半導(dǎo)體物理歷年真題參考答案-bySYP哈工大半導(dǎo)體考研真題

威海校區(qū)內(nèi)部資料，請(qǐng)勿外傳，同時(shí)僅供參考BySYP空穴：價(jià)帶頂部附近的電子激發(fā)到導(dǎo)帶后留下的價(jià)帶空狀態(tài)稱(chēng)為空穴，在價(jià)帶中每出現(xiàn)一個(gè)空的電子狀態(tài)便賦予一個(gè)空穴，并設(shè)定qp=-qn=1.6E-19C,mp*=-mn*,它是為了處理價(jià)帶中的電學(xué)問(wèn)題而引入的假想粒子，引進(jìn)空穴的概念后，就可以把價(jià)帶中大量電子對(duì)電流的貢獻(xiàn)用少量的空穴表達(dá)出來(lái)。有效質(zhì)量：為了半導(dǎo)體中的電子在外力作用下也能寫(xiě)出加速度與外力之間類(lèi)似經(jīng)典力學(xué)的簡(jiǎn)單關(guān)系，從而能夠方便地描述在外力作用下電子狀態(tài)的變化而引入的概念，，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子受外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。布里淵區(qū)：允帶中電子可以用波矢k描寫(xiě)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子能量E和速度v都是k的函數(shù)。晶體中所有電子都可以由波矢k為坐標(biāo)的狀態(tài)空間中一個(gè)有限的區(qū)域來(lái)描寫(xiě)，把k空間的這個(gè)區(qū)域叫布里淵區(qū)。（在一維情況下，k值限定在[-1/2πa,1/2πa],則該區(qū)稱(chēng)為簡(jiǎn)約布里淵區(qū)或第一布里淵區(qū)）本質(zhì)半導(dǎo)體：沒(méi)有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體，在絕對(duì)溫度是零時(shí)，價(jià)帶中全部量子態(tài)被電子占據(jù)，而導(dǎo)帶中的量子態(tài)是空的，費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線處。施主和受主雜質(zhì)：Ⅴ族雜質(zhì)施主雜質(zhì)在Si、Ge中電離后能夠施放電子而產(chǎn)生可移動(dòng)的導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱(chēng)它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)；Ⅴ族雜質(zhì)在Si、Ge中電離后能夠接受電子而產(chǎn)生空穴并形成負(fù)電中心，稱(chēng)它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)深能級(jí)雜質(zhì)：非Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)電離后在Si、Ge的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底，受主能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶頂,通常稱(chēng)這種能級(jí)為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)為深能級(jí)雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)：Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)電離后在Si、Ge的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶底，受主能級(jí)靠近價(jià)帶頂,稱(chēng)為淺能級(jí)，把這種電離能小的雜質(zhì)稱(chēng)為淺能級(jí)雜質(zhì)。在室溫下基本全部電離。雜質(zhì)電離能：使多余的價(jià)電子掙脫雜質(zhì)原子的束縛稱(chēng)為導(dǎo)電電子或使雜質(zhì)原子奪取一個(gè)價(jià)電子所需的能量，稱(chēng)為雜質(zhì)電離能。高度補(bǔ)償半導(dǎo)體：半導(dǎo)體摻雜時(shí)，出現(xiàn)ND≈NA的現(xiàn)象，這時(shí)施主電子剛好能夠填充受主能級(jí)，雖然雜質(zhì)很多，但不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，此時(shí)的半導(dǎo)體就稱(chēng)為高度補(bǔ)償半導(dǎo)體。n型和p型半導(dǎo)體：在純凈的半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)或摻入施主雜質(zhì)，雜質(zhì)電離后，導(dǎo)帶的導(dǎo)電電子增多或價(jià)帶的導(dǎo)電空穴增多，增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，通常把主要依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱(chēng)為n型半導(dǎo)體，把主要依靠?jī)r(jià)帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱(chēng)為p型半導(dǎo)體。k空間等能面：在k空間當(dāng)電子能量E(k)一定時(shí)，所有的kx，ky，kz可能的取值連接起來(lái)就可以構(gòu)成一個(gè)能量值相同的封閉面，稱(chēng)為k等能量面.重空穴、輕空穴：對(duì)于硅鍺價(jià)帶結(jié)構(gòu)中，其價(jià)帶頂在布里淵區(qū)中心k=0處，6度簡(jiǎn)并，分為兩支，一組是四度簡(jiǎn)并的狀態(tài)，一組二度簡(jiǎn)并的狀態(tài)。在四度簡(jiǎn)并中，對(duì)于同一個(gè)k，四度簡(jiǎn)并的能量E(k)可能有兩個(gè)值，k=0處，能量重合，對(duì)于極大值相重合的兩個(gè)能帶曲率不同，硅鍺有兩種不同的空穴有效質(zhì)量，較大的稱(chēng)為重空穴，較小的稱(chēng)為輕空穴。狀態(tài)密度：在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶中有很多間隔很小的相鄰能級(jí)，可近似認(rèn)為能級(jí)是連續(xù)的，則狀態(tài)密度g(E)就是能帶中能量E附近每單位能量的量子總數(shù)，即g(E)=dz/dE。簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：當(dāng)雜質(zhì)濃度足夠高時(shí)，費(fèi)米能級(jí)接近導(dǎo)帶底甚至進(jìn)入導(dǎo)帶(N型)或者接近價(jià)帶甚至進(jìn)入價(jià)帶的情況(P型)．說(shuō)明導(dǎo)帶底附近的量子態(tài)基本被電子占據(jù)，價(jià)帶頂附近基本被空穴占據(jù)，這種情況玻爾茲曼分布來(lái)近似已不適合，必須用費(fèi)米分布函數(shù)來(lái)分析能帶中的載流子統(tǒng)計(jì)分布問(wèn)題，稱(chēng)之為載流子的簡(jiǎn)并化，這時(shí)半導(dǎo)體稱(chēng)為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體．非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：在分析半導(dǎo)體能帶中的載流子統(tǒng)計(jì)分布問(wèn)題時(shí)，半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)處于禁帶之中且遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂，即E-EF>>k0T,這時(shí)泡利不相容原理失去作用，可以使用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布來(lái)近似費(fèi)米分布函數(shù)，稱(chēng)服從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)律的電子系統(tǒng)為非簡(jiǎn)并系統(tǒng)，這時(shí)半導(dǎo)體稱(chēng)為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體．熱載流子：載流子能量大于晶格系統(tǒng)能量，使載流子和晶格系統(tǒng)不處于熱平衡狀態(tài)的載流子。載流子散射:晶體中存在的各種晶格缺陷和晶格原子振動(dòng)會(huì)在理想的周期性勢(shì)場(chǎng)上附加一個(gè)勢(shì)場(chǎng),它可以改變載流子的狀態(tài).這種勢(shì)場(chǎng)引起的載流子狀態(tài)的改變就是載流子散射(原子振動(dòng)、晶格缺陷等引起的載流子散射,也常被稱(chēng)為它們和載流子的碰撞)格波：晶體中原子的振動(dòng)都是由若干個(gè)不同的基本波動(dòng)按照波的疊加原理組合而形成，這些基本的波動(dòng)稱(chēng)為格波。載流子：能夠荷載電流的粒子稱(chēng)為載流子，在半導(dǎo)體里有電子和空穴兩種載流子。熱載流子：在強(qiáng)電場(chǎng)情況下，載流子從電場(chǎng)中獲得的能量很多，載流子平均能量比熱平衡時(shí)大，因而載流子能量大于晶格系統(tǒng)能量，載流子和晶格系統(tǒng)不再處于熱平衡狀態(tài)，稱(chēng)此狀態(tài)下的載流子為熱載流子。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)：在熱平衡情況下可以用統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)EF描述半導(dǎo)體中電子在能級(jí)之間的分布.當(dāng)有非平衡載流子存在時(shí),不再存在統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí).