半導體物理知識要點及總結

半導體物理知識要點及重點習題第一章半導體、絕緣體、導體的能帶特點有效質量的概念及意義，已知能帶求有效質量半導體中電子的速度、加速度、外力與能帶的關系第二章施主雜質，受主雜質，多子，少子，p型半導體，n型半導體等概念雜質電離之后的狀態(tài)及其所帶電荷雜質補償及意義缺陷的類型及作用淺能級雜質電離能及基態(tài)軌道半徑的計算第三章費米分布、波爾茲曼分布及適用條件費米能級的定義及意義電子和空穴濃度的表達式本征載流子濃度的公式及其決定因素n0、p0與ni的關系電子和空穴占據雜質能級的概率不同溫度下，電離程度及載流子濃度的計算（低溫下電離程度，高溫下載流子濃度）簡并半導體與非簡并半導體的概念第四章電導率的表達式遷移率的定義及其與平均自由時間的關系散射的概念，以及兩種重要的散射機制及其它們與溫度和雜質濃度的關系本征半導體和雜質半導體的電阻率隨溫度的變化關系第五章非平衡載流子的產生及復合過程非平衡載流子的壽命及復合率準費米能級的提出及在非平衡載流子濃度公式中的應用，相應的計算直接復合與間接復合的異同擴散流密度及電流密度擴散方程及其解的形式（厚樣品與薄樣品）愛因斯坦關系的應用連續(xù)性方程的一般形式，特定條件下解的形式第六章pn結的形成過程pn結的內建電勢表達式pn結的空間電荷區(qū)寬度與摻雜濃度的關系pn結的電流電壓特性及Js的計算pn結電容的種類及特點第七章功函數的定義，p型半導體和n型半導體的功函數大小關系電子親和能的定義金屬與半導體接觸時，阻擋層與反阻擋層形成的條件及能帶圖表面態(tài)對接觸勢壘的影響原理金半整流接觸與歐姆接觸擴散理論和熱電子發(fā)射理論的適用條件第八章堆積、耗盡、反型的形成條件及能帶圖例題1已知某一半導體材料，在300K時，費米能級位于Ec下方0.25eV處，且NC=2.8*1019cm-3。求此時導帶底Ec被電子占據的概率以及電子濃度的大小。解：此時Ec-EF=0.25，k0T=0.026，可見分布函數可以用波爾茲曼分布函數。第三章0110某個能級被占據的概率非常小，但是因為有大量的能級存在，電子的濃度是合理的例題2某一半導體材料，在400K時，費米能級位于Ev上方0.27eV處，已知300K時的Nv=1.04*1019cm-3。求400K時導帶頂Ev被空穴占據的概率以及空穴濃度的大小。解：此時EF-Ev=0.27eV，k0T=0.026/300*400=0.0347eV，可見分布函數可以用空穴波爾茲曼分布函數。第三章0111例題3已知300K時，Si的本征載流子濃度為1*1010cm-3，求450K時Si的本征載流子濃度。禁帶寬度Eg=1.12eV，設它隨溫度的變化可以忽略。）解：第三章0112思考題分析下圖載流子濃度曲線隨溫度的變化過程第三章0113例題4若鍺的電離能為0.01eV，Nc=1.05*1019cm-3，如果室溫下電離要超過90%（強電離），則摻雜濃度不能超過多少？解：強電離時，第三章0114例題5若室溫下，鍺的電離能為0.01eV，Nc=1.05*1019cm-3，如果已知77K時電子的濃度n0=1017cm-3，則摻雜濃度為多少？（只有施主摻雜）解：第三章0115Ec－ED＝0.01eV；所以第三章0116例題6第三章021718第三章0219第三章0220第三章0221第三章0222第三章02例題7求在下列條件下，均勻摻雜硅樣品中平衡狀態(tài)的空穴和電子濃度及EF-Ei，（設電離能大小為0.04eV，NC、NV近似取為1019cm-3）

