半導(dǎo)體物理學(xué)重點概念個人總結(jié)

半導(dǎo)體物理學(xué)重點概念個人總結(jié)Si:導(dǎo)帶：硅的導(dǎo)帶極小值位于k空間［100］方向的布里淵區(qū)中心到布里淵區(qū)邊界的0.85處；導(dǎo)帶極小值附近的等能面是長軸沿［100］方向的旋轉(zhuǎn)橢球面；在簡約布里淵區(qū)共有6個這樣的橢球。價帶：價帶具有一個重空穴帶，一個輕空穴帶和由于自旋-軌道耦合分裂出來的第三個能帶；價帶極大值位于布里淵區(qū)的中心；重空穴有效質(zhì)量為0.53m0，輕空穴有效質(zhì)量為0.16m0；第三個能帶的裂距為0.04eV。Ge:導(dǎo)帶：錯的導(dǎo)帶極小值位于k空間的［111］方向的簡約布里淵區(qū)邊界；導(dǎo)帶極小值附近的等能面是長軸沿［111］方向旋轉(zhuǎn)的8個橢球面；每個橢球面有半個在簡約布里淵區(qū)內(nèi)，因此，在簡約布里淵區(qū)內(nèi)共有4個橢球。價帶：價帶具有一個重空穴帶，一個輕空穴帶和由于自旋-軌道耦合分裂出來的第三個能帶；價帶極大值位于布里淵區(qū)的中心；重空穴有效質(zhì)量為0.36m0，輕空穴有效質(zhì)量為0.044m0；第三個能帶的裂距為0.29eV。主要特征：禁帶寬度Eg隨溫度增加而減小Eg:Si0.7437eVGe1.170ev間接能隙結(jié)構(gòu)。本征激發(fā)：當(dāng)溫度一定時，價代電子受到激發(fā)而成為導(dǎo)帶電子的過程稱為本征激發(fā)。（溫度升高，載流子濃度增大，空穴密度增大，本征激發(fā)加劇）有效質(zhì)量意義：它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運動規(guī)律時，可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用；特別是有效質(zhì)量可以直接由實驗測定，因而可以很方便地解決電子的運動規(guī)律。性質(zhì)：1.電子的有效質(zhì)量概況了半導(dǎo)體內(nèi)部的勢場作用；2.在能帶底部附近，電子的有效質(zhì)量是正值；在能帶頂部附近，電子的有效質(zhì)量是負(fù)值；對于帶頂和帶底的電子，有效質(zhì)量恒定；3.有效質(zhì)量與能量函數(shù)對于k的二次微商成反比，能帶越窄，二次微商越小，有效質(zhì)量越大。內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；夕卜層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。因此，夕卜層電子在外力作用下可以獲得較大的加速度。特點：決定于材料；與電子的運動方向有關(guān)；與能帶的寬窄有關(guān)?？昭ǎ嚎昭ㄊ菐缀醭錆M的能帶中未被電子占據(jù)的空量子態(tài)。價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶后，價帶中存在空著的狀態(tài)。這種空著的狀態(tài)將價帶電子的導(dǎo)電作用等效為帶正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用。特征：1.帶正電：+q；2.空穴濃度表示為p；Ep=-En；mp*=-mn*。淺能級雜質(zhì)：將很接近于價帶頂?shù)氖苤髂芗壓秃芙咏趯?dǎo)帶底的施主能級稱為淺能級。將產(chǎn)生淺能級的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)。其特點為：施主電離能：AED<<<=""g;受主電離能：8e二"”p="">深能級雜質(zhì)：施主雜質(zhì)能級距離導(dǎo)帶底，或受主雜質(zhì)能級距離價帶頂都較遠(yuǎn)時，該能級為深能級，相應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)。其特點為：施主電離能：AED<Eg;受主電離能：AEA<Eg。散射：載流子在半導(dǎo)體中運動時，便會不斷地與熱振動著的晶格原子或電離了的雜質(zhì)離子發(fā)生作用，或者說發(fā)生碰撞，碰撞后載流子速度的大小及方向就發(fā)生改變即載流子在半導(dǎo)體中運輸時遭到了散射。夕卜加電場載流子與晶格能量交換：電場存在時，載流子從電場中獲得能量，隨后又以發(fā)射聲子的形式將能量傳給晶格，這時平均的說，載流子發(fā)射的聲子數(shù)多于吸收的聲子數(shù)。電阻率與雜質(zhì)濃度關(guān)系：材料越純電阻率越大。電阻率與溫度的變化：AB段：溫度很低，本征激發(fā)忽略，載流子主要由電離雜質(zhì)提供。