在這種情況下,處于非平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)和空穴系統(tǒng),費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)仍適用，可以定義各自的費(fèi)米能級(jí),稱(chēng)為準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，它們都是局部的費(fèi)米能級(jí)，包括導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí).少子壽命：非平衡載流子的平均生存時(shí)間稱(chēng)為非平衡載流子的壽命，用τ表示。由于非平衡少數(shù)載流子的影響往往處于主導(dǎo)地位，所以非平衡載流子的壽命常稱(chēng)為少數(shù)載流子壽命。當(dāng)加在半導(dǎo)體上的外界激勵(lì)撤銷(xiāo)后，非平衡載流子由于復(fù)合其濃度衰減到初值時(shí)1/e的時(shí)間。直接復(fù)合和間接復(fù)合：導(dǎo)帶的電子直接躍遷到價(jià)帶中的空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電子-空穴對(duì)的復(fù)合,同時(shí)發(fā)射光子，這種直接復(fù)合過(guò)程，稱(chēng)為直接復(fù)合；雜質(zhì)和缺陷會(huì)在禁帶中形成一定能級(jí)，可以促進(jìn)復(fù)合，這些雜質(zhì)和缺陷稱(chēng)為復(fù)合中心，非平衡載流子可以通過(guò)復(fù)合中心完成復(fù)合，稱(chēng)為間接復(fù)合。陷阱效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)，出現(xiàn)非平衡載流子時(shí)，平衡態(tài)的破壞引起雜質(zhì)能級(jí)上電子數(shù)目的改變，如果電子增加，說(shuō)明能級(jí)具有收容非平衡載流子的作用；若電子減少，則可以看成能級(jí)具有收容空穴的作用，從一般意義上講，雜質(zhì)能級(jí)這種積累非平衡載流子的作用稱(chēng)為陷阱效應(yīng)。陷阱中心：有顯著（能級(jí)上積累的非平衡載流子數(shù)目可以同導(dǎo)帶或價(jià)帶中的非平衡載流子數(shù)目相比擬）積累非平衡載流子的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)稱(chēng)為陷阱中心。小注入條件：注入的非平衡載流子濃度比平衡多數(shù)載流子濃度小得多，這個(gè)條件即小注入條件。半導(dǎo)體功函數(shù)：真空靜止電子能量E0和半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)（EF）S之差，即WS=E0-（EF）S稱(chēng)為半導(dǎo)體功函數(shù)，它表示一個(gè)起始能量等于費(fèi)米能級(jí)的電子由半導(dǎo)體內(nèi)部逸出到真空中所需要的最小能量。電子親和能金屬功函數(shù)：真空靜止電子能量E0和金屬費(fèi)米能級(jí)EF之差，即WM=E0-EF，稱(chēng)為半導(dǎo)體功函數(shù)，它表示一個(gè)起始能量等于費(fèi)米能級(jí)的電子由金屬內(nèi)部逸出到真空中所需要的最小能量。歐姆接觸：金屬和半導(dǎo)體接觸時(shí)不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，而且不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi)部的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的變化非整流接觸。表面態(tài)：在半導(dǎo)體表面，晶格不完整性使勢(shì)場(chǎng)的周期性被破壞，在禁帶中形成局部狀態(tài)的能級(jí)分布（產(chǎn)生附加能級(jí)），這些狀態(tài)稱(chēng)為表面態(tài)或達(dá)姆能級(jí)。表面勢(shì)：在電場(chǎng)或其他物理效應(yīng)作用下，半導(dǎo)體表面層產(chǎn)生電場(chǎng)，導(dǎo)致表面層內(nèi)載流子分布發(fā)生變化，從而形成與體內(nèi)電荷分布不同的表面空間電荷區(qū)，稱(chēng)此空間電荷層兩端的電勢(shì)差為表面勢(shì)，以Vs表示之，規(guī)定表面電勢(shì)比內(nèi)部高時(shí)，Vs取正值；反之Vs取負(fù)值。表面復(fù)合：半導(dǎo)體表面處雜質(zhì)和表面特有的缺陷（表面態(tài)或界面態(tài)）在禁帶中形成復(fù)合中心（也稱(chēng)為表面能級(jí)），通過(guò)這種復(fù)合中心在半導(dǎo)體表面發(fā)生復(fù)合的過(guò)程，稱(chēng)為表面復(fù)合，它是一種間接復(fù)合。表面復(fù)合率：半導(dǎo)體表面復(fù)合過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位表面積上復(fù)合掉的電子-空穴對(duì)數(shù)，稱(chēng)為表面復(fù)合率。實(shí)驗(yàn)證明，表面復(fù)合率US=s·（Δp）S.表面復(fù)合速度:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在半導(dǎo)體表面復(fù)合過(guò)程中，表面復(fù)合率US與表面處非平衡載流子（Δp）S成正比，即有US=s·（Δp）S,比例系數(shù)s具有速度的量綱，稱(chēng)為表面復(fù)合速度。,它來(lái)表征表面復(fù)合作用的強(qiáng)弱。直觀意義：由于表面復(fù)合而失去的非平衡載流子數(shù)目，就如同在表面處的非平衡載流子都以大小為s的垂直速度流出了表面。表面反型層：在MIS結(jié)構(gòu)中，當(dāng)外加?xùn)艍篤G使半導(dǎo)體表面的少子濃度超過(guò)多數(shù)載流子的濃度時(shí)，在半導(dǎo)體表面處就形成與原來(lái)半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類(lèi)型相反的一層，叫做表面反型層。表面強(qiáng)反型：在MIS結(jié)構(gòu)中，當(dāng)外加?xùn)艍篤G使半導(dǎo)體表面反型層的少子濃度超過(guò)半導(dǎo)體內(nèi)部平衡多子的濃度時(shí)，此時(shí)表面反型狀態(tài)就稱(chēng)為表面強(qiáng)反型。平帶電壓：在實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)中，由于金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差，絕緣層中可移動(dòng)離子、固定電荷、電離陷阱電荷及界面態(tài)的影響，雖外加偏壓為零時(shí)，半導(dǎo)體表面層仍存在電場(chǎng)且能帶發(fā)生彎曲，為了恢復(fù)半導(dǎo)體表面平帶狀態(tài)，必須在金屬一側(cè)加一偏壓，抵消半導(dǎo)體表面勢(shì)對(duì)能帶的影響，這個(gè)電壓叫做平帶電壓。光生伏特效應(yīng)：用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射非均勻半導(dǎo)體(PN結(jié)等)，將產(chǎn)生電子空穴對(duì)，由于勢(shì)壘區(qū)中內(nèi)建電場(chǎng)（也稱(chēng)為自建電場(chǎng)）的作用，各自向相反的方向運(yùn)動(dòng),若將pn結(jié)短路可以檢測(cè)出光生電流，或者得到光生電壓，這種由內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)，稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。光生電動(dòng)勢(shì)：用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射PN結(jié)，由于pn結(jié)勢(shì)壘區(qū)內(nèi)存在較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)（自n區(qū)指向p區(qū)），結(jié)兩側(cè)光生少子受到該場(chǎng)的作用，各自向相反的方向運(yùn)動(dòng),使p端電勢(shì)升高，n端電勢(shì)降低而形成的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為光生電動(dòng)勢(shì)。本征吸收：光吸收中，電子由價(jià)帶向?qū)У能S遷所引起的光吸收稱(chēng)為本征吸收。它是最重要的吸收，又叫基本吸收。本征吸收時(shí)，光子能量要大于或等于禁帶寬度。本征吸收躍遷時(shí)有直接躍遷和間接躍遷兩種形式。消光系數(shù)：光波在媒質(zhì)（半導(dǎo)體）中傳播時(shí)，光強(qiáng)I隨傳播距離按指數(shù)exp(-2ωk/c)衰減，k為消光系數(shù),是表征光能衰減的參量。光電導(dǎo)效應(yīng)（光電導(dǎo)）：光照射半導(dǎo)體材料時(shí)，半導(dǎo)體吸收能量足夠大的光子后，使原先處于束縛狀態(tài)下的電子或空穴變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)，使載流子濃度增大，其電導(dǎo)率發(fā)生增加的現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。本證光電導(dǎo)光電導(dǎo)增益：是指光電導(dǎo)效應(yīng)的增強(qiáng)。用光電導(dǎo)增益因子G表示這種光電導(dǎo)效應(yīng)的增強(qiáng)，數(shù)值上：G=τn/τt。若光生電子的壽命τn大大超過(guò)電子在兩極的渡越時(shí)間τt，則表示該樣品每吸收一個(gè)光子產(chǎn)生光子載流子的過(guò)程中，會(huì)有多個(gè)電子從負(fù)極流向正極，這樣，電極較靠近時(shí)比電極遠(yuǎn)離時(shí)光電流大。光電導(dǎo)靈敏度：?jiǎn)挝还庹斩人鸬墓怆妼?dǎo)。