1 半導體材料.ppt

1、,半導體器件原理,南京大學,第一部分 半導體材料,半導體材料的相關(guān)問題 半導體中電子的能量和狀態(tài) 均勻半導體 均勻半導體中的電流 非均勻半導體 II. 若干重要概念與方程,半導體器件原理,南京大學,半導體材料的相關(guān)問題 晶體中的共價鍵（或共價鍵+離子鍵）: 外層（第三殼層）電子的能量分裂為兩個能帶,Si,GaAs,InP,NaCl,CdTe,半導體器件原理,南京大學,電子親和能、電離能和禁帶寬度,半導體器件原理,南京大學,電子壽命,半導體器件原理,南京大學,絕緣體、半導體與導體,半導體器件原理,南京大學,一維空間的自由電子,h/P,半導體器件原理,南京大學,準自由電子模型,半導體器件原理,南京

2、大學,光發(fā)射和光吸收初探, 黃金規(guī)則,半導體器件原理,南京大學,晶體中的電子的準經(jīng)典力學,能帶底部,帶頂有效質(zhì)量為負：外部作用力+所有原子施加的力（已記入有效質(zhì)量中） 將帶頂?shù)膽B(tài)看成空穴，認為空穴擁有正有效質(zhì)量，擁有正電荷。,半導體器件原理,南京大學,本征半導體,半導體器件原理,南京大學,非本征半導體,基本假設(shè)： （1）rn足夠大 （2）有效質(zhì)量,半導體器件原理,南京大學,摻雜能級,半導體器件原理,南京大學,受主與空穴,半導體器件原理,南京大學,能帶中電子的態(tài)密度函數(shù),半導體器件原理,南京大學,電子與空穴按能量的分布,半導體器件原理,南京大學,電子按能量的分布,電子的波長大約是晶格常數(shù)的40倍

3、，電子分布在整個晶體中,半導體器件原理,南京大學,非簡并半導體,非簡并半導體,簡并n型半導體 簡并p型半導體,半導體器件原理,南京大學,高溫與低溫下的載流子濃度,半導體器件原理,南京大學,載流子濃度與溫度,半導體器件原理,南京大學,雜質(zhì)導致的禁帶變窄,半導體器件原理,南京大學,表觀禁帶變窄（費米能級的移動）,半導體器件原理,南京大學,載流子遷移率（電離雜質(zhì)散射與晶格散射）,半導體器件原理,南京大學,雜質(zhì)帶遷移率,強電場遷移率 速度飽和效應(yīng)：光學聲子散射過程引起,半導體器件原理,南京大學,載流子遷移率（多子與少子）,半導體器件原理,南京大學,載流子的產(chǎn)生與復合,半導體器件原理,南京大學,載流子的

4、產(chǎn)生與復合,半導體器件原理,南京大學,光吸收,半導體器件原理,南京大學,光發(fā)射,半導體器件原理,南京大學,光子與聲子,半導體器件原理,南京大學,擴散系數(shù)與少子的擴散長度,半導體器件原理,南京大學,準費米能級（表面光照下）,半導體器件原理,南京大學,梯度摻雜,非均勻半導體,半導體器件原理,南京大學,平衡態(tài)時的費米能級處處相等,半導體器件原理,南京大學,愛因斯坦關(guān)系,半導體器件原理,南京大學,平衡狀態(tài)下的電流,半導體器件原理,南京大學,非均勻組分半導體(Si:Ge合金）,電中性條件下的能帶圖,平衡時能帶圖,半導體器件原理,南京大學,摻雜與組分梯度變化的半導體(Si:Ge合金）,平衡時能帶圖,電中性

5、條件下的能帶圖,摻雜濃度變化： 價帶和導帶下移 組分梯度變化： 導帶底下移 電子的有效凈電場增加,半導體器件原理,南京大學,II 若干重要概念與方程,1.若干重要概念 (1) 載流子濃度與費米能級,半導體器件原理,南京大學,（2）遷移率 高溫： 晶格散射控制（T-3/2），對載流子濃度相對不敏感； 低溫： 雜質(zhì)散射控制，強力依賴于載流子濃度。 MOSFET反型層中遷移率遠低于體遷移率（表面遷移率）,半導體器件原理,南京大學,（3） 擴散電流,半導體器件原理,南京大學,（4）薄層電阻率 （5）速度飽和,半導體器件原理,南京大學,2. 器件中的基本方程 （1）泊松方程 （2）德拜長度(能帶對摻雜突然變化的響應(yīng)長度）,半導體器件原理,南