《微電子學(xué)概論》B

半導(dǎo)體及其基本特性固體材料：超導(dǎo)體:大于106(cm)-1 導(dǎo)體:106~104(cm)-1半導(dǎo)體:104~10-10(cm)-1

絕緣體:小于10-10(cm)-1？什么是半導(dǎo)體從導(dǎo)電特性和機(jī)制來分：不同電阻特性不同輸運(yùn)機(jī)制1.半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)原子結(jié)合形式：共價(jià)鍵形成的晶體結(jié)構(gòu)：構(gòu)成一個(gè)正四面體，具有金剛石晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的結(jié)合和晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體有元素半導(dǎo)體，如：Si、Ge化合物半導(dǎo)體，如：GaAs、InP、ZnS2.半導(dǎo)體中的載流子：能夠?qū)щ姷淖杂闪Ｗ颖菊靼雽?dǎo)體：n=p=ni電子：Electron，帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛后形成的自由電子，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子空穴：Hole，帶正電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛后形成的電子空位，對(duì)應(yīng)于價(jià)帶中的電子空位3.半導(dǎo)體的能帶(價(jià)帶、導(dǎo)帶和帶隙)量子態(tài)和能級(jí)固體的能帶結(jié)構(gòu)原子能級(jí)能帶共價(jià)鍵固體中價(jià)電子的量子態(tài)和能級(jí)共價(jià)鍵固體：成鍵態(tài)、反鍵態(tài)原子能級(jí)反成鍵態(tài)成鍵態(tài)價(jià)帶：0K條件下被電子填充的能量最高的能帶導(dǎo)帶：0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶禁帶：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間能帶帶隙：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶價(jià)帶Eg半導(dǎo)體中載流子的行為可以等效為自由粒子，但與真空中的自由粒子不同，考慮了晶格作用后的等效粒子有效質(zhì)量可正、可負(fù)，取決于與晶格的作用電子和空穴的有效質(zhì)量m*4.半導(dǎo)體體的摻雜BAs受主摻摻雜施主摻摻雜施主和受主主濃度：ND、NA施主主：Donor，，摻摻入入半半導(dǎo)導(dǎo)體體的的雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子向向半半導(dǎo)導(dǎo)體體中中提供供導(dǎo)導(dǎo)電電的的電電子子，，并并成成為為帶帶正正電電的的離離子子。。如如Si中摻摻的的P和和As受主主：Acceptor，，摻摻入入半半導(dǎo)導(dǎo)體體的的雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子向向半半導(dǎo)導(dǎo)體體中中提供供導(dǎo)導(dǎo)電電的的空空穴穴，，并并成成為為帶帶負(fù)負(fù)電電的的離離子子。。如如Si中摻摻的的B施主主能能級(jí)級(jí)受主主能能級(jí)級(jí)雜質(zhì)質(zhì)能能級(jí)級(jí)：：雜雜質(zhì)質(zhì)可可以以使使電電子子在在其其周周圍圍運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)形形成成量量子子態(tài)態(tài)本征征載載流流子子濃濃度度：：n=p=ninp=ni2ni與禁禁帶帶寬寬度度和和溫溫度度有有關(guān)關(guān)5.本征征載載流流子子本征征半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：沒沒有有摻摻雜雜的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體本征征載載流流子子：：本本征征半半導(dǎo)導(dǎo)體體中中的的載載流流子子載流流子子濃濃度度電子子濃濃度度n,空穴穴濃濃度度p6.