光電子發(fā)射效率（內(nèi)部、外部）：內(nèi)部：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輻射復(fù)合產(chǎn)生的光電子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入的電子-空穴對(duì)數(shù)之比；外部：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)射到晶體外部的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入的電子-空穴對(duì)數(shù)之比；異質(zhì)結(jié)：由兩種不同的單晶材料（主要是禁帶寬度不同）制成的結(jié)稱(chēng)為異質(zhì)結(jié)。復(fù)合中心：半導(dǎo)體中具有促進(jìn)復(fù)合過(guò)程的雜質(zhì)和缺陷，稱(chēng)為復(fù)合中心，它在禁帶中形成能級(jí)，非平衡載流子可以通過(guò)它進(jìn)行復(fù)合。當(dāng)它的能級(jí)位于禁帶中線附近時(shí)，是最有效的復(fù)合中心。耿氏效應(yīng)：在n型砷化鎵兩端電極加以電壓，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)超過(guò)3E3v/cm時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電流便以很高的頻率振蕩，振蕩頻率約為0.47-6.5GHz，這個(gè)效應(yīng)稱(chēng)為耿氏效應(yīng)。載流子的漂移和擴(kuò)散：在外加電壓下，導(dǎo)體內(nèi)部自由載流子受電場(chǎng)力作用，沿電場(chǎng)方向或反方向作定向運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成電流，載流子在電場(chǎng)力的這種作用下的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)；半導(dǎo)體中載流子濃度分布不均勻，由于無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，就可以引起載流子由濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，形成載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。遷移率：表示單位電場(chǎng)下載流子的平均漂移速度(用表示),有電子遷移率空穴遷移率擴(kuò)散長(zhǎng)度：表示半導(dǎo)體中載流子邊擴(kuò)散邊復(fù)合的過(guò)程中，載流子濃度減小至原值的1/e的距離，有空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度Lp和電子擴(kuò)散長(zhǎng)度Ln。突變結(jié)和緩變結(jié)：pn結(jié)中，n型區(qū)中施主雜質(zhì)濃度為ND且均勻分布,p型區(qū)中受主雜質(zhì)濃度為NA也是均勻分布，在交界面處，雜質(zhì)濃度有NA突變到ND,具有這樣分布的pn結(jié)稱(chēng)為突變結(jié)；雜質(zhì)濃度從p區(qū)到n區(qū)逐漸變化的pn結(jié)稱(chēng)為緩變結(jié)。平均自由時(shí)間和平均自由程：在一定溫度下，半導(dǎo)體內(nèi)部大量載流子作熱運(yùn)動(dòng)，而載流子在運(yùn)動(dòng)中會(huì)不斷地遭到散射，其連續(xù)兩次散射間自由運(yùn)動(dòng)的平均路程稱(chēng)為平均自由程，而平均時(shí)間稱(chēng)為平均自由時(shí)間。pn結(jié)接觸電勢(shì)差（內(nèi)建電勢(shì)）：平衡pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢(shì)差VD稱(chēng)為pn結(jié)接觸電勢(shì)差或內(nèi)建電勢(shì)。pn結(jié)勢(shì)壘高度：當(dāng)pn結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí),兩者的費(fèi)米能級(jí)達(dá)到一致.此時(shí)，n區(qū)整個(gè)能帶比p區(qū)整個(gè)能帶低,空間電荷區(qū)內(nèi)的能帶產(chǎn)生彎曲,彎曲的高度qVD稱(chēng)為pn結(jié)勢(shì)壘高度.pn結(jié)空間電荷區(qū)：當(dāng)兩塊半導(dǎo)體結(jié)合形成pn結(jié)時(shí)，由于存在載流子的濃度差，導(dǎo)致空穴從p區(qū)到n區(qū)，電子從n區(qū)到p區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，留下了不能移動(dòng)的帶正電的電離施主和帶負(fù)電的電離受主,因此在pn結(jié)附近n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了正電荷區(qū)，pn結(jié)附近p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)負(fù)電荷區(qū)，稱(chēng)這兩個(gè)區(qū)域?yàn)榭臻g電荷區(qū).-------------By：蘇子清風(fēng)半導(dǎo)體可能的光吸收過(guò)程光吸收:光在電介質(zhì)中傳播時(shí)強(qiáng)度衰減的現(xiàn)象.半導(dǎo)體中可能的光吸收過(guò)程有本征吸收、激子吸收、自由載流子吸收、自由載流子吸收、晶格吸收。1.本征吸收：電子由價(jià)帶向?qū)У能S遷所引起的光吸收。它是最重要的吸收，又叫基本吸收。 本征吸收過(guò)程包括直接躍遷和間接躍遷。直接躍遷：在本征吸收過(guò)程中，價(jià)帶中的一個(gè)電子僅僅只吸收一個(gè)光子，而不涉及與晶格振動(dòng)交換能量，便被激發(fā)到導(dǎo)帶中去的躍遷過(guò)程。躍遷前后波矢保持不變,能量改變，動(dòng)量沒(méi)有改變。一般發(fā)生在直接帶隙材料中，如GaAs,GaSb等。間接躍遷：在半導(dǎo)體本征吸收過(guò)程中電子激發(fā)，不但吸收光子的能量而且還與晶格熱振動(dòng)交換能量的躍遷過(guò)程，所以間接躍遷是電子、光子、聲子同時(shí)參與的過(guò)程。躍遷前后能量改變，而動(dòng)量沒(méi)改變。一般發(fā)生在間接帶隙材料，如Si,Ge等。2.激子吸收某些半導(dǎo)體摻有某些雜質(zhì)，其能帶結(jié)構(gòu)在禁帶中存在一系列的類(lèi)氫的受激狀態(tài)，價(jià)帶中的電子吸收光子的能量之后被激發(fā)到這些類(lèi)氫的受激狀態(tài)中去，但此時(shí)電子仍然受到空穴的庫(kù)侖場(chǎng)的作用，這種受激電子和空穴相互束縛而結(jié)合在一起形成一個(gè)新系統(tǒng)稱(chēng)為激子，這時(shí)當(dāng)光子能量小于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶電子也可以吸收光子,形成所謂激子的光吸收過(guò)程。激子可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生電流。3.自由載流子吸收對(duì)重?fù)诫s的n型或p型半導(dǎo)體，n型半導(dǎo)體中的電子或p型中的空穴都出現(xiàn)載流子的簡(jiǎn)并化。這樣半導(dǎo)體的電子或空穴可以吸收光子的能量之后發(fā)生在導(dǎo)帶中或價(jià)帶中的不同能級(jí)之間的躍遷,而將能量轉(zhuǎn)給晶格，這樣的光吸收過(guò)程稱(chēng)為自由載流子吸收。這種自由載流子吸收光子之后，實(shí)際上是在同一能帶中發(fā)生不同狀態(tài)之間的躍遷，因此吸收的光子能量不需要很大，所以吸收光譜一般在紅外范圍。4.雜質(zhì)吸收當(dāng)溫度較低時(shí)，半導(dǎo)體施主能級(jí)上束縛的電子或受主能級(jí)上束縛的空穴沒(méi)有電離，被束縛的電子或被束縛的空穴吸收光子的能量之后，可激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶中去，這樣的光吸收過(guò)程稱(chēng)為雜質(zhì)吸收。5.晶格吸收半導(dǎo)體晶格熱振動(dòng)也可引起對(duì)光的吸收，光子能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц駸嵴駝?dòng)的能量，使半導(dǎo)體的溫度升高，這樣的光吸收過(guò)程稱(chēng)為晶格吸收。晶格吸收光譜在遠(yuǎn)紅外范圍，對(duì)于離子晶體或離子性晶體具有較明顯的晶格吸收作用。淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的影響淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的影響Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)電離后在Si、Ge的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶底，受主能級(jí)靠近價(jià)帶頂,稱(chēng)為淺能級(jí)，把這種電離能小的雜質(zhì)稱(chēng)為淺能級(jí)雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型和載流子濃度產(chǎn)生顯著影響。淺能級(jí)施主雜質(zhì)產(chǎn)生的施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶，淺能級(jí)受主雜質(zhì)產(chǎn)生的受主能級(jí)靠近價(jià)帶，只需很少的能量，雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴就躍遷到導(dǎo)帶中，使導(dǎo)帶中電子和價(jià)帶中空穴濃度增多.半導(dǎo)體中電子或空穴的濃度增多，從而使半導(dǎo)體的一些固有屬性改變，增強(qiáng)了半導(dǎo)體導(dǎo)電性。如電子增多使半導(dǎo)體電阻率下降，電導(dǎo)率上升。