystal structure金剛石結(jié)構(gòu)：金剛石結(jié)構(gòu)：Si、Ge。閃鋅礦結(jié)構(gòu)：閃鋅礦結(jié)構(gòu)：ZnSZnS、GaAsGaAs、InPInP。P 12晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)P 16 Table 1.6晶面間距晶向夾角222lkhad21222222212121212121)()cos(lkhlkhl lkkhh5 能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)準(zhǔn)自由電子模型緊束縛模型克龍尼克克龍尼克-潘納模型潘納模型 (

3、Kronig-Penney model)將晶體勢場看作是由方形勢阱勢壘周期性排列組成將晶體勢場看作是由方形勢阱勢壘周期性排列組成. 0000 xbVcxxV n為任意整數(shù)n為任意整數(shù)nanax xV Vx xV V在其它區(qū)域在其它區(qū)域, 代代入入定定態(tài)態(tài)薛薛定定諤諤方方程程x xu ue ex x將將i ik kx x xExxVdxdm2220222222ukVEmdxduikdxud得分區(qū)域求解上述方程分區(qū)域求解上述方程kaaaaPcoscossin22abP222mE禁帶出現(xiàn)在：禁帶出現(xiàn)在：2,2,1,1,n na an n, , ,a a2 2, ,a ak k第一布里淵區(qū)：第一布里淵

4、區(qū)：aa第二布里淵區(qū)：第二布里淵區(qū)：aaaa2,2對稱性對稱性 E（k）=E（-k） a a2 2n nk kE Ek kE E周期性周期性等能面等能面 （Constant-Energy Surface）zzzyyyxxxmkkmkkmkkkEkE20202020)()()(2)()(金剛石結(jié)構(gòu)的第一布里淵區(qū)金剛石結(jié)構(gòu)的第一布里淵區(qū)等能面等能面 （Constant-Energy Surface） Ge、Si、GaAs硅導(dǎo)帶底附近等能面是100方向的旋轉(zhuǎn)橢球面。E-k 關(guān)系圖（關(guān)系圖（Ge、Si） 3.3.2p75鍺：Eg=0.74eV硅:Eg=1.17eVE-k 關(guān)系圖（關(guān)系圖（GaAs）Ga

5、As:Eg=1.42 eV第二章第二章 平衡載流子的統(tǒng)計分布平衡載流子的統(tǒng)計分布2.1 本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體 （4.4.3）1 .本征半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體（intrinsic semiconductor）本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體:是指一塊沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體是指一塊沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體.（Equilibrium Carrier Statistics）本征激發(fā)本征激發(fā): T0K時時,電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶,同時價同時價 帶中產(chǎn)生空穴帶中產(chǎn)生空穴. n0=p0 =ni n0 p0 =ni 2 ni -本征載流子濃度本征載流子濃度*從從si的共價鍵平面圖看的共

6、價鍵平面圖看: P15:1S22S22P63S23P3 P有五個價電子,其中四個與周圍的四個Si原子形成共價鍵,多余的那個價電子束縛在正電中心P+的周圍. 這種束縛比共價鍵的束縛弱得多這種束縛比共價鍵的束縛弱得多, ,只要很少的能量就可以只要很少的能量就可以使它掙脫束縛使它掙脫束縛, ,成為導(dǎo)帶中的自用粒子成為導(dǎo)帶中的自用粒子. .這個過程稱這個過程稱雜質(zhì)電離雜質(zhì)電離. .2. 摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體(Doped /extrinsic Semiconductor)(1)施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) （Donor） n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 族元素硅、鍺中摻族元素硅、鍺中摻族元素族元素,如如P: * *從從SiSi

7、的電子能量圖的電子能量圖看看: :結(jié)論結(jié)論: :磷雜質(zhì)在硅、鍺中電離時，能夠釋放電子而磷雜質(zhì)在硅、鍺中電離時，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心。這種雜質(zhì)稱產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心。這種雜質(zhì)稱施主雜施主雜質(zhì)質(zhì) 。摻施主雜質(zhì)后，導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子增多，增。摻施主雜質(zhì)后，導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子增多，增強了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。強了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。主要依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱n型半導(dǎo)體。nmqEn12)4(2204電離能的計算電離能的計算:氫原子氫原子（2）受主雜質(zhì)）受主雜質(zhì) (Acceptor) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體族元素硅、鍺中摻族元素硅、鍺中摻族元素族元素,如如硼（B）:*從從si的共價鍵平面圖

8、看的共價鍵平面圖看:B B1313:1S:1S2 22S2S2 22P2P6 63S3S2 23P3P1 1 B B有三個價電子有三個價電子, ,當(dāng)它與周圍的四當(dāng)它與周圍的四個個SiSi原子形成共價鍵時，必須從別原子形成共價鍵時，必須從別處的硅原子中奪取一個價電子處的硅原子中奪取一個價電子, ,共價共價鍵中缺少一個價電子，產(chǎn)生空穴。鍵中缺少一個價電子，產(chǎn)生空穴。硼原子接受一個電子后，成為帶負(fù)硼原子接受一個電子后，成為帶負(fù)電的硼離子。電的硼離子。 B B- - 負(fù)電中心負(fù)電中心. . 小結(jié)：純凈半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主雜質(zhì)電離，使價帶小結(jié)：純凈半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主雜質(zhì)電離，使價帶中的

9、導(dǎo)電空穴增多，增強了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。主要依靠價帶中的導(dǎo)電空穴增多，增強了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。主要依靠價帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。*從從Si的電子能量圖看的電子能量圖看:（3）雜質(zhì)的補償作用）雜質(zhì)的補償作用半導(dǎo)體中同時存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，它們之間有相互半導(dǎo)體中同時存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，它們之間有相互抵消的作用抵消的作用雜質(zhì)補償作用雜質(zhì)補償作用。*當(dāng)當(dāng)ND NA時，時，n= ND- NA ND 半導(dǎo)體是半導(dǎo)體是n型型*當(dāng)當(dāng)NDNA時，時， p= NA- ND NA 半導(dǎo)體是半導(dǎo)體是p型型*當(dāng)當(dāng)ND NA時，時， 雜質(zhì)的高度補償雜質(zhì)的高度補償ND施主雜質(zhì)

