第1章-半導(dǎo)體材料課件

第一章半導(dǎo)體材料(一)信息功能材料第一章半導(dǎo)體材料(一)信息功能材料1第一章半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體的基本特性、結(jié)構(gòu)與類型半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷典型半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和器件內(nèi)容：重點(diǎn)：半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和能帶典型半導(dǎo)體的應(yīng)用第一章半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體的基本特性、結(jié)構(gòu)與類型內(nèi)容：重點(diǎn)2引言導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體導(dǎo)電性劃分結(jié)晶半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體非結(jié)晶半導(dǎo)體半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體無機(jī)半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體一些常見的半導(dǎo)體材料與器件：引言導(dǎo)體導(dǎo)電性劃分結(jié)晶半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體非結(jié)晶半導(dǎo)體半導(dǎo)體3半導(dǎo)體材料的分類分類主要半導(dǎo)體材料

無機(jī)半導(dǎo)體晶體材料化合物半導(dǎo)體及固溶體半導(dǎo)體III-V族Ge、Si、Se、Te、灰SnII－VI族GaAs、InSb、GaP、InP、AlP等及其固溶體IV-IV族SiC、GeSiIV-VI族PbSPbSePbTeSnTePb1-xSrxTe(x=0~0.3)Pb1-ySrySe(y=0~0.4)V-VI族Bi2Te3金屬氧化物Cu2OZnOAl2O3過渡金屬氧化物SeOTiO3V2O5Cr2O3Mn2O3Fe2O3FeOCoONiO尖晶石型化合物(磁性半導(dǎo)體)CdCr2S4CdCr2Se4HgCr2S4HgCr2Se4CuCr2S3C稀土氧、硫、硒、碲化合物EuOEEuSEuSeEuTe非晶態(tài)半導(dǎo)體元素GeSiTeSe化合物GeTeAs2Te3Se4TeSe2As3As2SeTeAs2Se2Te有機(jī)半導(dǎo)體芳香族化合物多環(huán)芳香族化合物電荷移動絡(luò)合物半導(dǎo)體材料的分類分類主要半導(dǎo)體材料III-V族Ge、Si、4元素半導(dǎo)體