淺能級(jí)雜質(zhì)電離也使半導(dǎo)體內(nèi)電子濃度和空穴濃度的比例發(fā)生變化，影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型，導(dǎo)電電子多于導(dǎo)電空穴時(shí)為n型半導(dǎo)體,導(dǎo)電空穴多于導(dǎo)電電子時(shí)為p型半導(dǎo)體溫度較低時(shí)，淺能級(jí)雜質(zhì)電離后能影響載流子散射能力。雜質(zhì)濃度越高載流子散射機(jī)會(huì)越多，從而影響半導(dǎo)體載流子遷移率。深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的影響非Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)電離后在Si、Ge的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底，受主能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶頂,通常稱(chēng)這種能級(jí)為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)為深能級(jí)雜質(zhì)，深能級(jí)雜質(zhì)能夠多次電離，會(huì)產(chǎn)生多重能級(jí)，甚至既產(chǎn)生施主能級(jí)也產(chǎn)生受主能級(jí)。一般情況下深能級(jí)含量極少，且能級(jí)較深，不易在室溫下電離，對(duì)半導(dǎo)體載流子濃度和導(dǎo)電類(lèi)型影響不大。深能級(jí)位置利于促進(jìn)載流子的復(fù)合，其復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng)，使少數(shù)載流子壽命降低，明顯地加強(qiáng)了間接復(fù)合的作用。如金是很典型的復(fù)合中心，摻金可以提高器件速度。深能級(jí)雜質(zhì)電離后，也對(duì)載流子起散射作用，會(huì)使載流子遷移率減少，導(dǎo)電性能下降。雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的作用所謂半導(dǎo)體中的雜質(zhì)即是半導(dǎo)體晶格存在著的與組成半導(dǎo)體材料元素不同的其它化學(xué)元素的原子，半導(dǎo)體的雜質(zhì)能夠?qū)Π雽?dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量，這是因?yàn)橛捎陔s質(zhì)的存在會(huì)使嚴(yán)格按周期性排列的原子所產(chǎn)生的周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞，有可能在禁帶中引入允許電子具有的能量狀態(tài)，即能級(jí)。按純潔半導(dǎo)體摻雜后導(dǎo)電類(lèi)型的不同，可將雜質(zhì)分為施主和受主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)是在半導(dǎo)體中電離后能夠施放電子，產(chǎn)生可移動(dòng)的導(dǎo)電電子和一個(gè)固定的正電中心,提高半導(dǎo)體載流子濃度，從而提高了其導(dǎo)電能力。受主雜質(zhì)是在半導(dǎo)體中電離后能夠接受電子，產(chǎn)生空穴和一個(gè)固定的負(fù)電中心，也能提高半導(dǎo)體載流子濃度，從而提高了其導(dǎo)電能力。按引入的雜質(zhì)能級(jí)在禁帶中位置的不同，可分為淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì),淺能級(jí)靠近導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂,電離能較小，因而它對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型和載流子濃度產(chǎn)生顯著影響，能顯著地改變載流子濃度，增強(qiáng)了半導(dǎo)體導(dǎo)電性，使半導(dǎo)體電阻率下降，電導(dǎo)率上升，也使載流子散射加強(qiáng)。深能級(jí)雜質(zhì)因其引入的能級(jí)距相應(yīng)允帶較遠(yuǎn),需要的雜質(zhì)電離能較大，因而它不像淺能級(jí)雜質(zhì)那樣顯著的改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型和載流子濃度，但由于引入到禁帶中的深能級(jí)是有效的復(fù)合中心，可以有效的俘獲載流子，所以深能級(jí)雜質(zhì)可使少數(shù)載流子壽命降低，明顯地加強(qiáng)了間接復(fù)合的作用，從而提高半導(dǎo)體器件速度。另外，當(dāng)摻入雜質(zhì)的濃度不同時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體也有很大的影響，如重?fù)诫s，雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)龋負(fù)诫s會(huì)使半導(dǎo)體發(fā)生簡(jiǎn)并化、可以產(chǎn)生禁帶變窄效應(yīng)；雜質(zhì)補(bǔ)償時(shí)會(huì)降低載流子濃度等載流子的散射機(jī)制載流子在晶體中運(yùn)動(dòng)發(fā)生散射的根本原因是周期性勢(shì)場(chǎng)遭到破壞。主要散射機(jī)制有電離雜質(zhì)散射、晶格振動(dòng)散射，以及其他因素引起的散射。電離雜質(zhì)散射半導(dǎo)體中的電離雜質(zhì)形成正、負(fù)電中心，對(duì)載流子有吸引或排斥作用，形成庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)，這一勢(shì)場(chǎng)局部地破壞了雜質(zhì)附近的周期性勢(shì)場(chǎng),它就是使載流子散射的附加勢(shì)場(chǎng),當(dāng)載流子運(yùn)動(dòng)到電離雜質(zhì)附近時(shí),由于庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)的作用,它就使載流子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變,從而引起載流子散射,以概率P來(lái)描述散射的強(qiáng)弱,它代表單位時(shí)間內(nèi)載流子受到的散射次數(shù),對(duì)于電離雜質(zhì)散射P∝NiT-1.5,其中Ni為電離雜質(zhì)濃度，Ni越大，載流子受到散射的機(jī)會(huì)越多；溫度越高，載流子熱運(yùn)動(dòng)平均速度越大，載流子更易掠過(guò)電離雜質(zhì)，偏轉(zhuǎn)就小，散射概率越小,不易被散射。晶格振動(dòng)的散射包含聲學(xué)波散射和光學(xué)波散射聲學(xué)波散射：在能帶具有單一極值的半導(dǎo)體中，由于長(zhǎng)波的聲子和熱運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)量具有相同數(shù)量級(jí),因而起作用的主要是長(zhǎng)波，且長(zhǎng)波中只有縱波在散射中起重要作用，長(zhǎng)縱聲波會(huì)使原子分布疏密變化,疏處禁帶寬度減小，密處禁帶寬度增大，引起了能帶結(jié)構(gòu)的波形變化，反映在能帶極值的改變，這時(shí)處于導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)碾娮踊蚩昭ǎ诎雽?dǎo)體不同地點(diǎn)，其能量就有差別，所以縱波引起的能帶起伏，就其載流子的作用講，如同產(chǎn)生了一個(gè)附加勢(shì)場(chǎng)△EC或△Ev，破壞了原先勢(shì)場(chǎng)的嚴(yán)格周期性，使載流子發(fā)生散射，散射概率PS∝T1.5。光學(xué)波散射：在離子性半導(dǎo)體中，如Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs等，長(zhǎng)縱光學(xué)波有重要的散射作用，長(zhǎng)縱光學(xué)波傳播時(shí)，也形成疏密相間的區(qū)域，且正負(fù)離子位移相反，導(dǎo)致產(chǎn)生半個(gè)波長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)帶正電，另半個(gè)波長(zhǎng)的區(qū)域帶負(fù)電，將產(chǎn)生電場(chǎng)，對(duì)載流子增加了一個(gè)勢(shì)場(chǎng)的作用，這個(gè)附加勢(shì)場(chǎng)引起了載流子散射。散射概率在溫度較低時(shí)，隨溫度減小而迅速減小，溫度較高時(shí)，光學(xué)波散射隨溫度迅速增大。其他因素引起的散射等同的能谷間散射：對(duì)于多能谷半導(dǎo)體，電子可以從一個(gè)極值附近散射到另一個(gè)極值附近，這種散射稱(chēng)為谷間散射，電子在一個(gè)能谷內(nèi)部散射時(shí)，電子只與長(zhǎng)波聲子發(fā)生作用，波矢k變化很?。划?dāng)電子發(fā)生谷間散射時(shí)，電子與短波聲子發(fā)生作用，電子的準(zhǔn)動(dòng)量發(fā)生很大的改變，同時(shí)吸收或發(fā)射一個(gè)高能量的聲子，散射是非彈性的。中性雜質(zhì)散射：在重?fù)诫s半導(dǎo)體中,低溫下雜質(zhì)沒(méi)有充分電離，電離雜質(zhì)散射和晶格振動(dòng)散射都很微弱，中性雜質(zhì)也會(huì)對(duì)周期性勢(shì)場(chǎng)有一定的微擾作用而引起散射.位錯(cuò)散射：當(dāng)位錯(cuò)線上的原子俘獲電子時(shí)會(huì)形成一串負(fù)電中心，在其周?chē)纬闪艘粋€(gè)圓柱形正空間電荷區(qū)（電離施主），該區(qū)域存在電場(chǎng)，形成了引起載流子散射的附加勢(shì)場(chǎng)。各向異性，位錯(cuò)密度高的材料不能忽略合金散射：在多元化合物半導(dǎo)體中，合金原子在晶格上隨機(jī)排列，引起周期性勢(shì)場(chǎng)微擾，產(chǎn)生散射。它是混合晶體中所特有的散射機(jī)制。用能帶論定性說(shuō)明導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性固體能夠?qū)щ娛枪腆w中的電子在外電場(chǎng)下定向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果.