半導體器件物理第一章學習

半導體器件物理第一章學習第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一

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《半導體器件物理學習指導》編者孟慶巨于吉林大學

2007年12月30日第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一第一章半導體物理基礎第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一一．名詞、概念、術語與問題

第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1.2載流子的統(tǒng)計分布導帶電子濃度其中稱為導帶有效狀態(tài)密度第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一價帶空穴密度其中稱為價帶有效狀態(tài)密度第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一導帶電子濃度和價帶空穴濃度之積式中為禁帶寬度。與溫度有關，可以把它寫成經(jīng)驗關系式于是，其中為常數(shù)第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一本征半導體n＝p于是

，稱為質(zhì)量作用定律。利用和，也可以把電子和空穴濃度寫成下面的形式第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一只有一種雜質(zhì)的半導體N型半導體在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導帶電子濃度就等于施主濃度或p升高，費米能級逐漸遠離導帶底。

第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一P型半導體在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導帶電子濃度為費米能級第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一雜質(zhì)補償半導體在的半導體中，

相應的費米能級為和第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一在的半導體相應的費米能級為第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1.5.3流密度和電流密度在漂移和擴散同時存在的情況下，空穴和電子的流密度分別為電流密度分別為在一維情況下，空穴和電子的電流分別為式中為電流垂直流過的面積。（1-135）

（1-132）

（1-133）

（1-134）

（1-136）

（1-137）

第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1.5.4非均勻半導體中的自建場半導體中的靜電場和勢非均勻半導體和自建電場第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一電場定義為電勢的負梯度電勢與電子勢能的關系為可以把電場表示為（一維）取表示靜電勢與此類似，定義為費米勢。(1-138)

（1-140）

（1-141）

（1-142）

第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一于是式中稱為熱電勢.在熱平衡情況下，費米勢為常數(shù)，可以把它取為零基準，

（1-145）

（1-146）

（1-143）

（1-144）

第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一非均勻的雜質(zhì)分布會在半導體中形成電場，稱為自建電場。在熱平衡情況下，由

有和同樣，對于型半導體，有

（1-145）（1-146）

（1-150）

（1-151）

（1-152）

（1-153）

第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1.6非平衡載流子在非平衡狀態(tài)下可以定義和兩個量以代替，使得式中和分別稱為電子和空穴的準費米能級，和分別為相應的準費米勢：（1-162）

（1-163）

第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一修正的歐姆定律（1-166）式和（1-167）式稱為修正的歐姆定律，其中分別稱為電子和空穴的等效電導率。修正歐姆定律雖然在形式上和歐姆定律一致，但它包括了載流子的漂移和擴散的綜合效應。從修正歐姆定律可以看出，費米能級恒定（即）是電流為零的條件。處于熱平衡的半導體，費米能級恒定。或者說，熱平衡系統(tǒng)具有統(tǒng)一的費米能級。（1-166）

（1-167）

第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一通過復合中心的復合:為簡單計，假設復合中心對電子和空穴的俘獲系數(shù)相等。凈復合率可寫成或表面復合（1-207）

（1-208）

（1-209）

（1-210）

第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一半導體中的基本控制方程連續(xù)性方程利用電流密度表達式，（1-211）式和（1-212）式可以分別寫成在一維情況下，

（1-211）

（1-212）

（1-213）（1-214）（1-218）（1-219）第21頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一泊松方程在飽合電離的情況下設空間電荷所形成的電勢分布為，則與之間滿足泊松方程式中=相對介電常數(shù)

=自由空間電容率，其數(shù)值為