10、濃度施主雜質(zhì)濃度 NA受主雜質(zhì)濃度受主雜質(zhì)濃度 n導(dǎo)帶電子濃度導(dǎo)帶電子濃度 p價帶空穴濃度價帶空穴濃度2.2 Carrier Statistics半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布 (4.4) 載流子濃度=(狀態(tài)密度g(E) 分布函數(shù)f(E)dE)/V狀態(tài)密度g(E)單位能量間隔中的量子態(tài)數(shù)（能級數(shù)）分布函數(shù)f(E)能量為E的量子態(tài)被一個粒子占據(jù)的幾率.1. Electorn concentration (導(dǎo)帶中的電子濃度) *狀態(tài)密度狀態(tài)密度(Density of states)：金屬自由電子金屬自由電子g(E) 半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子gc(E) 2123)(243cnE

11、EhmVEg 2123324EhmVEg*分布函數(shù)分布函數(shù)f(E)半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子按能量的分布服從費米統(tǒng)計分布。 TkFEEeEf011 TkEEFFeEfTkEE0,0當(dāng)玻爾茲曼分布fermi function非簡并半導(dǎo)體（nondegenrrated semiconductor）簡并半導(dǎo)體（degenrrated semiconductor） TkEcEtop0/E）（引入d dE E) )E E- -( (E Ee eh h2 2m m4 4d dE EE Ef fE Eg gV V1 1V VN Nn n2 21 1c cT Tk kE EE EE E3 3n nE EE Ec c0

12、 00 0F Fc c2 23 3t to op pc cd dE Ee eh h2 2m m4 4n n0 03 3n n0 02 23 3topTkEETkFc21)exp()(02/30*導(dǎo)帶電子濃度導(dǎo)帶電子濃度n令令 Etop 則則top 2)exp()()exp()(02/3002/3021TkEETkTkEETkFcFc3 3n n0 03 3n n0 0h h2 2m m4 4d dE Ee eh h2 2m m4 4n n2 23 32 23 3TkEEcTkEEnFcFceNehTkm00233022導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度Nc電子占據(jù)量子態(tài)Ec的幾率*狀態(tài)密度：狀態(tài)密度： 212

13、3)(243EEhmVEgVpV2. Hole concenteation (價帶中的空穴濃度價帶中的空穴濃度)*分布函數(shù)分布函數(shù)fV(E） 1110TkEEVFeEfEffV(E）表示空穴占據(jù)能態(tài)）表示空穴占據(jù)能態(tài)E的幾率，即能態(tài)的幾率，即能態(tài)E不被電子占據(jù)的幾率。不被電子占據(jù)的幾率。 TkEEFFeEfTkEE00當(dāng)*價帶空穴濃度價帶空穴濃度p0 TkEEpVEEVVFVbottomehTkmdEEfEgVp023300221價帶的有效狀態(tài)密度Nv價帶頂部EV態(tài)被空穴占據(jù)的幾率3.施主能級上的電子濃度施主能級上的電子濃度*狀態(tài)密度狀態(tài)密度=所摻施主雜質(zhì)的濃度所摻施主雜質(zhì)的濃度ND(E=ED

14、)*分布函數(shù)分布函數(shù)fD(E）: 施主雜質(zhì)能級與導(dǎo)帶中的能級不施主雜質(zhì)能級與導(dǎo)帶中的能級不同同,只能是以下兩種情況之一只能是以下兩種情況之一: (1) 被一個有任一自旋被一個有任一自旋方向的電子所占據(jù)方向的電子所占據(jù); (2) 不接受電子不接受電子. 11021TkEEDFDeEf*施主能級上的電子濃度施主能級上的電子濃度nD TkEEDDDDFDeNEfNn0211電離了的施主濃度電離了的施主濃度( ionized donors )TkEEDDDDDFeNnNN0214.受主能級上的空穴濃度受主能級上的空穴濃度*狀態(tài)密度狀態(tài)密度=所摻受主雜質(zhì)的濃度所摻受主雜質(zhì)的濃度NA(E=EA) 1211

15、0TkEEAAFeEf*受主能級上的空穴濃度受主能級上的空穴濃度PA： TkEEAAAAAFeNEfNP0211*分布函數(shù)分布函數(shù)fA(E）（空穴占據(jù)受主能級的幾率）（空穴占據(jù)受主能級的幾率）:TkEEAAAAFAeNPNN021電離了的受主雜質(zhì)濃度電離了的受主雜質(zhì)濃度( ionized acceptors )TkEEcFceNn00TkEEvvFeNp00TkEEDDDFeNN0211TkEEAAFAeNN0211分析：分析：1. n0 、p0的大小的大小 與與 T、 EF有關(guān)有關(guān)TkEVcTkEEVcgVceNNeNNpn00002EF 的高低反映了半導(dǎo)體的摻雜水平。的高低反映了半導(dǎo)體的摻

16、雜水平。3 n0 與與p0的乘積與的乘積與EF無關(guān)即與摻雜無關(guān)。無關(guān)即與摻雜無關(guān)。4. Charge Neutrality Relationship(電中性關(guān)系電中性關(guān)系)1. intrinsic semiconductor2.3 Concentration and EF Calculations 本征半導(dǎo)體的電中性方程本征半導(dǎo)體的電中性方程: n0=p0 = niTkEEVTkEECVFFCeNeN00兩邊取對數(shù)并整理兩邊取對數(shù)并整理,得得:npVCCVVCFmmTkEENNTkEEEln4321ln212100P 125 4。5（載流子濃度和（載流子濃度和EF的計算）的計算）npVCimm

17、TkEEEln43210eVTkmmnp026. 0:, 21ln0室溫下一般VCiEEE21結(jié)論結(jié)論:本征半導(dǎo)體的費米能級本征半導(dǎo)體的費米能級Ei基本位于禁帶中央基本位于禁帶中央.本本征半導(dǎo)體的費米能級征半導(dǎo)體的費米能級EF一般用一般用Ei表示表示Intrinsic carrier concentration ：(本征載流子濃度本征載流子濃度)niTkEVCigeNNpnn02121200)()(結(jié)論結(jié)論:本征載流子濃度本征載流子濃度ni隨溫度升高而增加隨溫度升高而增加. lnni1/T基基 本是直線關(guān)系本是直線關(guān)系.電中性方程電中性方程: DANpNn00以施主為例來分析：DNn0分溫區(qū)討