電場(chǎng)力對(duì)電子有加速作用,使電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和速度都發(fā)生了變化,從能帶論來(lái)看：電子的能量變化就是電子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)上。對(duì)于滿帶，其中能級(jí)已被電子所占滿，在外電場(chǎng)的作用下，滿帶中的電子并不形成電流，對(duì)導(dǎo)電沒(méi)有貢獻(xiàn)；對(duì)于被電子部分占滿的能帶，在外電場(chǎng)的作用下，電子可以從外電場(chǎng)吸收能量躍遷到未被電子占據(jù)的能帶上去，形成電流，起導(dǎo)電作用。導(dǎo)體以金屬為例,金屬中，由于組成金屬的原子中的價(jià)電子占據(jù)的能帶是部分占滿的如右圖（c）所示，所以金屬是良好的導(dǎo)電體。半導(dǎo)體和絕緣體的能帶類(lèi)似如右圖（b）（a）所示，即下面是已被價(jià)電子占滿的滿帶（其下面還有為內(nèi)層電子占滿的若干滿帶），亦稱(chēng)價(jià)帶，中間為禁帶，上面是空帶。因此，在外電場(chǎng)作用下并不導(dǎo)電，但是這只是絕對(duì)溫度為零時(shí)的情況。當(dāng)溫度升高或有光照時(shí)，半導(dǎo)體由于禁帶寬度較小，滿帶中有電子被激發(fā)到導(dǎo)電中，在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴參與導(dǎo)電，這是與金屬導(dǎo)體的最大差別。絕緣體的禁帶寬度很大，激發(fā)電子需要很大的能量，在通常溫度下，能激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子很少，所以導(dǎo)電性很差。半導(dǎo)體禁帶寬度比較小，數(shù)量級(jí)在1eV左右，在通常溫度下已有不少電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中去，所以具有一定的導(dǎo)電能力，這是絕緣體和半導(dǎo)體的主要區(qū)別。硅、鍺、砷化鎵能帶結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)特點(diǎn)：硅導(dǎo)帶極值位于k空間的<100>方向的布里淵區(qū)中心到布里淵區(qū)邊界的0.85倍處，導(dǎo)帶極值附近的等能面是長(zhǎng)軸沿<100>方向的旋轉(zhuǎn)橢球等能面,簡(jiǎn)約布里淵區(qū)共6個(gè)。價(jià)帶頂位于布里淵區(qū)中心k=0處，在價(jià)帶頂附近有三個(gè)能帶，能帶是簡(jiǎn)并的，不考慮自旋其價(jià)帶是三度簡(jiǎn)并，計(jì)入自旋則六度簡(jiǎn)并，考慮自旋-軌道耦合，可取消部分簡(jiǎn)并，得到一組四度簡(jiǎn)并的狀態(tài)和另一組二度簡(jiǎn)并的狀態(tài)，在四度簡(jiǎn)并狀態(tài)中有極大值重合的重空穴帶和輕空穴帶（如上圖示）；而二度簡(jiǎn)并狀態(tài)的能帶一般空穴不占據(jù)，所以一般不考慮。鍺：導(dǎo)帶極小值位于<111>方向的簡(jiǎn)約布里淵區(qū)邊界上，導(dǎo)帶極值附近的等能面是長(zhǎng)軸沿<111>方向的旋轉(zhuǎn)橢球等能面,共有8個(gè)，而每個(gè)橢圓面有半個(gè)在布里淵區(qū)中，故簡(jiǎn)約布里淵區(qū)共有4個(gè)這樣的橢球；價(jià)帶特點(diǎn)同Si。砷化鎵：導(dǎo)帶極小值位于布里淵區(qū)中心處，極小值附近等能面是球面，在簡(jiǎn)約布里淵區(qū)只有1個(gè)。在<111>方向布里淵區(qū)邊界處還存在導(dǎo)帶的另一個(gè)次極小值（次低能谷），其能量比布里淵區(qū)中心的極小值約高0.29eV，在簡(jiǎn)約布里淵區(qū)共有8個(gè)這樣的次低極值點(diǎn)；GaAs價(jià)帶由一個(gè)極大值稍許偏離布里淵區(qū)中心的重空穴帶、一個(gè)極大值位于布里淵區(qū)中心的輕空穴帶和一個(gè)自旋-軌道耦合分裂出來(lái)的第三個(gè)能帶構(gòu)成。第三個(gè)能帶的極大值與重空穴帶和輕空穴帶的極大值相差0.34eV。零偏、正偏、反偏下pn結(jié)能帶圖及pn結(jié)勢(shì)壘形成過(guò)程P nP npn結(jié)勢(shì)壘形成過(guò)程：當(dāng)n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合形成pn結(jié)時(shí)，由于它們之間存在載流子的濃度梯度，導(dǎo)致空穴從p區(qū)到n區(qū)，電子從n區(qū)到p區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，由于電離的雜質(zhì)不能移動(dòng),因此在pn結(jié)附近p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了電離受主構(gòu)成的負(fù)電荷區(qū)，pn結(jié)附近n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了電離施主形成的正電荷區(qū)，從而形成空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)中的這些電荷會(huì)在pn結(jié)兩邊形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)，方向由n區(qū)指向p區(qū)。在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，載流子做與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相反的漂移運(yùn)動(dòng)，因此，內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)阻礙電子和空穴繼續(xù)擴(kuò)散，這時(shí)載流子既有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)又有漂移運(yùn)動(dòng)，且產(chǎn)生的擴(kuò)散電流大于漂移電流。隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，內(nèi)建電場(chǎng)的作用會(huì)逐漸增強(qiáng)，載流子的漂移運(yùn)動(dòng)也逐漸加強(qiáng)，在無(wú)外壓的情況下，載流子的擴(kuò)散和漂移最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)空間電荷的數(shù)量一定，空間電荷區(qū)不再擴(kuò)展，保持一定寬度達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)的能帶產(chǎn)生彎曲，n區(qū)整個(gè)能帶比p區(qū)整個(gè)能帶低,彎曲的高度即為qVD,稱(chēng)為勢(shì)壘高度，當(dāng)電子從勢(shì)能低的n區(qū)向勢(shì)能高的p區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí),必須克服這一勢(shì)能高坡,對(duì)空穴也一樣,如此過(guò)程也就形成了pn結(jié)勢(shì)壘。MIS結(jié)構(gòu)中空間電荷區(qū)隨偏壓變化時(shí)的情況當(dāng)在MIS結(jié)構(gòu)兩端加電壓后，由于半導(dǎo)體中載流子濃度要比金屬中低得多，半導(dǎo)體表面形成一定寬度的空間電荷區(qū)，同時(shí)空間電荷區(qū)內(nèi)的電勢(shì)也隨距離而變化，這樣半導(dǎo)體表面相對(duì)體內(nèi)產(chǎn)生了電勢(shì)差，同時(shí)能帶在空間電荷區(qū)內(nèi)發(fā)生了彎曲，從而影響空間電荷區(qū)電荷分布。空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的分布情況隨金屬與半導(dǎo)體間所加的電壓VG而變化，基本上可歸納為三種情況：多子堆積、多子耗盡和少子反型。這里以p型半導(dǎo)體為例說(shuō)明：多子堆積狀態(tài):當(dāng)金屬、半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（即金屬接負(fù)，VG<0）時(shí)，表面勢(shì)為負(fù)值，表面處能帶越靠近表面向上彎曲。在熱平衡下，隨著向表面靠近，價(jià)帶頂將逐漸移近費(fèi)米能級(jí)甚至高過(guò)費(fèi)米能級(jí)，同時(shí)價(jià)帶中空穴濃度也隨之增加，即表面空間電荷層為空穴的堆積而帶正電荷且越接近表面空穴濃度越高多子耗盡狀態(tài)：當(dāng)VG>0時(shí)，電場(chǎng)由半導(dǎo)體表面指向體內(nèi)，表面勢(shì)為正值，表面處能帶向下彎曲。這時(shí)越接近表面，半導(dǎo)體價(jià)帶頂離費(fèi)米能級(jí)越遠(yuǎn)，價(jià)帶頂處的空穴濃度隨之降低，表面處空穴濃度較體內(nèi)空穴濃度低得多，這種狀態(tài)稱(chēng)為耗盡。此時(shí)表面層的負(fù)電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度少數(shù)載流子的反型狀態(tài):當(dāng)VG>0,且進(jìn)一步增大時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)能帶進(jìn)一步向下彎曲使費(fèi)米能級(jí)位置高于禁帶中線，也就是說(shuō)費(fèi)米能級(jí)離導(dǎo)帶底比價(jià)帶頂更近一些，意味著表面處電子濃度將超過(guò)空穴濃度，即形成了一個(gè)與原來(lái)襯底導(dǎo)電類(lèi)型相反的一層，叫做反型層。反型層發(fā)生在緊靠在半導(dǎo)體表面處，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部之間還夾著一個(gè)耗盡層。此時(shí)，表面空間電荷區(qū)由兩部分組成，一部分是耗盡層中的電離受主，另一部分是反型層中的電子，后者主要堆積在近表面區(qū).