具備實(shí)用價(jià)值的元素半導(dǎo)體材料只有硅、鍺和硒。硒是最早使用的，而硅和鍺是當(dāng)前最重要的半導(dǎo)體材料，尤其是硅材料由于具有許多優(yōu)良特性，絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件都是用硅材料制作的。元素半導(dǎo)體具備實(shí)用價(jià)值的元素半導(dǎo)體材料只有硅、鍺和硒5二元化合物半導(dǎo)體它們由兩種元素組成，主要是有III-V族化合物半導(dǎo)體、II-VI族化合物半導(dǎo)體、IV-VI族化合物半導(dǎo)體、II-IV族化合物半導(dǎo)體，鉛化合物及氧化物半導(dǎo)體等。二元化合物半導(dǎo)體它們由兩種元素組成，主要是有III-V族化合6三元化合物半導(dǎo)體以A1GaAs相GaAsP為代表的二元化合物半導(dǎo)體材料，已為人們廣泛研究，可制作發(fā)光器件；AgSbTe2是良好的溫差電材料；CdCr2Se、MgCr2S4是磁性半導(dǎo)體材料；SrTiO3是超導(dǎo)電性半導(dǎo)體材料，在氧欠缺的條件下，它表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。三元化合物半導(dǎo)體以A1GaAs相GaAsP為代表的二元化合物7固溶體半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體相互溶解而成的半導(dǎo)體材料稱為固溶體半導(dǎo)體。它的一個(gè)重要特性是禁帶寬度(Eg)隨固溶度的成分變化，因此可以利用固溶體得到有多種性質(zhì)的半導(dǎo)體材料。例:可以利用GaAs1-xPx隨x變化而作出能發(fā)不同波長的發(fā)光二極管。Sb2Te3-Bi2Se3和Bi2Se3-Bi2Te3是較好的溫差電材料。固溶體半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體相互溶解而成的半導(dǎo)體材料8非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)物質(zhì)的特征是原子排列沒有規(guī)律．從長程看雜亂無章，有時(shí)也叫無定形物質(zhì)；在非晶態(tài)材料中有一些在常態(tài)下是絕緣體或高阻體，但是在達(dá)到一定值的外界條件(如電場、光、溫度等)時(shí)，就呈現(xiàn)出半導(dǎo)體電性能，稱之為非晶態(tài)半導(dǎo)體材料，也叫玻璃態(tài)半導(dǎo)體；非晶態(tài)半導(dǎo)體材料在開關(guān)元件、記憶元件、固體顯示、熱敏電阻和太陽能電池等的應(yīng)用方面有著重要應(yīng)用和良好前景。非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)物質(zhì)的特征是原子排列沒有規(guī)律．從長程看雜亂91.1半導(dǎo)體材料的基本特性能帶：用來表示電子各種行為。能帶結(jié)構(gòu):稱能帶、禁帶寬度以及電子填充能帶的情況．能帶和禁帶寬度：取決于晶體的原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，而電子填充要遵從能量最小原理相泡利不相容原理。畫能帶時(shí)只需畫能量最高的價(jià)帶和能量最低的導(dǎo)帶，價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底都稱為帶邊，分別用Ev和Ec表示它們的能量。帶隙寬度Eg:Eg=Ec-Ev本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)分兩類：直接帶隙和間接帶隙。一、半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)1.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)1.1半導(dǎo)體材料的基本特性能帶：用來表示電子各種行為。一、101.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)直接帶隙：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底直接對應(yīng)，位于k空間同一點(diǎn)。間接帶隙：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底不直接對應(yīng)，位于k空間不同點(diǎn)。具有這兩種能帶結(jié)構(gòu)的材料分別稱為直接帶隙半導(dǎo)體材料(如GaAs)和間接帶隙半導(dǎo)體材料(如(Ge、Si)。1.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)直接帶隙：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底直接對應(yīng)，位于k111.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)直接帶隙半導(dǎo)體材料和間接帶隙半導(dǎo)體材料在光吸收、發(fā)光、輸運(yùn)現(xiàn)象和過剩載流子復(fù)合等行為上有明顯的區(qū)別。發(fā)生光吸收或復(fù)合發(fā)光時(shí)，過程必須滿足準(zhǔn)動量守恒：其中ki為初始狀態(tài)電子波矢，kf為末尾狀態(tài)電子波矢，kq為光子波矢。對于間接帶隙半導(dǎo)體，發(fā)生導(dǎo)帶與價(jià)帶之間光學(xué)躍遷時(shí)，需要聲子參與才能滿足上式；對于直接帶隙半導(dǎo)體，不需要聲子參與就能滿足式上式，因此用直接躍遷型半導(dǎo)體制作發(fā)光和激光器件大有作為。1.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)直接帶隙半導(dǎo)體材料和間接其中ki為初始狀121.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)用晶體中電子的能量E與波矢k的函數(shù)關(guān)系來描述電子在能帶中的填充，對半導(dǎo)體起作用的常常是接近于導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)碾娮?，因此只需列出帶邊附近E和k的關(guān)系。根據(jù)固體理論，當(dāng)半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂部位于k空間原點(diǎn)(點(diǎn))，而且等能面為球面時(shí)，可推出：導(dǎo)帶底附近價(jià)帶頂附近其中me*和mh*分別為導(dǎo)帶底附近電子和價(jià)帶頂附近空穴的有效質(zhì)量。1.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)用晶體中電子的能量E與波矢k的函數(shù)關(guān)系來13例：半導(dǎo)體材料Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第一：GaAs的導(dǎo)帶底附近等能面形狀為球面，因此GaAs的許多性質(zhì)(如電阻率、磁阻效應(yīng)等)呈各向同性；Ge、Si的等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面。Ge、Si的許多性質(zhì)呈各向異性。第二：Ge和Si是典型的多能谷半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極值不在k空間原點(diǎn)，按對稱性的要求，必然存在若干個(gè)等價(jià)的能谷(稱為多能谷半導(dǎo)體)；GaAs為單能谷半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極值在k空間原點(diǎn)處，只有單個(gè)極值，稱為單能谷半導(dǎo)體。例：半導(dǎo)體材料Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第一：第二：14例：Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第三：多能谷半導(dǎo)體可用來制作壓阻器件。如：Si的導(dǎo)帶底處在<100>方向，距原點(diǎn)約5/6處，因此它有6個(gè)對稱的等價(jià)能谷，且每個(gè)等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面，電子的縱向有效質(zhì)量ml大于橫向有效質(zhì)量m2，即ml＞m2；因而沿橢球主軸方向的縱向遷移率I小于垂直于主軸方向的橫向遷移率，當(dāng)從x軸對N型硅施加壓力時(shí)，導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，y軸相z軸上能谷的電子轉(zhuǎn)移到x軸上的能谷，使x軸方向電導(dǎo)率減少，因此硅是制作壓阻器件的一種材料。例：Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第三：15例：Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第四：存在多種能量極值的半導(dǎo)體材料，由于不同極值處導(dǎo)帶的曲率(E/K)不同，而且其曲率與該處電子的有效質(zhì)量成反比，則發(fā)生轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)。如GaAs的導(dǎo)帶在位于<100>方向的極值(可稱為子能谷)比位于k空間原點(diǎn)的極值(可稱為主能谷)高約0.36ev，而且前者電子的有效質(zhì)量較大，遷移率較低，因此在強(qiáng)電場作用下，電子從原點(diǎn)極值轉(zhuǎn)移到<100＞方向極值處時(shí)，產(chǎn)生負(fù)阻現(xiàn)象。利用此待性GaAs可以制作轉(zhuǎn)移電子器件。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明InP是制作轉(zhuǎn)移器件的更好半導(dǎo)體材料。例：Ge、Si和GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第四：162.n型和p型半導(dǎo)體半導(dǎo)體摻雜——改變半導(dǎo)體的性質(zhì)、載流子類型……人工摻雜——半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)——器件……摻雜工藝——擴(kuò)散、離子注入……摻雜種類：施主摻雜（n型）——高價(jià)元素?fù)诫s，雜質(zhì)原子提供的價(jià)電子數(shù)目多于半導(dǎo)體原子，多余的價(jià)電子很容易進(jìn)入導(dǎo)帶而成為電子載流子，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。受主摻雜（p型）——低價(jià)元素?fù)诫s，雜質(zhì)原子提供的價(jià)電子數(shù)目少于半導(dǎo)體原子，很容易在價(jià)帶中形成空穴，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率同樣增加。2.n型和p型半導(dǎo)體半導(dǎo)體摻雜——改變半導(dǎo)體的性質(zhì)、載流子17Si的施主摻雜——V族P摻雜特點(diǎn)—多余價(jià)電子與P+的弱庫侖引力形成局域化的弱束縛態(tài)，很容易電離;電離出來的電子填充在導(dǎo)帶底部，成為導(dǎo)電載流子;束縛態(tài)能級—施主能級Ed位于導(dǎo)帶底部，比價(jià)帶至導(dǎo)帶的本征躍遷容易，可顯著提高半導(dǎo)體的電導(dǎo)率！中性施主—未電離的施主；電離施主—電離后的施主；利用類氫原子模型可以計(jì)算出施主能級，并將施主提供的多余電子近似看成是在相對介電常數(shù)為εr的介質(zhì)中運(yùn)動，且基態(tài)是穩(wěn)定的，可得：Si的施主摻雜——V族P摻雜特點(diǎn)—多余價(jià)電子與P+的弱庫侖引18Si的施主摻雜——V族P摻雜施主摻雜——弱束縛態(tài)，使得電子很容易從施主能級Ed躍遷到導(dǎo)帶，實(shí)現(xiàn)施主電離；主要載流子是導(dǎo)帶上的電子——多數(shù)載流子（多子）；價(jià)帶頂部的空穴——少數(shù)載流子（少子）；——n型半導(dǎo)體Si的施主摻雜——V族P摻雜施主摻雜——弱束縛態(tài)，使得電子很19Si的受主摻雜——III族B摻雜特點(diǎn)—B等可與Si形成固溶體共價(jià)網(wǎng)絡(luò)；在三價(jià)B使得在四價(jià)Si的某個(gè)鍵上形成電子空位，相當(dāng)于一個(gè)帶正電荷的粒子—空位；空位如果在Si中是非局域化的，將位于價(jià)帶頂部，形成空穴；空位與B-的弱庫侖引力形成局域化的弱束縛態(tài)—受主能級Ea,受主的中性束縛態(tài)即是空穴占據(jù)的能級Ea；電離態(tài)——空穴從Ea躍遷到價(jià)帶頂部，即電子從價(jià)帶頂部躍遷到Ea，易于成為導(dǎo)電載流子，這種電子從價(jià)帶頂部很容易躍遷到受主能級,因而會有效提高半導(dǎo)體的電導(dǎo)率——受主能級Ea

