半导体物理学总复习课.ppt

半导体物理学 总复习课,,知识点,基本概念:闪锌矿结构，金刚石结构，有效质量，迁移率，施主能级，费米面，布里渊区，点缺陷，状态密度，直接复合，受主能级，空穴，费米分布，载流子的漂移，本征载流子，爱因斯坦关系，陷阱效应，回旋共振，热载流子,基本原理与公式,（1-33）,（2-2）,（2-3）,有效质量,施主电离能,受主电离能,,费米分布,玻尔兹曼分布,5,,,这时费米分布函数转化为玻耳兹曼分布函数,此时,费米分布函数近似为,量子态密度,状态密度g(E)：,所以，导带底附近的状态密度为:,状态密度随电子的能量呈抛物线关系,价带顶附近的状态密度可表为：,平衡时导带电子浓度,NC为导带的有效状态密度，Nc正比于T3/2 ，是温度的函数。,平衡时价带空穴浓度,NV为价带的有效状态密度,为空穴占据能量为EV的量子态的几率。,载流子浓度的乘积,式中禁带宽度Eg也随温度发生变化，故载流子浓度的乘积是温度的函数。,本征载流子浓度及费米能级,本征半导体特征,,,,Eg随温度变化，故本征载流子浓度也随温度变化。,平衡时杂质半导体的载流子浓度,单掺杂n型半导体 单掺杂p型半导体 一般情况下（既掺施主杂质，又掺受主杂质）,平衡时制约载流子浓度的因素：掺杂类型与温度,低温弱电离区 中间电离区 强电离区 过渡区 高温本征激发区,掺 杂 分 类,温 区 分 类,杂质电离度随温度变化的关系（n型）,电子占据施主能级的概率fD(E),未电离的施主浓度,已电离的施主浓度,+,各温区电离情况及载流子组分变化,（1）低温弱电离区：未完全电离区,（4）过渡温度区:完全电离区，开始有少量本征激发。,(3) 强电离区：完全电离区,(2) 中间电离区:未完全电离区,(5) 高温本征激发区：,,各温区费米能级位置,（1）低温弱电离区：未完全电离区,（4）过渡温度区:完全电离区，开始有少量本征激发。,(3) 强电离区：完全电离区,(2) 中间电离区:未完全电离区,(5) 高温本征激发区：,单掺杂n型半导体在不同温度下的载流子浓度：重点在强电离区与过渡区,,强 电 离 区,过 渡 区,先求多子（电子）浓度,再求少子浓度,先求多子（电子）浓度,,,得,再求少子浓度,单掺杂p型半导体在不同温度下的载流子浓度：重点在强电离区与过渡区,,强 电 离 区,过 渡 区,先求多子（空穴）浓度,再求少子浓度,先求多子（空穴）浓度,,,得,再求少子浓度,杂质的补偿作用（ND NA）,,强 电 离 区,过 渡 区,先求多子（电子）浓度,再求少子浓度,先求多子（电子）浓度,,,得,再求少子浓度,杂质的补偿作用（ NAND ）,,强 电 离 区,过 渡 区,先求多子（空穴）浓度,再求少子浓度,先求多子（空穴）浓度,,,得,再求少子浓度,半导体的电导率,半导体的电导率,对于n型半导体（np）,对于p型半导体（pn）,对于本征半导体（n＝p＝ni ),,电导率的改变因素,,,,,,,图4-16 AB段: BC段: C段:,非平衡载流子的光注入,平衡时,光注入后从非平衡到平衡的过程,非平衡载流子的寿命,复合过程引起非平衡载流子的减少,随时间做指数衰减。,非平衡载流子的复合率:单位时间单位体积内复合消失的电子-空穴对的数目。,,,达到稳定状态,,载流子复合率－载流子产生率＝载流子的净复合率＝非平衡载流子复合率＝p/,载流子的输运,爱因斯坦关系,扩散长度,,,,,