非非本本征征半半導(dǎo)導(dǎo)體體的的載載流流子子在非非本本征征情情形形:熱平平衡衡時(shí)時(shí):N型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：n大大于于pP型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：p大大于于n多子子：：多多數(shù)數(shù)載載流流子子n型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：電電子子p型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：空空穴穴少子子：：少少數(shù)數(shù)載載流流子子n型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：空空穴穴p型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體：：電電子子7.電中中性性條條件件:正負(fù)負(fù)電電荷荷之之和和為為0p+Nd–n–Na=0施主和受主可可以相互補(bǔ)償償p=n+Na–Ndn=p+Nd–Nan型半半導(dǎo)體體：電電子nNd空穴pni2/Ndp型半半導(dǎo)體體：空空穴pNa電子nni2/Na8.過剩載載流子子由于受受外界界因素素如光光、電電的作作用，，半導(dǎo)導(dǎo)體中中載流流子的的分布布偏離離了平平衡態(tài)態(tài)分布布，稱稱這些些偏離離平衡衡分布布的載載流子子為過過剩載載流子子公式不成立載流子的產(chǎn)生生和復(fù)合：電電子和空穴增增加和消失的的過程電子空穴對(duì)：：電子和空穴穴成對(duì)產(chǎn)生或或復(fù)合9.載流子子的輸運(yùn)漂移電流遷移率電阻率單位電場(chǎng)作用用下載流子獲獲得平均速度度反映了載流子子在電場(chǎng)作用用下輸運(yùn)能力力載流子的漂移移運(yùn)動(dòng)：載流子在電場(chǎng)場(chǎng)作用下的運(yùn)運(yùn)動(dòng)引入遷移移率的的概念影響遷移移率的的因素影響遷移率的的因素：有效質(zhì)量平均弛豫時(shí)間間（散射〕體現(xiàn)在：溫度度和摻雜濃度半導(dǎo)體中載流流子的散射機(jī)機(jī)制：晶格散射（熱熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)引起））電離雜質(zhì)散射射擴(kuò)散電流電子擴(kuò)散電流流：空穴擴(kuò)散電流流：愛因斯坦關(guān)系系:載流子的擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)：載流子在化學(xué)學(xué)勢(shì)作用下運(yùn)運(yùn)動(dòng)過剩載流子的的擴(kuò)散和復(fù)合合過剩載流子的的復(fù)合機(jī)制：：直接復(fù)合、間間接復(fù)合、表面復(fù)合、俄俄歇復(fù)合過剩載流子的的擴(kuò)散過程擴(kuò)散長度Ln和Lp:L=(D)1/2描述半導(dǎo)體器器件工作的基基本方程泊松方程高斯定律描述半導(dǎo)體中中靜電勢(shì)的變變化規(guī)律靜電勢(shì)由本征征費(fèi)米能級(jí)Ei的變化決定能帶向下彎，，靜電勢(shì)增加方程的形式1方程的形式2電荷密度(x)可動(dòng)的－載流子（n,p)固定的－電離的施主、受主特例：均勻Si中，無外加偏偏壓時(shí)，方程RHS＝＝0，靜電勢(shì)為常數(shù)數(shù)電流連續(xù)方程程可動(dòng)載流子的的守恒熱平衡時(shí)：產(chǎn)生率＝復(fù)合合率np=ni2電子：空穴電流密度方程程載流子的輸運(yùn)運(yùn)方程在漂移－擴(kuò)散散模型中擴(kuò)散項(xiàng)漂移項(xiàng)方程形式1愛因斯坦關(guān)系波耳茲曼關(guān)系方程形式2電子和空穴的的準(zhǔn)費(fèi)米勢(shì)：：費(fèi)米勢(shì)重點(diǎn)點(diǎn)半導(dǎo)體、N型型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、、本征半導(dǎo)體體、非本征半半導(dǎo)體載流子、電子子、空穴、平平衡載流子、、非平衡載流流子、過剩載載流子能帶、導(dǎo)帶、、價(jià)帶、禁帶帶摻雜、施主、、受主輸運(yùn)、漂移、、擴(kuò)散、產(chǎn)生生、復(fù)合作業(yè)業(yè)載流子的輸運(yùn)運(yùn)有哪些模式式，對(duì)這些輸輸運(yùn)模式進(jìn)行行簡(jiǎn)單的描述述設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)：首先將一一塊本征半導(dǎo)導(dǎo)體變成N型型半導(dǎo)體，然然后再設(shè)法使使它變成P型型半導(dǎo)體。第二次作業(yè)簡(jiǎn)單敘述微電電子學(xué)對(duì)人類類社會(huì)的作用用第一次作業(yè)列舉出出你見見到的的、想想到的的不同同類型型的集集成電電路及及其主主要作作用用你自自己的的話解解釋微