BC段：溫度繼續(xù)升高（包括室溫）雜質(zhì)全部電離，本征激發(fā)不十分顯著，晶格振動散射為主要雜質(zhì)。C段：溫度繼續(xù)升高，本征激發(fā)很快增加，大量本征載流子產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過遷移率減小電阻率影響，本征激發(fā)為主要矛盾。遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系：相同溫度下，濃度越高，遷移率越??；雜質(zhì)濃度相同時，溫度越高，遷移率越小。夕卜加電場載流子與晶格能量交換：電場存在時，載流子從電場中獲得能量，隨后又以發(fā)射聲子的形式將能量傳給晶格，這時平均的說，載流子發(fā)射的聲子數(shù)多于吸收的聲子數(shù)。非平衡載流子：如果對半導(dǎo)體施加外界作用，破壞了熱平衡的條件，就導(dǎo)致其處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡態(tài)。處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度不再是n0、p0,而是比它們多出一部。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子（或過剩載流子）。非平衡載流子的復(fù)合：產(chǎn)生非平衡載流子的外部作用撤除后，由于半導(dǎo)體的內(nèi)部作用，使它由非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)，過剩載流子逐漸消失。非平衡載流子復(fù)合時釋放能量的方式有三種：發(fā)射光子：伴隨著復(fù)合，將有發(fā)光現(xiàn)象，常稱為發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合；發(fā)射聲子：載流子將多余的能量傳給晶格，加強(qiáng)晶格的振動；將能量給予共他載流子，增加它們的動能，稱為俄歇復(fù)合。復(fù)合類型：按復(fù)合過程的微觀機(jī)構(gòu)，分為直接復(fù)合和間接復(fù)合：直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶和價帶之間的直接躍遷，引起電子和空穴的直接復(fù)合。簡接復(fù)合：電子和空穴通過禁帶的能級（復(fù)合中心）進(jìn)行復(fù)合。按復(fù)合過程發(fā)生的位置，分為體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合。理想pn結(jié)模型：（1）小注入條件：注入的少數(shù)載流子濃度比平衡多數(shù)載流子濃度得小得多。（2）突變耗盡層條件：外加電壓和接觸電勢差都降落在耗盡層上，耗盡層中的電荷是由電離施主和電離受主的電荷組成，耗盡層外的半導(dǎo)體是電中性的。因此，注入的少數(shù)載流子在p區(qū)和n區(qū)是純擴(kuò)散運動；（3）通過耗盡層的電子和空穴電流為常量，不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生及復(fù)合作用；（4）玻耳茲曼邊界條件：在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻耳茲曼統(tǒng)計分布。pn結(jié)接觸電勢差：平衡pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差VDpn結(jié)接觸電勢差影響因素：接觸電勢差VD和pn結(jié)兩邊的雜質(zhì)濃度、溫度、材料的禁帶寬度有關(guān)。在一定溫度下，突變結(jié)兩邊的摻雜濃度越高，VD越大；禁帶寬度越大，ni越小，VD越大。表面層的狀態(tài)：多數(shù)載流子堆積狀態(tài)、平帶狀態(tài)、耗盡狀態(tài)、反型狀態(tài)、深耗盡狀態(tài)。耗盡層：在靠近表面的一定區(qū)域內(nèi)，價帶頂位置比費米能級低得多，根據(jù)波爾茲曼分布，表面處空穴濃度將較體內(nèi)空穴濃度彳氐得多，表面層的負(fù)電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。反型：隨外加電壓增大，表面處禁帶中央能值Ei下降到EF以下時，就出現(xiàn)反型層。從深耗盡狀態(tài)向平衡反型狀態(tài)的過渡過程：開始，表面層處于深耗盡狀態(tài)；由于深耗盡下耗盡層中少數(shù)載流子濃度近似為零，遠(yuǎn)低于其平衡濃度，