：Si的受主摻雜——III族B摻雜特點(diǎn)—B等可與Si形成固溶體20Si的受主摻雜——III族B摻雜受主摻雜——弱束縛態(tài)，使得電子很容易從價(jià)帶頂躍遷到施主能級Ea;主要載流子是價(jià)帶頂附近的空穴——多數(shù)載流子（多子）；導(dǎo)帶底附近的電子——少數(shù)載流子（少子）；——p型半導(dǎo)體Si的受主摻雜——III族B摻雜受主摻雜——弱束縛態(tài)，使得電213.半導(dǎo)體中的載流子分布熱平衡載流子分布本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布非平衡載流子3.半導(dǎo)體中的載流子分布熱平衡載流子分布223.半導(dǎo)體中的載流子分布(1)熱平衡載流子分布

由Fermi-Dirac分布函數(shù)得導(dǎo)帶上的電子數(shù)

最后得到：EF為Fermi能級kB為BoltzmanCon.Et為導(dǎo)帶頂?shù)哪芰縢c(E)為導(dǎo)帶上的態(tài)密度n為導(dǎo)帶上的電子濃度F(xF)為Fermi積分Nc導(dǎo)帶上的等效電子密度3.半導(dǎo)體中的載流子分布(1)熱平衡載流子分布

EF為Fe23半導(dǎo)體中的載流子分布各個(gè)中間參量計(jì)算出來之后，可得導(dǎo)帶電子密度注意到空穴的統(tǒng)計(jì)分布為1-f(E)，同樣計(jì)算可得價(jià)帶空穴密度為(1)熱平衡載流子分布Nv價(jià)帶上的等效電子密度Nc導(dǎo)帶上的等效電子密度半導(dǎo)體中的載流子分布各個(gè)中間參量計(jì)算出來之后，可得導(dǎo)帶電子密24半導(dǎo)體中的載流子分布由上兩式可得—MassActionLaw(1)熱平衡載流子分布Eg為半導(dǎo)體的禁帶寬度：質(zhì)量作用定律的意義：對一個(gè)給定半導(dǎo)體而言，導(dǎo)帶上電子濃度與價(jià)帶上空穴濃度的乘積為常數(shù)，僅取決與半導(dǎo)體的禁帶寬度。半導(dǎo)體中的載流子分布由上兩式可得—MassActionL25半導(dǎo)體中的載流子分布(2)本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布對本征半導(dǎo)體而言，導(dǎo)帶上的電子全部來源于價(jià)帶上電子向?qū)У谋菊骷ぐl(fā)，因而，導(dǎo)帶上的電子濃度與價(jià)帶上的空穴濃度必然相等。故：本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子濃度：相應(yīng)可以得到費(fèi)米能級：絕對零度下，費(fèi)米能級位于禁帶中央，隨溫度升高，費(fèi)米能級逐漸增加。半導(dǎo)體中的載流子分布(2)本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布對本征26半導(dǎo)體中的載流子分布雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度來源：本征激發(fā)+雜質(zhì)電離；對于n型半導(dǎo)體，對導(dǎo)帶上的電子載流子濃度是由本征激發(fā)和施主電離兩者的貢獻(xiàn)。由電中性方程：把n、p代入電中性方程得：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布n為導(dǎo)帶電子濃度，N＋d為電離施主濃度，p價(jià)帶上空穴濃度Nd為電離施主濃度從這里，即可求出各種給定溫度下的費(fèi)米能級EF。從而求出導(dǎo)帶上的電子載流子濃度。半導(dǎo)體中的載流子分布雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度來源：本征激發(fā)+雜27半導(dǎo)體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。關(guān)于Si的費(fèi)米能級與溫度和雜質(zhì)的關(guān)系：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。(3)28半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)溫度很低時(shí)，略去式中最后一項(xiàng)，可得：

當(dāng)T=0K時(shí)，F(xiàn)ermi能級位于導(dǎo)帶底和施主能級的中央，溫度升高時(shí)，逐漸升高。(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)溫度很低時(shí)，略去式中最后一項(xiàng)，可得：

