2022-2023學年高二物理競賽課件：簡并半導體

簡并半導體2024/5/172簡并半導體1.簡并的出現(xiàn)以摻某種n型雜質(zhì)為例，在室溫下，處于強電離區(qū)此時，當玻爾茲曼統(tǒng)計不再適用~1必須考慮泡里不相容原理，采用費米統(tǒng)計分布——載流子的簡并化簡并半導體2024/5/173簡并半導體并半導體的載流子濃度仍以摻某種n型雜質(zhì)為例費米積分!!!2024/5/174簡并半導體簡并化條件非簡并與簡并情況下的相對誤差則，相對誤差非簡并簡并弱簡并2024/5/175簡并半導體簡并化條件n型p型2024/5/176簡并半導體簡并臨界濃度的估算2024/5/177簡并半導體一般來說，半導體發(fā)生簡并時，摻雜濃度接近或大于導帶底有效狀態(tài)密度Nc（價帶頂有效狀態(tài)密度Nv）。對于雜質(zhì)電離能小的雜質(zhì)（容易電離），則雜質(zhì)濃度較小時就會發(fā)生簡并（容易簡并化）。對于不同種類的半導體，因?qū)У子行顟B(tài)密度和價帶頂有效密度各不相同。一般規(guī)律是有效狀態(tài)密度小的材料，其發(fā)生簡并的雜質(zhì)濃度較小。2024/5/178簡并半導體簡并濃度的正式計算強簡并條件注意：Nc與溫度有關(guān)2024/5/179簡并半導體簡并時雜質(zhì)的電離情況非簡并時，室溫下，通常EF<ED，nD+≈ND簡并時，EF≥EC，則nD+<ND簡并時，雜質(zhì)不能充分電離簡并半導體電子濃度較高，費米能級遠在施主能級之上，使施主能級上填滿電子,使雜質(zhì)電離程度降低2024/5/1710簡并半導體簡并半導體中的雜質(zhì)能級非簡并半導體:雜質(zhì)濃度不大，雜質(zhì)間距比較遠，相互作用可忽略,在禁帶中形成孤立的能級。重摻雜的簡并半導體：雜質(zhì)濃度很高，雜質(zhì)互相靠近，電子波函數(shù)顯著重疊，使雜質(zhì)電子能在雜質(zhì)原子之間產(chǎn)生共有化運動，從而使孤立的能級擴展為能帶，通常稱為雜質(zhì)能帶（簡并能帶）。雜質(zhì)能帶中的雜質(zhì)電子，可以通過雜質(zhì)原子之間的共有化運動參加導電的現(xiàn)象稱為雜質(zhì)帶導電。2024/5/1711簡并半導體導帶Eg施主能級價帶施主能帶本征導帶簡并導帶能帶邊沿尾部EgE′g價帶2024/5/1712簡并半導體例題求室溫下?lián)戒R的n型硅，使EF=(EC+ED)/2時銻的濃度。已知銻的電離能為0.039V。2024/5/1713簡并半導體例題

用外延生長和雜質(zhì)高溫擴散工藝制作一個二極管?；琻型Si的濃度是均勻的。外延生長的濃度ND2也是均勻的。硼擴散的濃度表面高，里面低。如圖分布。在xj處NA＝ND2，B點的濃度為NAB，具體數(shù)值如圖。已知室溫NC=2.8×1013cm-3，NV=1.1×1019cm-3；500K時，Eg=1.0eV。請回答下列問題。1）求300K時擴硼前n區(qū)（外延層）費米能級EF的位置及電子和空穴的濃度。2）試求室溫時B點的EF的位置及電子和空穴的濃度。3）在500K時B點處的電子和空穴濃度。4）如在n+區(qū)摻入的是銻，電離能為0.039eV，若300K時EF在EC下0.026eV，試求n+區(qū)的電子濃度。2024/5/1714簡并半導體基片外延硼擴n+n+n+n+nnnppxNND1NABND2ND1=4×1019cm-3NAB=5.2×1015cm-3ND2=4.6×1015cm-3xjB點2024/5/1715一般情況下的載流子統(tǒng)計分布多種施主、受主并存基本要求1）掌握半導體同時含有施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)情況下電中性方程的一般表達式。2）能較熟練地分析和計算補償型半導體的載流子濃度和費米能級（強電離區(qū)）2024/5/1716一般情況下