（a）T=300K,NA=0,ND=1015cm-3

（b）T=300K,,NA=1016cm-3,ND=0（c）T=300K,NA=1016cm-3,ND=1016cm-3

（d）T=450K,NA=0,ND=1014cm-3,（e）T=450K,NA=1014cm-3,ND=0,（f）T=650K,NA=0,ND=1014cm-3

其中300KEg=1.12eV,ni=1010cm-3450K:Eg=1.08eV,ni=5*1013cm-3650K:Eg=1.015eV,ni=1016cm-3第三章0123解：通過判斷90%以上電離的摻雜濃度約為1017cm-3。所以，在上述摻雜濃度及所處的溫度下，處于強電離及以上區(qū)域。此時，如果摻雜濃度遠大于本征載流子濃度，則多子濃度等于摻雜濃度；如果本征載流子濃度接近摻雜濃度，則要考慮本征激發(fā)的影響；如果本征載流子遠大于摻雜濃度，則本征載流子占主導。第三章0124(a)(b)(c)此時為雜質的高度補償，結果是半導體和本征半導體類似。第三章0125，(d)(e)(f)第三章0126,例題8第四章0127300K時，Ge的本征電阻率為47Ω·cm，如電子和空穴遷移率分別為3600cm2/V·S和1700cm2/V·S，試求本征Ge的載流子濃度。[解]T=300K，ρ＝47Ω·cm，μn＝3900cm2/V·S，μp＝1900cm2/V·S例題9第四章0128室溫下，硅的遷移率隨雜質濃度的變化關系第四章0129思考題在外電場的作用下，電子作加速運動，那么它的速度是否持續(xù)變大？為什么？什么是漂移運動？電阻率與載流子濃度和遷移率的關系？第四章013031第四章02課堂練習判斷下面圖a、b所對應的半導體類型。32第四章02因為同種摻雜濃度下，電子的遷移率大于空穴的遷移率，所以圖b是p型半導體，通過空穴導電，圖a是n型半導體，通過電子導電。又因為同一溫度下，摻雜濃度越高，遷移率越低，所以N1<N2<N3<N4<N5例題10光照后，初始時刻半導體中非平衡載流子的濃度為，如果非平衡載流子的壽命為1μs，t=0時刻光照停止。求以下時刻非平衡載流子的復合率：t=0，t=1μs，t=4μs第五章0133第五章0134例題11半導體光照前和光照后的能帶圖如下圖所示。溫度T=300K，ni=1010cm-3,n=1345cm2/(Vs),p=458cm2/(V.s)。根據這些已知條件求：（1）光照前載流子的濃度n0和p0。（2）光照后載流子的濃度n和p（3）當半導體被光照射時，是否滿足小注入條件？說明原因。（4）在光照前和光照后，半導體的電阻率是多少？第五章0135EcEvEiEiEcEvEFEFnEFp0.318eV0.3eV0.3eV光照前光照后解第五章0136因為所以，不滿足小注入條件電阻率第五章0137第五章0338例12、光激發(fā)的載流子的產生和衰減:均勻半導體，光照后在內部均勻產生非平衡載流子△p，無電場，求光照停止后非平衡少子的變化規(guī)律？解：光照停止的瞬間，作為計時起點：

光照在整個半導體均勻無電場連續(xù)性方程的應用例子第五章0339連續(xù)性方程(5-129)簡化為光照停止這就是非平衡載流子衰減時遵守的微分方程式(5-4)例13用連續(xù)強光照射一均勻n型半導體，假定光被均勻吸收，產生非平衡載流子，產生率為gp，空穴的壽命為。①

寫出光照下非平衡載流子所滿足的方程；

②求出光照下達到穩(wěn)定時的非平衡載流子濃度。第五章0140解：第五章0141例題14pn結空間電荷區(qū)的寬度求解：已知硅pn結的摻雜濃度為NA=1018cm-3，ND=1015cm-3，求室溫下該pn結的空間電荷區(qū)寬度和電場強度的最大值。已知ni=1010cm-3第六章-pn結42第六章243（a）擴散電流與濃度梯度的關系為：第六章-pn結44（b）第六章-pn結45

(c)第六章-pn結46第六章-pn結47解：第六章-pn結48(b)第六章-pn結49X=0處場強最大可見，空間電荷區(qū)內的場強很大，但是由于沒有可以移動的電荷，也沒有漂移電流存在。第六章-pn結50例題17一個硅pn結二極管具有如下參數ND