29半導(dǎo)體中的載流子分布對于P型半導(dǎo)體，價(jià)帶上的空穴載流子濃度是由本征躍遷和受主電離兩者的貢獻(xiàn)。由電中性方程可寫為：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布P為價(jià)帶上空穴載流子濃度N-d為電離受主濃度n為導(dǎo)帶中電子載流子濃度半導(dǎo)體中的載流子分布對于P型半導(dǎo)體，價(jià)帶上的空穴載流子濃度是30半導(dǎo)體中的載流子分布非平衡載流子的概念——當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作用時(shí)，除了熱平衡載流子以外，還將受到光照、電場等的作用，這些外界條件也將激發(fā)載流子，稱為非平衡載流子。P-n結(jié)的工作就是與非平衡載流子的注入和抽取有關(guān)。例：光輻照半導(dǎo)體產(chǎn)生的非平衡載流子與復(fù)合過程：(4)非平衡載流子半導(dǎo)體中的載流子分布非平衡載流子的概念——當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作31半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)用光子能量大于禁帶寬度的光輻照半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶電子就可以躍遷到導(dǎo)帶，形成非平衡載流子。相應(yīng)的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴濃度為：(4)非平衡載流子n0和p0分別為熱平衡時(shí)電子和空穴的濃度結(jié)論：非平衡載流子使得導(dǎo)電載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加！由光激發(fā)所增加的部分電導(dǎo)率稱為光電導(dǎo)！光敏元件的原理！當(dāng)光停止照射后，出現(xiàn)復(fù)合過程！需要一定時(shí)間—非平衡載流子的壽命！半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)用光子能量大于禁帶寬度的光輻照半導(dǎo)體時(shí)32二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率在外電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子要受到電場力的作用，從而獲得一定的漂移速率，在半導(dǎo)體中形成電流。電子和空穴漂移方向相反；電子和空穴漂移速率一般不同：電子大于空穴；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為電子和空穴電導(dǎo)率之和。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率在外電場作33二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)如果載流子的電荷為e，濃度為ρ，則電流密度為：1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率對n型：主要以電子電導(dǎo)率為主；對p型：主要以空穴電導(dǎo)率為主；對本征半導(dǎo)體，n=p=ni,則：二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)如果載流子的電荷為e，濃度為ρ，則電流34二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(1)載流子的濃度2、電導(dǎo)率的主要影響因素載流子的濃度受溫度影響——熱激發(fā)：本征半導(dǎo)體：載流子的濃度因本征激發(fā)而增加；雜質(zhì)半導(dǎo)體：由雜質(zhì)濃度和溫度共同決定；雜質(zhì)電離本征激發(fā)二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(1)載流子的濃度2、電導(dǎo)率的主要影35二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(2)載流子的散射2、電導(dǎo)率的主要影響因素受到各種散射作用的弛豫時(shí)間：二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(2)載流子的散射2、電導(dǎo)率的主要影響36二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)有效質(zhì)量一定時(shí)，影響遷移率的主要因素是弛豫時(shí)間左式對于電子載流子和空穴載流子都是適用的(2)載流子的散射二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)有效質(zhì)量一定時(shí)，影響遷移率的主要因素是37二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)電離雜質(zhì)對載流子的散射機(jī)制—類Rutherford散射：(2)載流子的散射晶格振動對載流子的散射機(jī)制—聲子散射二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)電離雜質(zhì)對載流子的散射機(jī)制—類Ruth38二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)本征半導(dǎo)體——

電阻率隨溫度上升而下降，負(fù)溫度系數(shù)特性；(2)電阻率與溫度的關(guān)系雜質(zhì)半導(dǎo)體——

不同溫度段具有不同的溫度系數(shù)特性。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)本征半導(dǎo)體——(2)電阻率與溫度的關(guān)系39半導(dǎo)體中的載流子分布(2)本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布對本征半導(dǎo)體而言，導(dǎo)帶上的電子全部來源于價(jià)帶上電子向?qū)У谋菊骷ぐl(fā)，因而，導(dǎo)帶上的電子濃度與價(jià)帶上的空穴濃度必然相等。故：本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子濃度：相應(yīng)可以得到費(fèi)米能級：絕對零度下，費(fèi)米能級位于禁帶中央，隨溫度升高，費(fèi)米能級逐漸增加。半導(dǎo)體中的載流子分布(2)本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布對本征40半導(dǎo)體中的載流子分布—雜質(zhì)情況雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度來源：本征激發(fā)+雜質(zhì)電離；對于n型半導(dǎo)體，對導(dǎo)帶上的電子載流子濃度是由本征激發(fā)和施主電離兩者的貢獻(xiàn)。由電中性方程：把n、p代入電中性方程得：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布n為導(dǎo)帶電子濃度，N＋d為電離施主濃度，p價(jià)帶上空穴濃度Nd為電離施主濃度從這里，即可求出各種給定溫度下的費(fèi)米能級EF。從而求出導(dǎo)帶上的電子載流子濃度。半導(dǎo)體中的載流子分布—雜質(zhì)情況雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度來源：本41半導(dǎo)體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。關(guān)于Si的費(fèi)米能級與溫度和雜質(zhì)的關(guān)系：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。(3)42半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)溫度很低時(shí)，略去式中最后一項(xiàng)，可得：

當(dāng)T=0K時(shí)，F(xiàn)ermi能級位于導(dǎo)帶底和施主能級的中央，溫度升高時(shí)，逐漸升高。(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)溫度很低時(shí)，略去式中最后一項(xiàng)，可得：

