半导体复习提纲Word文档下载推荐.docx
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直接带隙:
导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体,跃迁只吸收能量。
性质:
跃迁时电子波矢不变,动量守恒,直接复合(不需声子接受或提供能量),载流子寿命短,发光效率高。
间接带隙:
导带边和价带边处于K空间不同点,形成半满带不止吸收能量还要改变动量。
大几率将能量释放给晶格转化为声子,变成热能释放掉。
4.什么是施主杂质,受主杂质?
施主杂质:
V族杂质在硅、锗中电离时,能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称他们为施主杂质会n型杂质;
受主杂质:
III族杂质在硅、锗中电离时,能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称他们为受主杂质会p型杂质。
5.杂质原子在晶体中一般处于什么位置
替位式杂质:
替代晶格原子而处于晶格点处;
间隙式杂质:
占据晶格原子间的间隙位置。
6.杂质电离能的意义
杂质电离能:
是指半导体中杂质原子上的价电子从价键上被激发(热激发或光吸收)到导带或者价带中而成为载流子(电子或者空穴)所需要的能量。
掺入杂质后,大大增加了载流子的浓度,杂质能级里价带或者导带都很近,所以电离能小。
7.什么是杂质的补偿作用
杂质补偿:
当半导体中同时掺入施主和受主两种杂质时,施主能级上的电子要跃迁到受主能级上。
对于提供载流子来说,两者有互相抵消的作用,有效掺杂浓度等于两者之差。
8.晶体中的主要缺陷
点缺陷:
一定温度下,少量晶格原子获得足够的能量,克服周围原子束缚,挤入晶格间间隙,形成间隙原子,原位置形成空位。
线缺陷——位错,面缺陷——层错。
9.深能级杂质在一般的情况下,在半导体中的作用
深能级杂质(非III、V族杂质)原子对其价电子的束缚比较紧,则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处(即比较靠近禁带中央),陷阱效应,复合中心。
作用:
△ED(施主能级到导带底)、△EA(受主能级到价带顶)较大,杂质电离作用较弱,对载流子(导电电子和空穴)浓度影响小;
对载流子的复合作用较大(复合中心),降低非平衡载流子的寿命。
第三章
10.什么是本征半导体
本征半导体:
完全不含杂质且无缺陷的纯净半导体。
本征激发:
当半导体的温度T>
0K时,有电子从价带激发到导带去,同时价带中产生了空穴。
11.什么是费米分布?
与玻尔兹曼分布有什么关系?
费米分布:
热平衡状态下,电子按能量大小,具一定的统计分布规律性。
费米能级进入导带,考虑泡利不相容原理,用费米分布考虑导带中电子、价带中空穴分布,称载流子的简并化。
绝对温度T下的物体内,电子达到热平衡状态时,一个能量为E的独立量子态,被一个电子占据的几率为f(E);
玻尔兹曼是非简并系统,而费米分布是简并系统,E-E(F)>
>
koT,电子系统非简并;
E-E(F)<
<
koT空穴系统非简并。
12.非简并半导体载流子浓度的计算公式
13.非简并半导体载流子浓度的关系
14.杂质半导体的载流子浓度和费米能级随温度的变化
●低温弱电离区
低温时,费米能级在施主能级以上,导带中电子全部由电离施主杂质提供。
no=nD,又nD<
ND→exp[-(ED-EF)/kOT]>
1
●中间电离区
当温度升高,当2NC>
ND,EF下降到(EC+ED)/2以下,当EF≈ED,exp(EF-ED/kOT)=1,施主杂质有1/3电离。
●强电离区(饱和区)
当温度升高至大部分杂质都电离时称为强电离。
●过渡区()