愛(ài)因斯坦關(guān)系式的證明（n型）考慮熱平衡狀態(tài)的非均勻的n型半導(dǎo)體，施主雜質(zhì)濃度隨x的增加而下降，因而平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度都是位置x的函數(shù).由于濃度梯度的存在，必然引起載流子在x方向的擴(kuò)散，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。即載流子的擴(kuò)散使載流子有均勻分布的趨勢(shì)，載流子移動(dòng)走后，留下的是不可移動(dòng)的帶正電的電離施主，所以載流子擴(kuò)散的結(jié)果使半導(dǎo)體內(nèi)部不再處處保持電中性，產(chǎn)生自建電場(chǎng)ε，沿著x方向。在自建電場(chǎng)作用下，載流子產(chǎn)生的漂移電流密度：平衡時(shí)不存在宏觀電流，漂移運(yùn)動(dòng)是反抗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，因此電子總電流和空穴總電流均等于0現(xiàn)考慮多子的電流密度，可得（*）半導(dǎo)體自建電場(chǎng)的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體各處的電勢(shì)不等，即V(x)，它與電場(chǎng)強(qiáng)度ε的關(guān)系為：（**）在非簡(jiǎn)并情況下，平衡電子的濃度表達(dá)式中的導(dǎo)帶底電子能量由，則此時(shí)：求導(dǎo)得 （***）最后將（***）、（**）式代入（*）得愛(ài)因斯坦關(guān)系式：同理對(duì)空穴得愛(ài)因斯坦關(guān)系式的證明（p型）考慮熱平衡狀態(tài)的非均勻的p型半導(dǎo)體，受主雜質(zhì)濃度隨x的增加而下降，因而平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度都是位置x的函數(shù).由于濃度梯度的存在，必然引起載流子在x方向的擴(kuò)散，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。即載流子的擴(kuò)散使載流子有均勻分布的趨勢(shì)，載流子移動(dòng)走后，留下的是不可移動(dòng)的帶正電的電離施主，所以載流子擴(kuò)散的結(jié)果使半導(dǎo)體內(nèi)部不再處處保持電中性，產(chǎn)生自建電場(chǎng)ε，沿著x方向。在自建電場(chǎng)作用下，載流子產(chǎn)生的漂移電流密度：平衡時(shí)不存在宏觀電流，漂移運(yùn)動(dòng)是反抗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，因此電子總電流和空穴總電流均等于0現(xiàn)考慮多子的電流密度，可得（*）半導(dǎo)體自建電場(chǎng)的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體各處的電勢(shì)不等，即V(x)，它與電場(chǎng)強(qiáng)度ε的關(guān)系為：（**）在非簡(jiǎn)并情況下，平衡空穴的濃度表達(dá)式中的價(jià)帶頂空穴能量由，則此時(shí)：求導(dǎo)得 （***）最后將（***）、（**）式代入（*）得愛(ài)因斯坦關(guān)系式：同理對(duì)電子得本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體電阻率隨溫度變化曲線及其規(guī)律本征半導(dǎo)體對(duì)于純半導(dǎo)體材料，電阻率主要由本征載流子濃度Ni決定，Ni隨溫度上升而急劇增加，從而電阻率減少，因此本征半導(dǎo)體電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，如上圖所示。對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，有雜質(zhì)電離和本征激發(fā)兩個(gè)因素存在，又有電離雜質(zhì)散射和晶格振動(dòng)散射兩個(gè)散射機(jī)構(gòu)的存在。因而電阻率隨溫度的變化關(guān)系要復(fù)雜些，大體分為低溫區(qū)、雜質(zhì)飽和電離區(qū)、本征區(qū)。低溫區(qū)：溫度很低，本征激發(fā)可忽略，載流子主要由雜質(zhì)電離提供，它隨溫度升高而增加；另一方面低溫下載流子散射以電離散射為主，溫度升高，散射減弱，遷移率增加，所以電阻率隨溫度升高而下降，如圖AB段。雜質(zhì)飽和電離區(qū)：溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)全部電離，本征激發(fā)還不明顯，載流子濃度基本不隨溫度變化，晶格振動(dòng)散射起主要作用，遷移率隨溫度升高而下降，所以電阻率隨溫度升高而增大，如圖BC段。本征區(qū)：溫度繼續(xù)升高，本征激發(fā)很快增加，大量本征載流子的產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)于遷移率減少對(duì)電阻的影響，這時(shí)本征激發(fā)成為載流子的主要來(lái)源，雜質(zhì)半導(dǎo)體電阻率將隨溫度升高而急劇下降，表現(xiàn)出同本征半導(dǎo)體相似的特征，如圖C段。耿氏效應(yīng)與微分負(fù)阻效應(yīng)所謂耿氏效應(yīng)即當(dāng)外加電壓使GaAs之類(lèi)的樣品內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)初始位于微分負(fù)電導(dǎo)區(qū)時(shí)，如在N型GaAs兩端電極上加以電壓，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)3000V/cm時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電流便以很高的頻率振蕩，振蕩頻率約為0.47-6.5GHz，這個(gè)效應(yīng)成為耿氏效應(yīng)。它與微分負(fù)阻理論相一致，具有相同機(jī)理。以GaAs為例來(lái)說(shuō)明它們的機(jī)理。左圖為GaAs能帶圖結(jié)構(gòu)，GaAS導(dǎo)帶最低能谷1和價(jià)帶極值均位于布里淵區(qū)中心，k=0處，在[111]方向布里淵區(qū)邊界L處還有一個(gè)極值約高出0.29ev的次低能谷2。當(dāng)溫度不太高，電場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)帶電子大部分位于能量谷1.能谷2的曲率比能谷1小，所以能谷2的電子有效質(zhì)量大于能谷1，遷移率較小，當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到3E3v/cm時(shí)，能谷1的電子可以從電場(chǎng)中獲得足夠的能量而轉(zhuǎn)移到能谷2中，發(fā)生能谷散射，電子的準(zhǔn)動(dòng)量有較大改動(dòng)，伴隨散射就發(fā)射或吸收一個(gè)光學(xué)聲子。進(jìn)入能谷2的電子，其有效質(zhì)量大為增加，遷移率大大降低，平均漂移速度減小，電導(dǎo)率下降，產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)。而當(dāng)外加電壓使樣品內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)最初處于微分電導(dǎo)時(shí)，就可以產(chǎn)生微波振蕩，對(duì)于GaAs起始電場(chǎng)約為3.2E3v/cm，終止電場(chǎng)約為2E4v/cm。以N型砷化鎵為例簡(jiǎn)述耿氏振蕩機(jī)理.微分負(fù)電導(dǎo)區(qū)的形成:砷化鎵能帶結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)帶最低能谷1位于布里淵區(qū)中心，同時(shí)在[111]方向布里淵區(qū)邊界上存在一個(gè)次低能谷2。能谷2的曲率比能谷1大，故能谷2處電子有效質(zhì)量大。當(dāng)砷化鎵外加電場(chǎng)達(dá)到一定值時(shí)，能谷1中的電子可吸收足夠多的能量，躍遷到能谷2中，躍遷到能谷2中的電子有效質(zhì)量變大，導(dǎo)致電子平均漂移速度降低，遷移率下降，電導(dǎo)率下降，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)。偶極疇的形成:摻雜不均勻的砷化鎵器件體內(nèi)存在高阻區(qū)，器件兩端加上電壓時(shí)，高阻區(qū)電場(chǎng)大于區(qū)外電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓使器件體內(nèi)電場(chǎng)為Ed時(shí)，器件處于微分負(fù)電導(dǎo)區(qū)，從圖中可看出，在微分負(fù)電導(dǎo)區(qū)，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電子平均漂移速度越小，故高阻區(qū)內(nèi)電子速度高于區(qū)外，導(dǎo)致在高阻區(qū)面向陽(yáng)極的一側(cè)出現(xiàn)由帶正電的電離施主形成的電子耗盡層，在高阻區(qū)面向陰極的一側(cè)形成電子的積累層。電子的耗盡層與電子的積累層組成空間電荷偶極層，稱(chēng)為偶極疇。偶極疇的增長(zhǎng):偶極疇的存在是高阻區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)，場(chǎng)外電場(chǎng)減弱，導(dǎo)致疇內(nèi)電子平均漂移速度不斷減小，從而積累層中的電子不斷增長(zhǎng)，耗盡層的寬度也不斷增加，即偶極疇在不斷地增長(zhǎng)，從而疇內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)，疇外電場(chǎng)進(jìn)一步減弱。穩(wěn)態(tài)疇的形成:隨著偶極疇的增長(zhǎng)，疇內(nèi)、疇外場(chǎng)強(qiáng)最終會(huì)跳出微分負(fù)電導(dǎo)去，當(dāng)疇內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)到達(dá)Ea、疇外場(chǎng)強(qiáng)到達(dá)Eb時(shí)，疇內(nèi)外電子的平均漂移速度相等，偶極疇達(dá)停止增長(zhǎng)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)疇內(nèi)電子全部位于能谷2，疇外電子全部位于能谷1。