43半導(dǎo)體中的載流子分布對于P型半導(dǎo)體，價(jià)帶上的空穴載流子濃度是由本征躍遷和受主電離兩者的貢獻(xiàn)。由電中性方程可寫為：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布P為價(jià)帶上空穴載流子濃度N-d為電離受主濃度n為導(dǎo)帶中電子載流子濃度半導(dǎo)體中的載流子分布對于P型半導(dǎo)體，價(jià)帶上的空穴載流子濃度是44半導(dǎo)體中的載流子分布非平衡載流子的概念——當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作用時(shí)，除了熱平衡載流子以外，還將受到光照、電場等的作用，這些外界條件也將激發(fā)載流子，稱為非平衡載流子。P-n結(jié)的工作就是與非平衡載流子的注入和抽取有關(guān)。例：光輻照半導(dǎo)體產(chǎn)生的非平衡載流子與復(fù)合過程：(4)非平衡載流子半導(dǎo)體中的載流子分布非平衡載流子的概念——當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作45半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)用光子能量大于禁帶寬度的光輻照半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶電子就可以躍遷到導(dǎo)帶，形成非平衡載流子。相應(yīng)的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴濃度為：(4)非平衡載流子n0和p0分別為熱平衡時(shí)電子和空穴的濃度結(jié)論：非平衡載流子使得導(dǎo)電載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加！由光激發(fā)所增加的部分電導(dǎo)率稱為光電導(dǎo)！光敏元件的原理！當(dāng)光停止照射后，出現(xiàn)復(fù)合過程！需要一定時(shí)間—非平衡載流子的壽命！半導(dǎo)體中的載流子分布當(dāng)用光子能量大于禁帶寬度的光輻照半導(dǎo)體時(shí)46二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率在外電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子要受到電場力的作用，從而獲得一定的漂移速率，在半導(dǎo)體中形成電流。電子和空穴漂移方向相反；電子和空穴漂移速率一般不同：電子大于空穴；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為電子和空穴電導(dǎo)率之和。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率在外電場作47二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)如果載流子的電荷為e，濃度為ρ，則電流密度為：1、載流子的漂移運(yùn)動及電導(dǎo)率對n型：主要以電子電導(dǎo)率為主；對p型：主要以空穴電導(dǎo)率為主；對本征半導(dǎo)體，n=p=ni,則：二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)如果載流子的電荷為e，濃度為ρ，則電流48二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(1)載流子的濃度2、電導(dǎo)率的主要影響因素載流子的濃度受溫度影響——熱激發(fā)：本征半導(dǎo)體：載流子的濃度因本征激發(fā)而增加；雜質(zhì)半導(dǎo)體：由雜質(zhì)濃度和溫度共同決定；雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征半導(dǎo)體—電阻率隨溫度上升而下降，負(fù)溫度系數(shù)特性；雜質(zhì)半導(dǎo)體—不同溫度段具有不同的溫度系數(shù)特性。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(1)載流子的濃度2、電導(dǎo)率的主要影49二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴，在相同的電場作用下，產(chǎn)生漂移運(yùn)動，但兩者所獲平均漂移速度不同，即電子遷移率e大于空穴遷移率p

，而總導(dǎo)電作用為兩者之和，即總電流密度：其中，Jn、Jp分別為電子和空穴的電流密度；q為電子電荷量；E為電場強(qiáng)度。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為：(2)載流子的散射二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴50二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

宏觀量敢決于兩個(gè)因素：載流子濃度和遷移率。在摻雜情況下，如果一種載流于濃度遠(yuǎn)大于另一種載流子濃度，則分別稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)和少數(shù)載流子(簡稱少子)。主要是多子參與導(dǎo)電，上式可以簡化為遷移率是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個(gè)量，散射越強(qiáng)，載流于平均自由運(yùn)動時(shí)間就越短，遷移率就越??；相反，遷移率就越大。只有在晶體的原子排列的周期場受到破壞時(shí)，運(yùn)動的電子才會受到散射。(2)載流子的散射二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)宏觀量敢決于兩個(gè)因素：載51二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)散射主要有兩種：晶格散射和電離雜質(zhì)散射

晶格散射：由于原子晶格振動引起的載流子散射叫晶格散射。原子間振動按照波疊加原理可以分解為若干不同的基本波動，其中縱波才會引起原子的位移，引起體積的壓縮和膨脹，從而引起能帶的起伏，使載流子受到它的勢場作用引起散射。對于橫波在單一極值能帶中不起散射作用，但對多極值的復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)，橫波也會產(chǎn)生散射。當(dāng)溫度升高時(shí)，品格熱振動加強(qiáng)，散射也隨之加強(qiáng)。晶格振動對載流子的散射機(jī)制—聲子散射(2)載流子的散射二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)散射主要有兩種：晶格散射和電離雜質(zhì)散射52二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)被電離的雜質(zhì)作為正電中心或負(fù)電中心，可以改變載流子原有運(yùn)動速度的方向和大小，被稱為電離雜質(zhì)散射。載流子在散射過程中的軌跡是以電離雜質(zhì)為—個(gè)焦點(diǎn)的雙曲線。晶體中摻入雜質(zhì)越多，載流子與電離雜質(zhì)相遇而被散射的機(jī)會也越多，即隨摻雜濃度增加，散射也增加。而且當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子運(yùn)動加快，電離雜質(zhì)散射作用越弱。淺能級的施主或受主雜質(zhì)在室溫幾乎可以全部電離。(2)載流子的散射--電離雜質(zhì)散射：電離雜質(zhì)對載流子的散射機(jī)制—類Rutherford散射.二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)被電離的雜質(zhì)作為正電中心或負(fù)電中心，可53二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

3、光電導(dǎo)效應(yīng)

在光的照射下，使半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。按其發(fā)生機(jī)制可以分為本征光電導(dǎo)和雜質(zhì)光電導(dǎo)。本征光電導(dǎo)效應(yīng)指光照射半導(dǎo)體時(shí)，當(dāng)光的能量達(dá)到禁帶寬度的能量值，價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶，材料內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，這兩種光生載流子都參與導(dǎo)電，使電導(dǎo)率增加。雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)指光照射半導(dǎo)體時(shí)，當(dāng)光的能量達(dá)到一定值后，禁帶中雜質(zhì)能級上的電子接收光子能量后，躍遷到導(dǎo)帶而參與導(dǎo)電(或是價(jià)帶電子躍遷到受主能級上產(chǎn)生空穴參與導(dǎo)電)，使電導(dǎo)率增加。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