18、論：(1)低溫弱電離區(qū)低溫弱電離區(qū)0,0pNNDD電中性方程電中性方程 DNpn00TkEEDTkEEDDFDDFeNeNN0021212. extrinsic semiconductor (非本征/雜質(zhì)半導(dǎo)體)Freeze-outTkEEDTkEECFDFCeNeN002兩邊取對數(shù)并整理兩邊取對數(shù)并整理,得得:)2ln(21210CDDCFNNTkEEEED起了本征EV的作用TkECDTkEECDTkETkECTkEECDDCFCFCeNNeNNeeNeNn02102100022022載流子濃度:(2)中溫強電離區(qū)中溫強電離區(qū)0,0pNNDD電中性方程電中性方程 DNn 0DTkEECNeN

19、FC0兩邊取對數(shù)并整理兩邊取對數(shù)并整理,得得:)ln(0CDCFNNTkEE載流子濃度:DNn 0(本征激發(fā)不可忽略)電中性方程電中性方程 020nnpi(3)過渡區(qū)過渡區(qū)00pNnD24220iDDnNNn200inpn又n0-多數(shù)載流子 p0-少數(shù)載流子(4)高溫本征區(qū)高溫本征區(qū)(本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子遠(yuǎn)多于雜質(zhì)電離產(chǎn)生的載流子)電中性方程電中性方程 00pn CVVCiFNNTkEEEEln21210載流子濃度:00pn 溫溫 區(qū)區(qū) 低溫 中溫 高溫 費米能級費米能級 載流子濃度載流子濃度)2ln(21210CDDCFNNTkEEETkECDDeNNn021202)ln(0CDCFNNTk

20、EEDNn 0CVVCiFNNTkEEEEln21210TkEVCigeNNnpn021200（1）n T分析、討論分析、討論TkECDDeNNn021202DNn 0TkEVCigeNNn0212（2）EF T（3）EF 摻雜（摻雜（T一定，則NC也一定）T一定，ND越大，EF越靠近EC（低溫： ND NC 時 , ND (ln ND -ln2 NC) ND NC 時, ND |ln ND -ln2 NC| 中溫：由于T的升高， NC增加，使ND NC ， ND |ln ND -ln2 NC | ）T一定，NA越大，EF越靠近EV。 TkETkEcFcEtop00/E/E）（）（引入d dE

21、 Ee e1 1) )E E- -( (E Eh h2 2m m4 4d dE EE Ef fE Eg gV V1 1V VN Nn nT Tk kE EE E2 21 1c cE E3 3n nE EE Ec c0 00 0F Fc c2 23 3t to op pc c1 載流子濃度載流子濃度2 . 4 簡并半導(dǎo)體簡并半導(dǎo)體（degenrrated semiconductor） 對于簡并半導(dǎo)體,導(dǎo)帶底部的量子態(tài)基本被電子占滿.電子分布函數(shù)不再能近似為玻爾茲曼分布函數(shù)了,而要用費米分布.費米積分)(21F)(21FP 119)(200TkEEFNPCFc)(2)(2120002121TkEE

22、FNFNdxeNnCFccc 前面分析得知, 如中溫：由于T的升高， NC增加，一般來說ND NC ， EF 2k0T 非簡并2 簡并化條件簡并化條件0EC-EF 2k0T 弱簡并EC-EF產(chǎn)生 n、p 復(fù)合 復(fù)合=產(chǎn)生（恢復(fù)熱平衡）1單位時間內(nèi)非子被復(fù)合掉的可能性單位時間內(nèi)非子被復(fù)合掉的可能性 復(fù)合幾率復(fù)合幾率p單位時間、單位體積凈復(fù)合消失的電子單位時間、單位體積凈復(fù)合消失的電子-空穴對（非子）空穴對（非子） 復(fù)合率復(fù)合率在小注入時，與P無關(guān)，則 tcetp設(shè)t=0時， P(t)= P(0)= (P)0, 那么C= (P)0，于是 teptp0 eppt0,時非平衡載流子的壽命主要與復(fù)合有關(guān)

23、。t=0t=0時，光照停止，非子濃度的減少率為時，光照停止，非子濃度的減少率為 tpdttpd3.4. 非平衡載流子的復(fù)合機制非平衡載流子的復(fù)合機制復(fù)合復(fù)合直接復(fù)合直接復(fù)合(direct recombination):(direct recombination):導(dǎo)帶電子與價帶空導(dǎo)帶電子與價帶空穴直接復(fù)合穴直接復(fù)合. .間接復(fù)合間接復(fù)合(indirect recombinationdirect recombination):通過位于禁帶中的雜通過位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級的中間過渡。質(zhì)或缺陷能級的中間過渡。 表面復(fù)合表面復(fù)合(surface recombinationrecombination

24、)：在半導(dǎo)體表面發(fā)生的：在半導(dǎo)體表面發(fā)生的 復(fù)合過程。復(fù)合過程。俄歇復(fù)合：將能量給予其它載流子俄歇復(fù)合：將能量給予其它載流子,增加它們的動能量。增加它們的動能量。從釋放能量的方法分從釋放能量的方法分:輻射輻射(radiative)復(fù)合復(fù)合非輻射非輻射(non-radiative)復(fù)合復(fù)合1 1 直接復(fù)合直接復(fù)合 direct/band-to-band recombinationdirect/band-to-band recombinationT + Light：凈復(fù)合率凈復(fù)合率=復(fù)合率復(fù)合率-產(chǎn)生率產(chǎn)生率U=R-G非平衡載流子的直接凈復(fù)合非平衡載流子的直接凈復(fù)合)(2000idnnprprnr