偶極疇的消失:穩(wěn)態(tài)疇形成后，偶極疇以恒定的速度向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陽(yáng)極后，耗盡層逐漸消失，疇內(nèi)空間電荷減少，疇內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)減弱，疇外場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，電流開(kāi)始上升，最終整個(gè)偶極疇消失，體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)恢復(fù)為Ed，同時(shí)電流得到最大。之后，器件一直重復(fù)上述過(guò)程，使體內(nèi)電流以很高的頻率震蕩。影響PN結(jié)電流電壓特性偏離理想方程的因素理想pn結(jié)和硅pn結(jié)的電流電壓曲線如右圖。而實(shí)際情況會(huì)出現(xiàn)偏差，引起上述差別的主要原因有：勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流與復(fù)合電流、表面效應(yīng)、大注入條件、串聯(lián)電阻效應(yīng)。勢(shì)壘區(qū)的產(chǎn)生電流、表面效應(yīng)——影響反向特性的因素當(dāng)pn結(jié)處于熱平衡時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)通過(guò)復(fù)合-產(chǎn)生中心的產(chǎn)生率=復(fù)合率。當(dāng)加反向偏壓時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)加強(qiáng)，由于熱激發(fā)作用在勢(shì)壘區(qū)通過(guò)復(fù)合中心產(chǎn)生的電子空穴對(duì)來(lái)不及復(fù)合就被強(qiáng)電場(chǎng)驅(qū)走了，即勢(shì)壘區(qū)中有凈產(chǎn)生率，從而形成另一部分反向電流，即勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流IG，IG=qGXDA（G為凈產(chǎn)生率，A為pn結(jié)面積，XD為勢(shì)壘區(qū)寬度）。室溫下反向擴(kuò)散電流比勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流小得多，所以在反向電流中產(chǎn)生電流占主要地位；如果考慮表面效應(yīng)的影響時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生表面電場(chǎng)形成場(chǎng)感應(yīng)結(jié)，場(chǎng)感應(yīng)結(jié)耗盡區(qū)的復(fù)合-產(chǎn)生中心對(duì)產(chǎn)生電流也有貢獻(xiàn)。故而實(shí)際反向電流比理論值要大；當(dāng)反向偏壓增大時(shí)，由于勢(shì)壘寬度XD的增加，導(dǎo)致反向電流隨反向偏壓增大而略有增加，達(dá)到擊穿電壓時(shí)擊穿。如上圖所示。勢(shì)壘區(qū)的復(fù)合電流——影響正向特性的因素在正向偏壓下，從n區(qū)注入p區(qū)的電子和從p區(qū)注入n區(qū)的空穴，在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)復(fù)合了一部分，構(gòu)成了另一股正向電流，稱(chēng)為勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流，其電流密度可用Jr表示，總的正向電流密度JF應(yīng)為擴(kuò)散電流密度JFD與勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流密度Jr之和，其中JFD∝exp(qV/k0T)，Jr∝exp(qV/2k0T)成正比，可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為JF∝exp(qV/mk0T)：m介于1～2之間.對(duì)硅而言，室溫低正向電壓下，Jr>JFD即復(fù)合電流占主導(dǎo)地位，這就是曲線a段；但在較高正向偏壓下，exp(qV/2k0T)迅速增大，使JFD>Jr，復(fù)合電流可忽略，這就是圖中b段。注入情況——影響正向特性的因素以P+N為例，當(dāng)正向偏壓較大時(shí)，注入的非平衡少子濃度接近或超過(guò)該區(qū)多子濃度的情況，稱(chēng)為大注入情況。正向電流主要是從p區(qū)注入n區(qū)的空穴擴(kuò)散電流，由n區(qū)注入p區(qū)的電子電流可以忽略，所以只討論空穴擴(kuò)散區(qū)的情況。在空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，由于電注入的△pn(Xn)很大，為了保持n區(qū)的電中性，n區(qū)的電子也要增加相應(yīng)的濃度，分布在空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)。為了使空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的電子形成穩(wěn)定分布，總的正向偏壓V需要在空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)降落一部分,此時(shí)，JF∝exp[qV/2k0T]，正如曲線中的c段。串聯(lián)電阻效應(yīng)——影響正向特性的因素在大電流時(shí)，還要考慮中性區(qū)體電阻的分壓作用，總電壓落在pn結(jié)勢(shì)壘區(qū)上的壓降就更小，正向電流增加緩慢，就是曲線中的d段。畫(huà)出理想P型MIS結(jié)構(gòu)的C—V特性曲線,如何測(cè)得平帶電壓？如果絕緣層中存在鈉離子和界面電荷對(duì)曲線有什么影響？如何測(cè)它們的面密度？如何測(cè)定襯底濃度？測(cè)得的C-V曲線有兩種，即1-低頻C-V特性曲線，2-高頻特性曲線。如右圖所示，由于MIS電容可等效為絕緣層電容C0和半導(dǎo)體空間電荷層Cs的串聯(lián)當(dāng)偏壓VG<0時(shí)，半導(dǎo)體處于多數(shù)載流子堆積狀態(tài)，|VG|很大時(shí)，從半導(dǎo)體內(nèi)部到表面可以看成是導(dǎo)通的，電荷聚集在絕緣層兩邊，所以MIS結(jié)構(gòu)的總電容也就等于絕緣層電容CO故C/C0≈1,如AB段；|VG|不是很大時(shí)半導(dǎo)體表面空間電荷層電容開(kāi)始起作用，C/C0<1如BC段。當(dāng)VG=0時(shí)，半導(dǎo)體處于平帶狀態(tài)VS=0，曲線與縱軸交點(diǎn)就是平帶電容當(dāng)VG>0時(shí)，但不足以使半導(dǎo)體處于表面反型時(shí)，半導(dǎo)體表面處于耗盡狀態(tài)，隨著VG的增大，耗盡層的XD增大而CS的值減小，故C/C0值下降，如CD段當(dāng)VG的值繼續(xù)增大到使VS=2VB時(shí)，半導(dǎo)體表面處于臨界強(qiáng)反型狀態(tài)，耗盡層的寬度保持在一個(gè)最大值VDM。當(dāng)VG的頻率不是很高時(shí)，VG》0時(shí)，最大強(qiáng)反型出現(xiàn)后，大量電子聚集在半導(dǎo)體表面處，絕緣層兩端堆集著電荷，如同只有絕緣層一樣，故C/C0≈1，如圖EF段。當(dāng)VG的頻率很高時(shí)，反型層中電子的產(chǎn)生與復(fù)合將跟不上高頻信號(hào)的變化，也即反型層中電子的數(shù)量不能隨高頻信號(hào)而變，因此，這時(shí)反型層中電子對(duì)電容沒(méi)有貢獻(xiàn)，這時(shí)空間電荷區(qū)的電容仍由耗盡層電荷決定，由于強(qiáng)反時(shí)，耗盡層寬度達(dá)到最大值XDM，所以電容將達(dá)到極小值Cmin并保持不變，如圖GH段所示。確定平帶電壓將理想的C-V特性曲線(I)和實(shí)際測(cè)得的特性曲線(2)畫(huà)在同一坐標(biāo)系上，由理想曲線與縱軸交點(diǎn)CFB/C0處引與電壓軸平行的直線，求出其與曲線(2)的交點(diǎn)在電壓軸上的坐標(biāo)，即得VFBNa+對(duì)曲線的影響Na+在SiO2中遷移率較大，在電場(chǎng)作用下在SiO2層中發(fā)生漂移，Na+的漂移引起SiO2中電荷分布的變化，使得VFB跟著變化，這將引起MIS結(jié)構(gòu)C-V特性曲線沿電壓軸發(fā)生漂移，漂移量的大小與Na+數(shù)量及Na+在SiO2層中的分布有關(guān)。溫度-偏壓實(shí)驗(yàn)測(cè)Na+的面密度和界面電荷面密度=1\*GB3①在外加-10V電壓127℃下退火30min后，得到的曲線1。此時(shí)Na+在反向電場(chǎng)的作用下從半導(dǎo)體表面處運(yùn)動(dòng)到金屬與SiO2的接觸面處，可以認(rèn)為Na+對(duì)曲線沒(méi)有影響，故此時(shí)曲線1和理想曲線平帶電壓之差和金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差、界面電荷有關(guān)。從曲線中可讀出VFB1,=2\*GB3②在柵極上加+10V電壓，在127℃下退火30min后，由于加正10V電壓Na+在電場(chǎng)作用下全部移動(dòng)到SiO2-Si的表面處，這時(shí)Na+對(duì)特性曲線影響最大.故此時(shí)曲線1和理想曲線平帶電壓之差和Na+、金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差、界面電荷均有關(guān)。從曲線中可讀出VFB1.因此，Na+引起的VFB（Na+）=VFB2—VFB1=-Qm/C0,故Qm=C0(VFB1—VFB2)。而界面固定電荷引起的VFB（固）=VFB1—VFB（功）(其中功函數(shù)差引起的VFB（功）=(Wm–Ws)/q)故Qfc=C0(VFB（功）—VFB1).