3、光電導(dǎo)效應(yīng)在光的照射下54二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

3、光電導(dǎo)效應(yīng)光照射在半導(dǎo)體中產(chǎn)生非平衡載流了，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)目增加n(p)，引起附加的光電導(dǎo)，亦稱光電導(dǎo)。對本征光電導(dǎo)附加光電導(dǎo)率為：其中n

、p分別為光生電子、空穴數(shù)；n、p分別為電子、空穴遷移率。雜質(zhì)光電導(dǎo)率為：

正是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)持性，制成光敏電阻，光的探測、度量和其它光電元件。二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

3、光電導(dǎo)效應(yīng)光照射在半導(dǎo)體中產(chǎn)生非55二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

4、載流子的遷移率

遷移率是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個(gè)量；單位電場下載流子漂移的速度稱為載流子的遷移率。它是反映半導(dǎo)體中載流子的導(dǎo)電能力的重要參數(shù)，而且直接決定著載流子運(yùn)動(包括漂移和擴(kuò)散)的快慢，它對半導(dǎo)體器件的工作速度有直接的影響。由上面分析可知，遷移率是與散射幾率有關(guān)的。當(dāng)同時(shí)有幾種散射作用時(shí)，總的遷移率與各種遷移率i的關(guān)系為：一般只考慮晶格振動散射和電離雜質(zhì)散射，相應(yīng)的遷移率用L和I表示。二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

4、載流子的遷移率遷移率是56二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)有效質(zhì)量一定時(shí)，影響遷移率的主要因素是弛豫時(shí)間左式對于電子載流子和空穴載流子都是適用的4、載流子的遷移率二.半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)有效質(zhì)量一定時(shí)，影響遷移率的主要因素是57二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

4、載流子的遷移率對于簡單能帶，可將晶格振動散射L與溫度T的關(guān)系表示為

L=aLT-3/2

其中aL為與載流子有效質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)。對于電離雜質(zhì)對載流子散射，有關(guān)系式I=aIL3/2aI為與載流子的有效質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)，所以載流子遷移率隨溫度變化。當(dāng)溫度升高時(shí),電離雜質(zhì)散射減弱，遷移率I升高。但是晶格散射增強(qiáng)，使遷移率L下降。對摻雜濃度低的硅材料，其遷移率隨溫度的升高，大幅度下降，因此影響遷移率的主要因素是晶格散射。對摻雜濃度高的硅材料，其遷移率隨溫度變化較平緩，這是電離雜質(zhì)散射和品格散射共同作用的結(jié)果。而且，在同一種材料中，載流子遷移率與摻雜濃度有關(guān)。在一定溫度下，晶體中雜質(zhì)較少時(shí)，電離雜質(zhì)散射影響小，載流子遼移宰數(shù)值平穩(wěn)，而隨著摻雜濃度增加，電離雜質(zhì)散射作用增強(qiáng)，載流子遷移率顯著下降。二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)

4、載流子的遷移率對于簡單能帶，可將58三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合

對于非簡并半導(dǎo)體，在一定溫度下載流子濃度是一定的，這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度稱為平衡載流子濃度。但在外界作用下，材料中的電子濃度n和空穴濃度p都是偏離平衡值的，多出來的這部分載流子叫做非平衡載流子(過剩載流子)。通常用光注入或電注入方法產(chǎn)生非平衡載流子。非平衡載流子在數(shù)量上對多子和少子的影響是顯著不同的。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合對于非簡并半導(dǎo)體，在一定溫59三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合

非平衡載流子的重要特點(diǎn)之一是它們會因復(fù)合而消失。人們把非平衡載梳子平均存在時(shí)間稱為壽命。非平衡載流子壽命也用少數(shù)裁流子壽命來描述。以光注入為例，設(shè)一半導(dǎo)體樣品受穩(wěn)定、均勻的光照，非平衡載流子濃度保持恒定值(n)o和(p)o

，在光照撤去后，n將按下述規(guī)律衰減三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合非平衡載流子的重要特點(diǎn)之一是60三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合