25、npGRUpnpppnnn00代入代入則：則：)(200pppnrUd非平衡載流子壽命：非平衡載流子壽命：ppnrUpd001小注入：小注入：001pnrUpdn型型材料：材料：p型型材料：材料：2 2 間接復(fù)合間接復(fù)合( (indirect recombination)direct recombination) 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷在禁帶中形成一定的能級，它們有促進復(fù)合的作用。這些雜質(zhì)和缺陷稱為復(fù)合中心復(fù)合中心。nT：復(fù)合中心能級上的電子濃度：復(fù)合中心能級上的電子濃度NT：復(fù)合中心濃度：復(fù)合中心濃度pT ：復(fù)合中心能級上的空穴濃度：復(fù)合中心能級上的空穴濃度* 俘獲電子俘獲電子 Electro

26、n capture* 發(fā)射電子發(fā)射電子 Electron emission* 俘獲空穴俘獲空穴 Hole capture* 發(fā)射空穴發(fā)射空穴 Hole emissionTnnpcTnneTppeTppnc電子俘獲率電子俘獲率：空穴俘獲率：空穴俘獲率：電子產(chǎn)生率：電子產(chǎn)生率：空穴產(chǎn)生率：空穴產(chǎn)生率：熱平衡時：電子俘獲率電子俘獲率=電子產(chǎn)生率電子產(chǎn)生率空穴俘獲率空穴俘獲率=空穴產(chǎn)生率空穴產(chǎn)生率000TnTTnnenNnc100) 1(nceNcnNNcenTkEEcnTTcnnTcTkEEcTceNn01 EF與與ET重合時導(dǎo)帶重合時導(dǎo)帶的平衡電子濃度。的平衡電子濃度。同理，得空穴俘獲率空穴俘獲率

27、=空穴產(chǎn)生率空穴產(chǎn)生率10pceNcepTkEEvppvTTkEEvTep01其中表示表示EF與與ET重合時價帶的平衡空穴濃度。重合時價帶的平衡空穴濃度。穩(wěn)態(tài)條件下：穩(wěn)態(tài)條件下：俘獲電子俘獲電子- -發(fā)射電子發(fā)射電子= =俘獲空穴俘獲空穴- -發(fā)射空穴發(fā)射空穴TnnpcTnneTppeTppnc-=-1ncenn1pcepp和又)()()(111ppcnnccpncNnpnpnTT凈復(fù)合率：U=U=俘獲電子俘獲電子- -發(fā)射電子發(fā)射電子= =)(1)(1112ppNcnnNcnnpUTnTpi通過復(fù)合中心復(fù)合的普遍公式通過復(fù)合中心復(fù)合的普遍公式TnnpcTnne-注意到：注意到：211inpn

28、)(1)(11010200pppNcpnnNcppppnUTnTp非平衡載流子的壽命為非平衡載流子的壽命為)()()(001010ppnccNpppcpnncUppnTpn)()()(001010pnccNppcnncUppnTpn小注入條件下：小注入條件下：（并假設(shè)cncp）n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體強強n型區(qū)：型區(qū)：高阻區(qū)：高阻區(qū)：pTpcN1011ncNpnT*在較重?fù)诫s的在較重?fù)诫s的n型半導(dǎo)體中，空穴俘獲系數(shù)起主要型半導(dǎo)體中，空穴俘獲系數(shù)起主要作用，而與電子俘獲系數(shù)無關(guān)。作用，而與電子俘獲系數(shù)無關(guān)。p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體強強p型區(qū)：型區(qū)：高阻區(qū)：高阻區(qū)：nTncN1011pcNpnT)()(112

29、ppnnnnpUnpiTkEEchnpnnnpCNUiTiiT022)(若若E Et t靠近靠近E EC C：俘獲電子的過程增強，：俘獲電子的過程增強，但對空穴的俘獲能力卻減少了。但對空穴的俘獲能力卻減少了。不利于復(fù)合不利于復(fù)合EtEt處禁帶處禁帶中央，復(fù)中央，復(fù)合率最大。合率最大。3 3 其它復(fù)合其它復(fù)合 半導(dǎo)體表面狀態(tài)對非平衡栽流子也有很大影半導(dǎo)體表面狀態(tài)對非平衡栽流子也有很大影響，表面處的雜質(zhì)和表面特有的缺陷也在禁帶形響，表面處的雜質(zhì)和表面特有的缺陷也在禁帶形成復(fù)合中心。成復(fù)合中心。（1）表面復(fù)合）表面復(fù)合 表面氧化層、水汽、雜質(zhì)的污染、表面缺陷或表面氧化層、水汽、雜質(zhì)的污染、表面缺陷或

30、損傷。損傷。（2） 俄歇復(fù)合俄歇復(fù)合載流子從高能級向低能級躍遷，發(fā)生電子載流子從高能級向低能級躍遷，發(fā)生電子-空穴復(fù)合時，把多余空穴復(fù)合時，把多余的能量傳給另一個載流子，使這個載流子被激發(fā)到能量更高的的能量傳給另一個載流子，使這個載流子被激發(fā)到能量更高的能級上去，當(dāng)它重新躍遷回低能級時，多余的將能量常以聲子能級上去，當(dāng)它重新躍遷回低能級時，多余的將能量常以聲子形式放出。形式放出。 非輻射復(fù)合非輻射復(fù)合影響半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率。影響半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率。例題例題1)()()(001010pnccNppcnncUppnTpn化化例例2 在一塊在一塊p型半導(dǎo)體中，有一種復(fù)合型半導(dǎo)體中，有一種

31、復(fù)合-產(chǎn)生中心，小產(chǎn)生中心，小注入時被這些中心俘獲的電子發(fā)射回導(dǎo)帶的過程和它注入時被這些中心俘獲的電子發(fā)射回導(dǎo)帶的過程和它與空穴復(fù)合的過程有相同的幾率。試求這種復(fù)合與空穴復(fù)合的過程有相同的幾率。試求這種復(fù)合-產(chǎn)生產(chǎn)生中心的位置，并說明它能否成為有效的復(fù)合中心？中心的位置，并說明它能否成為有效的復(fù)合中心？4.1.載流子的漂移（載流子的漂移（drift）運動）運動半導(dǎo)體中的載流子在外場的作用下，作定向運動半導(dǎo)體中的載流子在外場的作用下，作定向運動-漂移運動。漂移運動。相應(yīng)的運動速度相應(yīng)的運動速度-漂移速度漂移速度 。漂移運動引起的電流漂移運動引起的電流-漂移電流。漂移電流?？昭娮悠扑俣萷ndv