界面態(tài)對(duì)曲線的影響因界面態(tài)在外加偏壓VG變化時(shí)能通過(guò)改變自身電荷而發(fā)生充放電效應(yīng)，從而可以起削弱能帶彎曲程度及載流子堆積的效果，它的電荷密度和表面帶電性質(zhì)都隨表面能帶變化而變化，因此它不僅使C-V曲線發(fā)生位移，而且使其形狀也發(fā)生變化，使曲線在某些區(qū)域出現(xiàn)臺(tái)階，或上升、下降的坡度變緩。襯底濃度在加高頻電壓時(shí)，達(dá)到強(qiáng)反時(shí)，電容將達(dá)到極小值C/min并保持不變。故易知：從而可以得到溫度一定時(shí)，C/min/C0為絕緣層厚度d0和襯底濃度的函數(shù)，C/min/C0可以通過(guò)C-V特性曲線讀出，絕緣層厚度也可直接測(cè)量，如此便確定了半導(dǎo)體表面層中的雜質(zhì)濃度。畫(huà)出理想n型MIS結(jié)構(gòu)的C—V特性曲線,如何測(cè)得平帶電壓？如果絕緣層中存在鈉離子和界面電荷對(duì)曲線有什么影響？如何測(cè)它們的面密度？如何測(cè)定襯底濃度？測(cè)得的C-V曲線有兩種，即1-低頻C-V特性曲線，2-高頻特性曲線。如右圖所示，由于MIS電容可等效為絕緣層電容C0和半導(dǎo)體空間電荷層Cs的串聯(lián)當(dāng)偏壓VG>0時(shí)，半導(dǎo)體處于多數(shù)載流子堆積狀態(tài)，VG很大時(shí)，從半導(dǎo)體內(nèi)部到表面可以看成是導(dǎo)通的，電荷聚集在絕緣層兩邊，所以MIS結(jié)構(gòu)的總電容也就等于絕緣層電容CO故C/C0≈1,如AB段；VG不是很大時(shí)半導(dǎo)體表面空間電荷層電容開(kāi)始起作用，C/C0<1如BC段。當(dāng)VG=0時(shí)，半導(dǎo)體處于平帶狀態(tài)VS=0，曲線與縱軸交點(diǎn)就是平帶電容當(dāng)VG<0時(shí)，但不足以使半導(dǎo)體處于表面反型時(shí)，半導(dǎo)體表面處于耗盡狀態(tài)，隨著VG的增大，耗盡層的XD增大而CS的值減小，故C/C0值下降，如CD段當(dāng)|VG|的值繼續(xù)增大到使VS=2VB時(shí)，半導(dǎo)體表面處于臨界強(qiáng)反型狀態(tài)，耗盡層的寬度保持在一個(gè)最大值VDM。當(dāng)VG的頻率不是很高時(shí)，|VG|》0時(shí)，最大強(qiáng)反型出現(xiàn)后，大量空穴聚集在半導(dǎo)體表面處，絕緣層兩端堆集著電荷，如同只有絕緣層一樣，故C/C0≈1，如圖EF段。當(dāng)VG的頻率很高時(shí)，反型層中空穴的產(chǎn)生與復(fù)合將跟不上高頻信號(hào)的變化，也即反型層中空穴的數(shù)量不能隨高頻信號(hào)而變，因此，這時(shí)反型層中空穴對(duì)電容沒(méi)有貢獻(xiàn)，這時(shí)空間電荷區(qū)的電容仍由耗盡層電荷決定，由于強(qiáng)反時(shí)，耗盡層寬度達(dá)到最大值XDM，所以電容將達(dá)到極小值Cmin并保持不變，如圖GH段所示。確定平帶電壓將理想的C-V特性曲線(I)和實(shí)際測(cè)得的特性曲線(2)畫(huà)在同一坐標(biāo)系上，由理想曲線與縱軸交點(diǎn)CFB/C0處引與電壓軸平行的直線，求出其與曲線(2)的交點(diǎn)在電壓軸上的坐標(biāo)，即得VFBNa+對(duì)曲線的影響Na+在SiO2中遷移率較大，在電場(chǎng)作用下在SiO2層中發(fā)生漂移，Na+的漂移引起SiO2中電荷分布的變化，使得VFB跟著變化，這將引起MIS結(jié)構(gòu)C-V特性曲線沿電壓軸發(fā)生漂移，漂移量的大小與Na+數(shù)量及Na+在SiO2層中的分布有關(guān)。溫度-偏壓實(shí)驗(yàn)測(cè)Na+的面密度和界面電荷面密度=1\*GB3①在外加-10V電壓127℃下退火30min后，得到的曲線1。此時(shí)Na+在反向電場(chǎng)的作用下從半導(dǎo)體表面處運(yùn)動(dòng)到金屬與SiO2的接觸面處，可以認(rèn)為Na+對(duì)曲線沒(méi)有影響，故此時(shí)曲線1和理想曲線平帶電壓之差和金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差、界面電荷有關(guān)。從曲線中可讀出VFB1,=2\*GB3②在柵極上加+10V電壓，在127℃下退火30min后，由于加正10V電壓Na+在電場(chǎng)作用下全部移動(dòng)到SiO2-Si的表面處，這時(shí)Na+對(duì)特性曲線影響最大.故此時(shí)曲線1和理想曲線平帶電壓之差和Na+、金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差、界面電荷均有關(guān)。從曲線中可讀出VFB1.因此，Na+引起的VFB（Na+）=VFB2—VFB1=-Qm/C0,故Qm=C0(VFB1—VFB2)。而界面固定電荷引起的VFB（固）=VFB1—VFB（功）(其中功函數(shù)差引起的VFB（功）=(Wm–Ws)/q)故Qfc=C0(VFB（功）—VFB1).界面態(tài)對(duì)曲線的影響因界面態(tài)在外加偏壓VG變化時(shí)能通過(guò)改變自身電荷而發(fā)生充放電效應(yīng)，從而可以起削弱能帶彎曲程度及載流子堆積的效果，它的電荷密度和表面帶電性質(zhì)都隨表面能帶變化而變化，因此它不僅使C-V曲線發(fā)生位移，而且使其形狀也發(fā)生變化，使曲線在某些區(qū)域出現(xiàn)臺(tái)階，或上升、下降的坡度變緩。襯底濃度在加高頻電壓時(shí)，達(dá)到強(qiáng)反時(shí)，電容將達(dá)到極小值C/min并保持不變。故易知：從而可以得到溫度一定時(shí)，C/min/C0為絕緣層厚度d0和襯底濃度的函數(shù)，C/min/C0可以通過(guò)C-V特性曲線讀出，絕緣層厚度也可直接測(cè)量，如此便確定了半導(dǎo)體表面層中的雜質(zhì)濃度金屬半導(dǎo)體接觸形成過(guò)程，以及費(fèi)米能級(jí)和載流子分布金半接觸形成過(guò)程：先以設(shè)金屬和n型半導(dǎo)體接觸為例說(shuō)明，并假定金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即Wm>Ws。接觸前，尚未達(dá)到平衡時(shí)的能級(jí)圖如下圖(a)所示。當(dāng)金屬和半導(dǎo)體之間的距離D遠(yuǎn)大于原子間距時(shí)，如果用導(dǎo)線把金屬和半導(dǎo)體連接起來(lái)，它們就成為一個(gè)統(tǒng)一的電子系統(tǒng)。由于原來(lái)（EF）s高于（EF）m，半導(dǎo)體中的電子將向金屬流動(dòng)，使金屬表面帶負(fù)電，半導(dǎo)體表面帶正電。隨著D的減小，金屬一側(cè)的表面負(fù)電荷增加，半導(dǎo)體一側(cè)表面的正電荷也隨之增加。受半導(dǎo)體自由電荷面密度所限，其表面形成一個(gè)定厚度的空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)內(nèi)有一定的電場(chǎng)，能帶發(fā)生彎曲，使半導(dǎo)體表面和內(nèi)部之間存在電勢(shì)差Vs，這時(shí)接觸電勢(shì)差一部分落在空間電荷區(qū)，另一部分落在金-半表面之間。D小到可以與原子間距相比較，電子就可自由穿過(guò)間隙，這時(shí)接觸電勢(shì)差絕大部分降落在空間電荷區(qū)，如圖（c）所示。忽略間隙中的電勢(shì)差的極限時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，能帶結(jié)構(gòu)如圖（d），整個(gè)系統(tǒng)仍保持電中性，此時(shí)電勢(shì)差全部降落在空間電荷區(qū)，能帶的彎曲的高度就是勢(shì)壘高度，金屬和半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)在同一水平上，不再有電子的凈的流動(dòng)，這便是金半接觸形成過(guò)程。費(fèi)米能級(jí)和載流子分布金屬與n（或p）型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm>Ws，對(duì)于費(fèi)米能級(jí),平衡時(shí),半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于金屬的下降了Wm-Ws，兩側(cè)費(fèi)米能級(jí)達(dá)到同一水平;對(duì)于載流子,由于在空間電荷區(qū)中能帶向上彎曲，在表面處的費(fèi)米能級(jí)距導(dǎo)帶底比內(nèi)部遠(yuǎn)（p型時(shí)，距價(jià)帶頂比內(nèi)部近），故表面電子濃度要比體內(nèi)小得多（p型時(shí)空穴濃度要比體內(nèi)大得多）；而金屬一側(cè)表面帶負(fù)電并分布在表面極薄的區(qū)域金屬與n（或p）型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm<Ws，對(duì)于費(fèi)米能級(jí),平衡時(shí),半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于金屬的上升了Wm-Ws，兩側(cè)費(fèi)米能級(jí)達(dá)到同一水平;對(duì)于載流子,由于在空間電荷區(qū)中能帶向下彎曲，在表面處的費(fèi)米能級(jí)距導(dǎo)帶底比內(nèi)部近（p型時(shí)，距價(jià)帶頂比內(nèi)部近），故表面電子濃度要比體內(nèi)大得多（p型時(shí)空穴濃度要比體內(nèi)小得多）；而金屬一側(cè)表面帶正電并分布在表面極薄的區(qū)域沒(méi)合并時(shí)：n型阻擋層，即當(dāng)Wm>Ws，對(duì)于費(fèi)米能級(jí),平衡時(shí),半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于金屬的下降了Wm-Ws，兩側(cè)費(fèi)米能級(jí)達(dá)到同一水平;對(duì)于載流子,由于在空間電荷區(qū)中能帶向上彎曲，在表面處的費(fèi)米能級(jí)離導(dǎo)帶底的距離比內(nèi)部大，故表面電子濃度要比體內(nèi)小得多，而金屬一側(cè)表面帶負(fù)電并分布在表面極薄的區(qū)域n型反阻擋層，即當(dāng)Wm<Ws，對(duì)于費(fèi)米能級(jí),平衡時(shí),半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)