非平衡載流子壽命是半導(dǎo)體材料最重要的參數(shù)之一，反映了半導(dǎo)體材料的質(zhì)量；不同的材料壽命不相同，如鍺的壽命約在100~1000s；硅的壽命約為50~500s；砷比鎵的壽命僅為10-2~10-3s或更低。材料中重金屬雜質(zhì)、晶體缺陷的存在、表面的性質(zhì)都直接影響壽命的長短。壽命又影響著器件的性能。因此不同的器件對非平衡載流子壽命值也有不同的要求，如對高頻器件，要求壽命要小，而對探測器要求壽命要大。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合非平衡載流子壽命是半導(dǎo)體材61三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合直接復(fù)合：導(dǎo)帶電子直接躍遷到價(jià)帶的某一空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合，稱為直接復(fù)合(帶間復(fù)合)。如砷化鎵、銻化銦中主要為直接復(fù)合。間接復(fù)合：導(dǎo)帶電子在躍遷到價(jià)帶某一空狀態(tài)之前還要經(jīng)歷某一(或某些）中間狀態(tài)，稱為間接復(fù)合。能促使這種間接復(fù)合的局域中心稱為復(fù)合中心，雜質(zhì)和缺陷就成為復(fù)合中心。表面復(fù)合三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合直接復(fù)合：導(dǎo)帶電子直接躍遷到價(jià)帶62三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合表面復(fù)合：直接復(fù)合間接復(fù)合只涉及材料體內(nèi)的復(fù)合過程和壽命。實(shí)際在材料表面也存在復(fù)合過程，在材料表面常常存在各種復(fù)合中心，所以表面復(fù)合的本質(zhì)也是間接復(fù)合。實(shí)驗(yàn)測得表面壽命值低于體內(nèi)壽命值，由于存在表面復(fù)合，能使晶體管小注入電流放大系數(shù)下降，反向漏電增大，對晶體管的穩(wěn)定性、可靠性、噪聲都有嚴(yán)重影響。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合表面復(fù)合：63三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合其中Dh為空穴擴(kuò)散系數(shù)，p為空穴的壽命。得到方程的解，即為非平衡空穴濃度的分布：Lh＝(Dnp)1/2為非平衡空穴擴(kuò)散長度，標(biāo)志空穴濃度降至1/e所需的距離。非平衡載流子的的擴(kuò)散運(yùn)動：由于非平衡載流子一般是靠外部條件的作用而產(chǎn)生的，因而在半導(dǎo)體中各處的濃度不像平衡載流子那樣是均勻的。以光注入為例，設(shè)以穩(wěn)定的光均勻照射半導(dǎo)體表面，光只在表面極薄的一層產(chǎn)生非平衡載流子，由于濃度梯度的作用，對于N型樣品，非平衡的空穴將向材料內(nèi)部擴(kuò)散，并形成穩(wěn)定的分布，根據(jù)一維的連續(xù)性方程：三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合其中Dh為空穴擴(kuò)散系數(shù)，p為空64三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合對非平衡電子的擴(kuò)散有其中Ln＝(Dnn)1/2為非平衡電子擴(kuò)散長度,Dn為電子擴(kuò)散系數(shù),n為電子壽命。載流子擴(kuò)散系數(shù)D與遷移率遵從愛因斯坦關(guān)系：而Lh、Ln也是半導(dǎo)體的一個(gè)重要參數(shù)，是有關(guān)器件設(shè)計(jì)、提高性能必須考慮的因素。非平衡載流子的的擴(kuò)散運(yùn)動三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合對非平衡電子的擴(kuò)散有其中Ln＝65四、半導(dǎo)體的界面特性如果在同一塊半導(dǎo)體材料中，一邊是p型區(qū)，另一邊是n型區(qū)，在相互接觸的界面附近將形成一個(gè)結(jié)叫p-n結(jié)。p-n結(jié)是許多半導(dǎo)體電子器件的基本結(jié)構(gòu)單元。P-n結(jié)按其雜質(zhì)分布狀況可以分為兩類：突變結(jié)和緩變結(jié)。突變結(jié)結(jié)面兩邊的摻雜濃度是常數(shù)，但在界面處導(dǎo)電類型發(fā)生突變。緩變結(jié)的雜質(zhì)分布是通過結(jié)面緩慢地變化。合金結(jié)和高表面濃度的淺結(jié)擴(kuò)散結(jié)一般可認(rèn)為是突變結(jié)；而低表面站度的深擴(kuò)散結(jié)，一般可認(rèn)為是緩變結(jié)。p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有單向?qū)щ娦?，使得各種功能半導(dǎo)體器件得以迅速發(fā)展。1、P-n結(jié)四、半導(dǎo)體的界面特性如果在同一塊半導(dǎo)體材料中，一邊是p型區(qū)，66四、半導(dǎo)體的界面特性

當(dāng)p-n結(jié)形成時(shí)，在交界處有一結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)內(nèi)形成空間電荷，而自由載流子數(shù)目少，所以也常稱為耗盡層。而且在結(jié)區(qū)內(nèi)，對于電子而言，結(jié)區(qū)是從n區(qū)向p區(qū)逾越的勢壘；對于空穴而言，結(jié)區(qū)也是從p區(qū)向n區(qū)逾越的勢壘，因此結(jié)區(qū)也稱為勢壘區(qū)。1、P-n結(jié):平衡p-n結(jié)勢壘四、半導(dǎo)體的界面特性當(dāng)p-n結(jié)形成時(shí)，在交界處有一結(jié)67四、半導(dǎo)體的界面特性n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級在本征費(fèi)米能級之上，P型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級在本征費(fèi)米能級之下，當(dāng)n型和P型半導(dǎo)體形成p-n結(jié)時(shí)，由于自建場的作用，平衡p-n結(jié)達(dá)到統(tǒng)一的費(fèi)米能級EF，即p型區(qū)能帶相對n型區(qū)上移，而上移的高度為qVD,稱為平衡p-n結(jié)的勢壘高度。勢壘高度的物理意義即為電子從n區(qū)到p區(qū)(或空穴從p區(qū)到n區(qū))必須克服的能量勢壘，其大小為:1、P-n結(jié):平衡p-n結(jié)勢壘eVd=KBTln(NdNa/NcNv)+Eg即：提高禁帶寬度或增加雜質(zhì)濃度的乘積，都使p-n結(jié)勢壘高度增加。四、半導(dǎo)體的界面特性n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級在本征費(fèi)米能級之上，68四、半導(dǎo)體的界面特性p-n結(jié)伏安特性指通過p-n結(jié)的電流與外加電壓(偏壓)的關(guān)系：正向偏壓下，電流隨偏壓指數(shù)上升，可達(dá)幾十安／厘米2~幾千安／厘米2