32、vv:電場:則若比例系數(shù)為dvddvv-遷移率遷移率單位電場下，單位電場下，載流子的平載流子的平均漂移速度均漂移速度Chapter 4 Carrier Transport (載流子輸運載流子輸運)1 漂移定性分析：遷移率的大小反映了載流子遷移的難易程度。載流子的平均自由時間載流子的有效質(zhì)量,m可以證明：pppnnnmqmqmq2 遷移率（遷移率（Mobility）3 影響遷移率的因素影響遷移率的因素pppnnnmqmq 不同材料，載流子的有效質(zhì)量不同；但材料一定，有效質(zhì)量則確定。 對于一定的材料，遷移率由平均自由時間決定。也就是由載流子被散射的情況來決定的。半導(dǎo)體的主要散射（半導(dǎo)體的主要散射（

33、scatting）機構(gòu)：）機構(gòu)：* Phonon （lattice）scattering 聲子（晶格）散射* Ionized impurity scattering 電離雜質(zhì)散射* scattering by neutral impurity and defects 中性雜質(zhì)和缺陷散射* Carrier-carrier scattering 載流子之間的散射* Piezoelectric scattering 壓電散射能帶邊緣非周期性起伏能帶邊緣非周期性起伏（1）晶格振動散射）晶格振動散射聲學(xué)波聲子散射幾率：23TPs光學(xué)波聲子散射幾率：11111)()(00021023TkhvTkhveTk

34、hvfeTkhvPo（2）電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射幾率：23TNPII其中：NI=ND+NA總的散射幾率：P=PS+PO+PI+ -總的遷移率：IOS1111主要散射機制電離雜質(zhì)的散射：晶格振動的散射：ivT越易掠過雜質(zhì)中心載格晶格散射晶格振動T輕摻雜時，電離雜質(zhì)散射可忽略非輕摻雜時，雜質(zhì)濃度 電離雜質(zhì)散射 遷移率4 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系(1)遷移率雜質(zhì)濃度（2）遷移率與溫度的關(guān)系）遷移率與溫度的關(guān)系輕摻：忽略電離雜質(zhì)散射T 晶格振動散射 非輕摻：低溫： 電離雜質(zhì)散射為主。 T 電離雜質(zhì)散射 高溫： 晶格振動散射為主。T 晶格振動散射 5 載流子的遷移率與電

35、導(dǎo)率的關(guān)系載流子的遷移率與電導(dǎo)率的關(guān)系(MobilityConductivity)RVI 毆姆定律slRlV其中SSllSIJ電流密度J即電導(dǎo)率外加電場漂移電流密度J-毆姆定律的微分形式（1）毆姆定律的微分形式）毆姆定律的微分形式的電荷量通過時間內(nèi)dSdttt,dsdtnqvdQnnnnnqvJnqvdSdtdQ,ppnnvpqJvnqJ,那么pnJJJ總顯然（2）電流密度另一表現(xiàn)形式pniipnpnqnnpnpqnqpqpnqn則本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體混合型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體型顯然（3）電導(dǎo)率與遷移率的關(guān)系pnpnpnpqnqvpqvnqvpqvnqJ6 電阻率與摻雜、溫度的關(guān)系電阻率與摻雜、溫度的關(guān)

36、系pnpqnq11pn,（1）電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系）電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系輕摻雜：常數(shù)；n=ND p=NA 電阻率與雜質(zhì)濃度成簡單反比關(guān)系。非輕摻雜：雜質(zhì)濃度 n、p：未全電離;雜質(zhì)濃度 n（p） 雜質(zhì)濃度增高時，曲線嚴(yán)重偏離直線。（2）電阻率與溫度的關(guān)系）電阻率與溫度的關(guān)系： T T 電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射 *低溫低溫n（未全電離）未全電離）：T n ： T T 晶格振動散射晶格振動散射 *中溫中溫n（全電離）全電離）： n=ND 飽和飽和： T T 晶格振動散射晶格振動散射 *高溫高溫n（本征激發(fā)開始）本征激發(fā)開始）：T n 例題例例. 室溫下室溫下,本征鍺的電阻率為本征鍺的電阻率為4

37、7，(1)試求本征載流子濃度。試求本征載流子濃度。(2)若摻入銻雜質(zhì)，使每若摻入銻雜質(zhì)，使每106個鍺中有一個雜質(zhì)原子，計算室溫下個鍺中有一個雜質(zhì)原子，計算室溫下電子濃度和空穴濃度。設(shè)雜質(zhì)全部電離。鍺原子濃度為電子濃度和空穴濃度。設(shè)雜質(zhì)全部電離。鍺原子濃度為4.4/3,n=3600/Vs且不隨摻雜而變化且不隨摻雜而變化.3 31 13 31 19 9p pn ni ip pn ni i1 1/ /c cm m1 10 02 2. .5 51 17 70 00 03 36 60 00 01 10 01 1. .6 64 47 71 1q q1 1n nq qn n1 1解:3160316622/

38、1104 . 4/1104 . 410104 . 4)2(cmNncmNDD31016213020/11042. 1104 . 4105 . 2cmnnpi cmcm10104 43600360010101.61.610104.44.41 1q qn n1 13 32 219191616n n0 0n n4.2 強電場下的效應(yīng)強電場下的效應(yīng)(Hight-Field Effects)5. 非平衡載流子的運動非平衡載流子的運動（1）擴散運動與擴散電流）擴散運動與擴散電流考察考察n n型半導(dǎo)體的非少子的擴散運動型半導(dǎo)體的非少子的擴散運動沿沿x x方向的濃度梯度方向的濃度梯度dxpd空穴的擴散流密度空