处于饱和区和完全本征激发之间是称为过渡区。
no是导带中电子浓度,ND是全部电离的杂质浓度,po是价带中空穴浓度。
no=ND+po
●高温本征激发区(500K↑)
继续升高温度,使本征激发产生的载流子浓数远多于杂质电离的载流子数no>
ND,po>
ND
电中性条件:
(非简并载流子浓度关系)
15.简并化的条件
①载流子浓度很高:
需要考虑泡利不相容原理。
②温度较低:
低掺杂的半导体和较高温度下的半导体,都可以认为是非简并半导体。
③有效质量m*较小。
:
波动性不明显,则可看成为经典的载流子,它们遵从经典的统计分布。
在三个以上条件下,载流子即容易出现量子特性,这时的载流子就是简并载流子。
需要考虑泡里不相容原理的限制。
第四章
16.漂移电流的计算表达式
漂移电流:
I漂=—nqsvn:
电子浓度v:
平均漂移速度s截面面积
电流密度:
(J)漂=—nqv
平均漂移速度:
v=μnEμn:
电子迁移率(空穴n→p)E:
外加电场
17.解释电阻率随温度的变化(图4-16)
①纯半导体材料电阻率由本征载流子浓度n决定。
②
18.迁移率与平均自由时间的关系
19.半导体中主要的散射机构
电离杂质散射:
施主或受主杂质电离后为一个带正电或带负电的离子,在电离施主或受主附近形成一个库仑势场,这一库仑势场局部的破坏了杂质附近的周期性势场,使载流子散射。
晶格振动散射:
1、声学波散射:
(低频)
2、光学波散射:
(高频)
(P散射几率,N杂质浓度。
)
第五章
20.什么是准费米能级
21.载流子直接复合与间接复合有何区别
直接复合:
电子在导带和价带间直接跃迁。
间接复合:
电子和空穴通过禁带的能级(复合中心:
促进复合过程的杂质和缺陷)进行复合。
22.扩散电流的表达式
空穴扩散流密度:
扩散电流密度:
(Jn)扩=qSn(电子)
(Jp)扩=—qSp(空穴)
D:
扩散系数,
△p(x)空穴浓度关于位置的关系,求导得浓度梯度。
23.爱因斯坦关系
对于电子:
对于空穴:
n→p
同时存在扩散和漂移运动时电流密度的方程式:
24.连续性方程
第六章
25.PN结的能带图(平衡,正偏,反偏)
平衡时:
加正向偏电压V:
加反向偏电压V:
26.PN结接触电势差的推导
27.简述PN结的工作原理
28.影响PN结I-V特性的主要非理想因素
1 表面效应
2 势垒区中的产生及复合
3 大注入条件
4 串联电阻效应
29.pn结的势垒电容,扩散电容
△势垒电容:
(多子,反向电压促进)PN结交界处的势垒区的空间电荷量随结两端电压变化而引发改变,从而显现电容效应。
扩散电容:
(少子,正向电压促进)由于扩散区的电荷数随外加电压而变化产生的电容。
第七八章
30.什么是金属的功函数
31.比较肖特基二极管与pn二极管的异同
同:
具有相似的电压,I-V特性曲线,都具有单向导电性。
异:
●pn结正向导通时主要有少子积累,后靠扩散形成电流,(具电容效应)高频性能不好;
肖特、、、主要、、多子进入金属形成,高频特性好。
●相同势垒高度肖特基的电流比pn结的反响饱和电流大得多,即同一电流,肖有较低的导通电压。
32.影响MIS结构的平带电压的主要因素
影响因素:
金属与半导体功函数差;
界面电荷。
33.解释MIS结构的高频C-V和低频C-V特性
34.解释MIS结构的表面场效应,并画出能带图,电荷分布图。
MIS表面场效应:
表面态和体内电子态之间交换电子;
功函数不同的金属和半导体接触时,形成接触电势差;
使半导体表面外吸附某种带电离子。
形成表面电场MIS结构中由于金属、半导体功函数不同,或绝缘层存在带电离子或界面态的原因表面会有表面场效应。
平带能带图:
能带、电荷分布图:
p型n型(△)
1.1
3.133.173.19
4.14.64.134.17
5.25.95.17
6.46.11
8.18.48.7