，反向偏壓下，電流很小，且很快趨向飽和，即反向飽和電流僅幾微安／厘米2

；當(dāng)反向偏壓升到某電壓值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為擊穿，其電壓為擊穿電壓V擊穿。1、p-n結(jié)—伏安特性這一伏安特性具有單向?qū)щ姷恼餍再|(zhì)。單向?qū)щ姷臋C(jī)理：由于結(jié)區(qū)中載流子濃度很低，是高阻區(qū)，如果加上正向偏壓V，我們可以認(rèn)為其全降落在結(jié)區(qū)，V使p區(qū)電勢升高，則勢壘降低，電子不斷從n區(qū)向p區(qū)擴(kuò)散，空穴也不斷從p區(qū)向n區(qū)擴(kuò)散，由于是多子運(yùn)動，所以隨外加電壓的增加，擴(kuò)散電流顯著增加；反之施加反向偏壓－V時(shí)，外加電場與自建電場一致，使勢壘升高，漂移運(yùn)動成了主要方面，由于是少子運(yùn)動，所以反向電流很小，且不隨反向電場的增大有很大增加。四、半導(dǎo)體的界面特性p-n結(jié)伏安特性指通過p-n結(jié)的電流與外69四、半導(dǎo)體的界面特性在正向偏壓V下，流過p-n結(jié)的電流密度為：2、p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)實(shí)際p-n結(jié)的反向電流與材料受到的污染、含有缺陷或外界作用有關(guān)，常常導(dǎo)致js的實(shí)際值大于理論值。如光照射p-n結(jié)，在空間電荷區(qū)外一個(gè)擴(kuò)散長度范圍內(nèi)光激發(fā)的電子-空穴對，使到達(dá)反向p-n結(jié)空間電荷區(qū)邊界少子濃度增高?？尚纬奢^大的光致反向電流，這正是p-n結(jié)光生伏待效應(yīng)的基本原理。同樣PnP晶體管也應(yīng)用了增大反向少子電流的原理.四、半導(dǎo)體的界面特性在正向偏壓V下，流過p-n結(jié)的電流密度為70四、半導(dǎo)體的界面特性在半導(dǎo)體片上淀積一層金屬，形成緊密的接觸，稱為金屬-半導(dǎo)體接觸;最重要的兩種類型接觸;一類是半導(dǎo)體摻雜濃度較低的情況，其伏安特性與p-n結(jié)類似，具有單向?qū)щ娦?，這種金屬-半導(dǎo)體接觸稱為肖持基勢壘二極管(簡稱SBD)；另一類是半導(dǎo)體摻雜濃度很高的情況．伏安特性遵從歐姆定律，這種金屬-半導(dǎo)體接觸稱為歐姆接觸。3、金屬-半導(dǎo)體界面四、半導(dǎo)體的界面特性在半導(dǎo)體片上淀積一層金屬，形成緊密的接觸71四、半導(dǎo)體的界面特性導(dǎo)電機(jī)理:

以金屬和N型半導(dǎo)體的SBD為例,設(shè)金屬費(fèi)米能級位置比N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級低，兩者接觸達(dá)到平衡時(shí)的情況，統(tǒng)一的費(fèi)米能級金屬表面帶負(fù)電、負(fù)電荷集中在表面很薄的一層．半導(dǎo)體表面帶正電，正電荷區(qū)較寬，在半導(dǎo)體一側(cè)，類似于單邊突變結(jié)，自建場由半導(dǎo)體指向金屬，半導(dǎo)體中電子勢壘的高度為qVD，而金屬的勢壘高度:與外加偏壓無關(guān)。3、金屬-半導(dǎo)體界面四、半導(dǎo)體的界面特性導(dǎo)電機(jī)理:以金屬和N型半導(dǎo)體的SBD為72四、半導(dǎo)體的界面特性當(dāng)加正向偏壓時(shí)，半導(dǎo)體方面勢壘下降為q(VD－V)，而金屬勢壘不變，所以半導(dǎo)體發(fā)射到金屬的電子數(shù)目增加，可導(dǎo)出正向電流密度其中A為常數(shù)，公式表明正向電流密度隨正向偏壓V按指數(shù)迅速增長，qms越大，電流越小。當(dāng)加反向偏壓時(shí)，自建場增強(qiáng)．而金屬勢壘qms不變，形成反向電流，當(dāng)反向電壓增大到一定值，反向電流趨于飽和值。肖持基二極管是利用多數(shù)載流于工作的器件，沒有少數(shù)載流子的影響，可以做為快速開關(guān)二極管、微波混頻管和微波變?nèi)荻O管；還可制作其他種類組臺器件；肖待基勢壘的形成還可應(yīng)用于化各物半導(dǎo)體材料的物理特性的測試等。2、金屬-半導(dǎo)體界面-3、金屬-半導(dǎo)體界面四、半導(dǎo)體的界面特性當(dāng)加正向偏壓時(shí)，半導(dǎo)體方面勢壘下降為q(73四、半導(dǎo)體的界面特性若兩種品格結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相近，但帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料長在一起形成結(jié)，則稱為異質(zhì)結(jié)。若結(jié)兩側(cè)材料導(dǎo)帶類型相同稱為同型異質(zhì)結(jié)；若不相同稱為異型異質(zhì)結(jié)。由于異質(zhì)結(jié)的實(shí)現(xiàn)，為制作集成電路提供了能起良好絕緣作用的襯底，對集成電路的發(fā)展有重大意義；可以通過改變異質(zhì)結(jié)的組分，在一定范圍內(nèi)，人為地連續(xù)可調(diào)異質(zhì)結(jié)的晶格常數(shù)、帶隙寬度等參數(shù)，則擴(kuò)大了材料的應(yīng)用范圍。而且異質(zhì)結(jié)處能帶結(jié)構(gòu)的突變，使其具有不同于單獨(dú)材料的特性，從而發(fā)展廠許多重要的半導(dǎo)體光電器件，如激光器、探測器、高電子遷移率晶體管、雙極晶體管等；推動了半導(dǎo)體物理的發(fā)展，如1980年8月量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，開拓了半導(dǎo)體物理研究的新領(lǐng)域，展開對異質(zhì)結(jié)中二維電子氣在電場作用下的電荷輸運(yùn)和在電場、磁場以及溫度場作用下的能量輸運(yùn)過程的研究．并使低維系統(tǒng)的機(jī)理研究深入到了新的層次。4、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)四、半導(dǎo)體的界面特性若兩種品格結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相近，但帶隙74四、半導(dǎo)體的界面特性構(gòu)成異