39、穴的擴散流密度（單位時間通過單（單位時間通過單位位 截面積的空穴數(shù)）截面積的空穴數(shù)） dxpdxSp dxpdDxSpp dxxpdxSpD Dp p-空穴擴散系數(shù)空穴擴散系數(shù) xxSxSpp-單位時間在小體積單位時間在小體積xx1 1中積累的空穴數(shù)中積累的空穴數(shù) dxxdSxxxSxSpplim0 x - -在在x x附近，單位時間、單位體積中積累的附近，單位時間、單位體積中積累的 空穴數(shù)空穴數(shù)穩(wěn)態(tài)時，積累穩(wěn)態(tài)時，積累= =損失損失 ppxpdxxdS ppxpdxxpdD22那么 ppLxLxBeAexp得解方程,稱作擴散長度其中ppPDL若樣品足夠厚， 00Bxpx有 0,0pxpx 時

40、又 pLxepxp0最后得01peLpp注意到Lp表示空穴在邊擴散邊復(fù)合的過程中，減少至原值的1/e時所擴散的距離。表明在穩(wěn)定光照下，某一時刻非平衡載流子濃度隨位置x的變化規(guī)律是按指數(shù)規(guī)律衰減?？昭ǖ臄U散電流密度空穴的擴散電流密度 xpLDqepLDqdxxpdqDxqSJppLxpppppp0擴電子的擴散電流密度電子的擴散電流密度 xnLDqenLDqdxxndqDxqSJnnLxnnnnnn0擴 在光照和外場同時存在的情況下，非平衡載流子不僅做擴在光照和外場同時存在的情況下，非平衡載流子不僅做擴散運動，而且對漂移運動也有貢獻。散運動，而且對漂移運動也有貢獻。)(0nnnqnJnn漂)(0p

41、ppqpJpp漂（2）漂移運動與漂移電流）漂移運動與漂移電流（3）總電流密度）總電流密度 dxxndqDqnJJJnnnnn擴漂 dxxpdqDqpJJJppppp擴漂pnJJJ總 載流子的擴散與遷移均受散射影響，散射越厲害，遷移、擴散越困難，可以證明，qTkD0（4）愛因斯坦關(guān)系）愛因斯坦關(guān)系6.連續(xù)性方程連續(xù)性方程指擴散和漂移運動同時存在時，少數(shù)載流子所遵守的運動方程指擴散和漂移運動同時存在時，少數(shù)載流子所遵守的運動方程以一維以一維n n型為例來討論：型為例來討論：光照 在外加條件下，載流子未達到穩(wěn)態(tài)時，少子濃度不僅是x的函數(shù)，而且隨時間t變化：其它產(chǎn)生率其它產(chǎn)生率復(fù)合率復(fù)合率空穴積累率空

42、穴積累率t tp p* *空穴積累率：空穴積累率：空穴的擴散和漂移流密度 pppppxxpDpJS空穴積累率xpdxdpxpDxSpppp22復(fù)合率pp其它產(chǎn)生率pgpppppgpxpdxdpxpDtp22-連續(xù)性方程連續(xù)性方程討論（1）光照恒定（2）材料摻雜均勻（3）外加電場均勻0tpxpxp0dxd第四章第四章 半導(dǎo)體的界面特性半導(dǎo)體的界面特性4.1 p-n4.1 p-n結(jié)結(jié)1.平衡平衡p-np-n結(jié)空間電荷區(qū)的形成結(jié)空間電荷區(qū)的形成 當(dāng)當(dāng)p p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n n型半導(dǎo)體接觸在一起時型半導(dǎo)體接觸在一起時, ,在兩在兩者的交界面處存在著一個過渡區(qū)者的交界面處存在著一個過渡區(qū), ,通常

43、稱為通常稱為p-np-n結(jié)結(jié). .在內(nèi)建電場作用下，載流子作漂移運動。開始，擴散漂移 內(nèi)建電場 漂移 擴散=漂移（達到動態(tài)平衡） P P區(qū)的空穴擴散到區(qū)的空穴擴散到n n區(qū)，區(qū)，并與并與n n區(qū)中的自由電子相遇區(qū)中的自由電子相遇而復(fù)合，則在交界面而復(fù)合，則在交界面p p區(qū)一區(qū)一側(cè)留下帶負(fù)電荷的受主雜側(cè)留下帶負(fù)電荷的受主雜質(zhì)中心。質(zhì)中心。 同樣，同樣，n n區(qū)的一側(cè)會留區(qū)的一側(cè)會留下帶正電荷的施主雜質(zhì)中下帶正電荷的施主雜質(zhì)中心。這些離子是不可自由心。這些離子是不可自由移動的。通常把這個電荷移動的。通常把這個電荷區(qū)稱為區(qū)稱為空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)。在此。在此區(qū)域若基本沒有可自由運區(qū)域若基本沒有可自由

44、運動的載流子，也可稱它為動的載流子，也可稱它為耗盡區(qū)耗盡區(qū)。內(nèi)建電場的建立，對擴散運動起阻礙作用，所以空間電荷區(qū)又稱阻擋層。EFn高于高于EFp表明兩表明兩種半導(dǎo)體中的電子種半導(dǎo)體中的電子填充能帶的水平不填充能帶的水平不同。同。P-n結(jié)中費米能級處結(jié)中費米能級處處相等恰好標(biāo)志了每處相等恰好標(biāo)志了每一種載流子的擴散電一種載流子的擴散電流和漂移電流互相抵流和漂移電流互相抵消，沒有凈電流通過消，沒有凈電流通過P-n結(jié)。結(jié)。2 能帶圖能帶圖nVPVnCPCDEEEEqV)()()()(TkEnECnFnCeNn0)(0n型半導(dǎo)體中的電子濃度為型半導(dǎo)體中的電子濃度為p型半導(dǎo)體中的電子濃度為型半導(dǎo)體中的電

45、子濃度為TkEpECpFpCeNn0)(03. 接觸電勢差接觸電勢差VD平衡時平衡時FFpFnEEETkEETkEEpnFpFnnCpCeenn00)()(0000000ln0pnDTkqVpnnnTkqVennD平衡時2000000lnlnipnpnDnpnqTknnqTkVApDnNpNn00,全電離非簡并20lniADDnNNqTkV 4. p-n結(jié)電流結(jié)電流-電壓特性電壓特性現(xiàn)假設(shè)現(xiàn)假設(shè): 1. 勢壘區(qū)的自由載流子全部耗盡勢壘區(qū)的自由載流子全部耗盡,并忽略勢壘區(qū)中載并忽略勢壘區(qū)中載流子的產(chǎn)生和復(fù)合。流子的產(chǎn)生和復(fù)合。 2. 小注入小注入:注入的少數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體中的注入的少數(shù)載

46、流子濃度遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子濃度。在注入時，擴散區(qū)的漂移電場可忽略。多數(shù)載流子濃度。在注入時，擴散區(qū)的漂移電場可忽略。（1）外加正向電壓）外加正向電壓（電源正端接p型半導(dǎo)體，簡稱正偏） 外加電場與內(nèi)建電場方向相反，削弱了內(nèi)建電場，因而使外加電場與內(nèi)建電場方向相反，削弱了內(nèi)建電場，因而使勢壘兩端的電勢差由勢壘兩端的電勢差由V VD D減小為（減小為（V VD D-V-Vf f），相應(yīng)地勢壘區(qū)變薄。），相應(yīng)地勢壘區(qū)變薄。外加電場削弱了漂移運動，使: 擴散漂移 P P區(qū)的空穴擴散到區(qū)的空穴擴散到n n區(qū)，且在區(qū)，且在XnXn處形成空穴的積累，形成處形成空穴的積累，形成n n區(qū)的區(qū)的非平衡少子非

47、平衡少子P(X),P(X),并向并向n n區(qū)體內(nèi)擴散，同時不斷與區(qū)體內(nèi)擴散，同時不斷與n n區(qū)多子電子相區(qū)多子電子相復(fù)合，直到空穴濃度減至平衡值復(fù)合，直到空穴濃度減至平衡值p pn0n0，便形成了便形成了空穴擴散電流空穴擴散電流。同時。同時在在XpXp處也有一股向處也有一股向P P區(qū)內(nèi)部的電子擴散流，形成了區(qū)內(nèi)部的電子擴散流，形成了電子擴散電流電子擴散電流。這這兩股電流之和就是正向偏置下流過兩股電流之和就是正向偏置下流過p-np-n結(jié)的電流結(jié)的電流。這種由于電場。這種由于電場作用而使非平衡載流子進入半導(dǎo)體的過程稱為作用而使非平衡載流子進入半導(dǎo)體的過程稱為電注入電注入。pnJJJ 根據(jù)電流連續(xù)性

48、原理，通過根據(jù)電流連續(xù)性原理，通過p-np-n結(jié)中任一截面的總電流是結(jié)中任一截面的總電流是相等的，只是對于不同的截面，電子電流和空穴電流的比例有相等的，只是對于不同的截面，電子電流和空穴電流的比例有所不同而已。所不同而已。)()(PPPnxJxJJ考慮考慮x xp p截面：截面：忽略了勢壘區(qū)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合：忽略了勢壘區(qū)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合：)()(nPPnxJxJJ 為了定量討論正向偏置為了定量討論正向偏置p-n結(jié)的凈擴散電流，必結(jié)的凈擴散電流，必須先討論正向偏置時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度分布。須先討論正向偏置時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度分布。TkqVpnTkqVnpDDeppenn000000加

49、正向偏置加正向偏置V后，結(jié)電壓為（后，結(jié)電壓為（VD-V），）， TkqVpTkVVqnppffDenenxn000)(0TkqVnTkVVqpnnffDepepxp000)(0在在xp處注入的非平衡電子濃度為：處注入的非平衡電子濃度為： 1000TkqVpppppennxnxn在在xn處注入的非平衡空穴濃度為：處注入的非平衡空穴濃度為：1000TkqVnnnnneppxpxp xpLDqdxxpdqDJpppp100TkqVnppnppnpfepLDqxpLDqxJ同理：同理： 100TkqVpnnpnfenLDqxJ11)()(0000TkqVsTkqVppnnnpnPPnffeJeLDp

50、LDnqxJxJJ-肖克萊方程肖克萊方程TkqVf0一般TkqVeJJnpfsf0結(jié)的正向電流（2） 外加反向電壓外加反向電壓（電源正端接n型半導(dǎo)體，簡稱反偏） 外加電場外加電場V Vr r與內(nèi)建電場方向一致，加強了內(nèi)建電與內(nèi)建電場方向一致，加強了內(nèi)建電場，因而使勢壘兩端的電勢差由場，因而使勢壘兩端的電勢差由V VD D增大為（增大為（V VD D+V+Vr r），），相應(yīng)地勢壘區(qū)加寬。相應(yīng)地勢壘區(qū)加寬。外加電場加強了漂移運動，使外加電場加強了漂移運動，使: :擴散擴散 Eg的光照射具有的光照射具有p-n結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體表面表面,那么只要結(jié)的深度在光的透入深度范圍內(nèi)那么只要結(jié)的深度

51、在光的透入深度范圍內(nèi),光照光照的結(jié)果將在光照面和暗面之間產(chǎn)生光電壓的結(jié)果將在光照面和暗面之間產(chǎn)生光電壓. 光生伏光生伏特效應(yīng)特效應(yīng).1. 試述平衡試述平衡p-n結(jié)形成的物理過程結(jié)形成的物理過程.它有什么特點它有什么特點?畫出勢壘區(qū)中載流子漂移運動和擴散運動的方向畫出勢壘區(qū)中載流子漂移運動和擴散運動的方向.2.內(nèi)建電勢差內(nèi)建電勢差VD受哪些因素的影響受哪些因素的影響?鍺鍺p-n結(jié)與硅結(jié)與硅p-n結(jié)的結(jié)的VD哪個大哪個大?為什么為什么?3.試比較平衡試比較平衡p-n結(jié)結(jié),正向偏置正向偏置p-n結(jié)結(jié),反向偏置反向偏置p-n結(jié)結(jié)的特點的特點.4.寫出寫出p-n結(jié)整流方程結(jié)整流方程,并說明方程中每一項的

52、物理意并說明方程中每一項的物理意義義?5.p-n結(jié)的理想伏結(jié)的理想伏-安特性與實際伏安特性與實際伏-安特性有哪些區(qū)安特性有哪些區(qū)別別?產(chǎn)生的原因是什么產(chǎn)生的原因是什么?復(fù)習(xí)與思考復(fù)習(xí)與思考6.p-n結(jié)為什么有電容特性結(jié)為什么有電容特性?與普通電容相比有哪些相與普通電容相比有哪些相似之處似之處?有哪些區(qū)別有哪些區(qū)別?7. p-n結(jié)擊穿主要有哪幾種結(jié)擊穿主要有哪幾種?說明各種擊穿產(chǎn)生的原因說明各種擊穿產(chǎn)生的原因和條件和條件.影響它們的因素有哪些影響它們的因素有哪些?8.在隧道二極管中在隧道二極管中,n區(qū)常重?fù)诫s使區(qū)常重?fù)诫s使EFn位于導(dǎo)帶中位于導(dǎo)帶中,p區(qū)區(qū)重?fù)诫s使重?fù)诫s使EFp位于價帶中位于價帶

53、中,畫出這種二極管在零偏時的畫出這種二極管在零偏時的能帶圖能帶圖,并說明外加正偏或反偏時并說明外加正偏或反偏時,能帶將如何變化能帶將如何變化?9.隧道二極管與一般隧道二極管與一般p-n二極管的伏二極管的伏-安特性有什么不安特性有什么不同同?它有什么優(yōu)點它有什么優(yōu)點?10.解釋光生伏特效應(yīng)解釋光生伏特效應(yīng),說明太陽能電池的工作原理說明太陽能電池的工作原理.4.2 金金-半接觸半接觸s sm ms sm ms sm ms sm mW WW WW WW WP型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體金屬金屬W WW WW WW Wn型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體金屬金屬四種類型四種類型1. 能帶圖能帶圖(1) M-S(n型型), Wm

54、Wss sm ms ss sD Dnsnss sm mD DW WW WqVqVq qW WW WqVqVn型阻擋層型阻擋層(2) M-S(n型型) , WmWsm ms ss ss sD Dnsnsm ms sD DW WW WqVqVq qW WW WqVqV)(n型反阻擋層型反阻擋層(3) M-S(p型型) , WmWsp型反阻擋層型反阻擋層s sm ms ss sD Dpspss sm mD D- -W WW WqVqVq qW WW WqVqV)(（對阻擋層而言）（對阻擋層而言） 金屬與半導(dǎo)體接觸可以形成金屬與半導(dǎo)體接觸可以形成阻擋層阻擋層（肖特基勢壘）（肖特基勢壘）與與反阻擋層反阻

55、擋層，前者具有與，前者具有與p-n結(jié)相似的結(jié)相似的整流特性整流特性，而后，而后者具有者具有歐姆特性歐姆特性。外加電壓對n型半導(dǎo)體的影響：（1）加正電壓（金屬接“+”）2. 整流特性整流特性（2）加反向電壓（金屬接）加反向電壓（金屬接“”）熱熱電電子子發(fā)發(fā)射射理理論論擴擴散散理理論論V V特特性性的的理理論論有有兩兩種種描描述述肖肖特特基基I I擴散理論：擴散理論：假設(shè)勢壘區(qū)寬度較半導(dǎo)體內(nèi)的電子的平假設(shè)勢壘區(qū)寬度較半導(dǎo)體內(nèi)的電子的平均自由程長，必須同時考慮電子在勢壘區(qū)的漂移和均自由程長，必須同時考慮電子在勢壘區(qū)的漂移和擴散運動。擴散運動。熱電子發(fā)射：熱電子發(fā)射：假設(shè)勢壘區(qū)寬度較電子的平均自由程假

56、設(shè)勢壘區(qū)寬度較電子的平均自由程短，故可略去電子在勢壘區(qū)的碰撞，當(dāng)電子的熱運短，故可略去電子在勢壘區(qū)的碰撞，當(dāng)電子的熱運動有足夠大的動能超越勢壘的頂點時，就可以自由動有足夠大的動能超越勢壘的頂點時，就可以自由地通過勢壘區(qū)進入金屬。同樣，金屬中能超越勢壘地通過勢壘區(qū)進入金屬。同樣，金屬中能超越勢壘頂?shù)碾娮右捕寄艿竭_半導(dǎo)體內(nèi)。頂?shù)碾娮右捕寄艿竭_半導(dǎo)體內(nèi)。Ge、Si、GaAs：遷移率較大，則電子平均自由程較大。：遷移率較大，則電子平均自由程較大。一般采用熱電子發(fā)射理論，得：一般采用熱電子發(fā)射理論，得：) 1exp(kTqVIIs)exp(2kTqTAAInss其中：其中：A結(jié)面積結(jié)面積 A*有效理查遜

57、常數(shù)有效理查遜常數(shù)實際I-V特性將偏離理想情況。如1. 反向電流不飽和現(xiàn)象反向電流不飽和現(xiàn)象2.正向電流上升比較緩慢正向電流上升比較緩慢.3.肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管(1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(2)與與p-n結(jié)二極管的比較結(jié)二極管的比較SDB與與p-n結(jié)二極管相比的主要特點是結(jié)二極管相比的主要特點是: 1. SDB是多數(shù)載流子器件是多數(shù)載流子器件,而而p-n結(jié)二極管電流取結(jié)二極管電流取決于非平衡少數(shù)載流子的擴散運動決于非平衡少數(shù)載流子的擴散運動. 2. p-n結(jié)二極管中結(jié)二極管中,少數(shù)載流子注入造成非平衡載流子在勢壘區(qū)兩側(cè)界面的積累,外加電壓變化,電荷積累和消失需有一弛豫過程(電荷存儲效應(yīng)電荷存儲效應(yīng)),嚴(yán)重影響了嚴(yán)重影響了p-n結(jié)二極管的高頻性能結(jié)二極管的高頻性能.SDB器件不發(fā)生電荷存儲現(xiàn)象器件不發(fā)生電荷存儲現(xiàn)象,使得它在高