半导体物理学复习提纲重点Word下载.docx
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第三章半导体中载流子的统计分布
热平衡载流子概念
3.1状态密度
定义式：
g（E）・=dz/dE
H71
*
/J
—（-1/2
2m
导带底附近的状态密度：
gc（E）
4V
3
E
Ec；
—JT
h
3/2-
）
2m*p
1/2
价带顶附近的状态密度：
gv（E）
Ev
h3
3.2费米能级和载流子的
+（—j
”Im?
*1
1
Fermi分布函数：
f（E）；
1expEEVkoT
Fermi能级的意义：
它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有
关。
1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系
统，费米能级Ef是系统的化学势；
2）Ef
可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）Ef的位置比较直观地标志了电子占据量子
态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。
费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子
rEEf
=Jk°
T
Boltzmann分布函数：
fB（E）e
导带底、价带顶载流子浓度表达式：
no
EcfB（E）gc（E）dEEc
——
（吨
EfEc
_2
mnkT
noNC
exp
NC2
导带底有效状态密度
koT
h3
-—
EEf
npko
p0N
V-2
价带顶有效状态密度
一koT
1_
（J
■Li轧
"
-
丘Ev
氏的适用范
载流子浓度的乘积
nopo
NcNVexp
NcNVexp围。
电子占据施主杂质能及的几率是
空穴占据受主能级的几率是
_1厂（E）
半一15^
1exp
2koT
1+——fA（E）
1EfEA
.=o=1”-r
o
■[f■■
r-.
Nb
i
n。
为：
Nbfd（E）
+
EdEf
NA
Pa为Pa
INfA（E）
EfEa
施主能级上的电子浓度
受主能级上的空穴浓度
电离施主浓度no为：
noNd
电离受主浓度Pa为：
PaNa
Pa
费米能级随温度及杂质浓度的变化
3.5—般情况下的载流子统计分布
3.6.简并半导体
1、重掺杂及简并半导体概念;
时杂质没有充分电离；
5）简并半导体的杂质能级展宽为能带，带隙宽度会减小。
3、杂质能带及杂质带导电。
第四章半导体的导电性
4.1载流子的漂移运动迁移率
欧姆定律的微分形式：
J二17e；
|
漂移运动；
漂移速度Vd迁移率曇，单位m/vs或cm/vs；
4.2.载流子的散射.
半导体中载流子在运动过程中会受到散射的根本原因是什么?
主要散射机构有哪些？
电离杂质的散射：
P*NT32
晶格振动的散射:
Ps
4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系
描述散射过程的两个重要参量：
平均自由时间
1、电导率、迁移率与平均自由时间的关系
y-—
—■
-pq
nnqun
nq
n
;
p
pqupp
m
邂
m*p
—、2
nqp
pqp
nqun
pqup
2、（硅的）电导迁移率及电导有效质量公式：
—.^=--ar|fiiB"
i1...
qn1112
c、
mam3mmt
3、迁移率与杂质浓度和温度的关系
4.4电阻率及其与杂质浓度和温度
U-+u
各种半导体的电阻率公式：
；
nqnpqp
不同温区电阻率的变化/不同温区载流子的散射机制。
4.7多能谷散射耿氏效应
用多能谷散射理论解释GaAs的负微分电导。
第五章非平衡载流子
5.1非平衡载流子的注入与复合
非平衡态与非平衡载流子或过剩载流子；
小注入；
附加电导率：
nqnpqpqn
亍
If
5.2非平衡载流子的寿命
非平衡载流子的衰减、寿命；
复合几率：
表示单位时间内非平衡载流子的复合几率，
复合率：
单位时间、单位体积内净复合消失的电子
-空穴对数。
p
5.3准Fermi能级
1、
“准Fermi能级”概念
2、
非平衡状态下的载流子浓度:
[_nf
-Ec&
NCexp
NVexp
（P
Po
P）
_noexp
3、
EfE
ni
Ef
P0exp
P
“准Fermi能级”的含义
k°
EB
1）
从（5-10）可以看出，Ef°
-Ef,Ef-Efp越大，n和p值越大，越偏离平衡状态。
反之也可以
女口n-type
说，n和p越大，Ef°
和Efp偏离Ef越远。
和Ef偏离Ef的程度不同半导体n°
>
p。
。
小注入条件下:
5.4.复合理论
非平衡载流子复合的分类以及复合过程释放能量的方式
1、直接复合
2、间接复合
定量说明间接复合的四个微观过程:
rn（N-n）ntt
=sn，sr4
-t
=5pnt
有效复合中心能级的位置为禁带中线附近
俘获电子过程：
电子俘获率
发射电子过程：
电子产生率
俘获空穴过程：
空穴俘获率
dnx
Jn扩qSqD
dx
3、光注入下的稳定扩散:
po，半导
稳定扩散：
若用恒定光照射样品，那么在表面处非平衡载流子浓度保持恒定值体内部各点的空穴浓度也不随时间改变，形成稳定的分布。
这叫稳定扩散稳态扩散方程及其解。
5.7.载流子的漂移运动
爱因斯坦关系的表达式：
爱因斯坦关系7二
DnkoTD）koT
nqpq
5.8.连续性方程式/転
&
.总i）
31
1、连续性方程式的表达式-
px
E（
Dp
pE
r
c
t
x
其中
2px
DP的含义是单位时间单位体积由于扩散而积累的空穴数;
x2
的含义是单位时间单位体积由于漂移而积累的空穴数;
-p的含义是单位时间单位体积由于
复合而消失的电子-空穴对数
2、稳态连续性方程及其解
3、连续性方程式的应用
第六章p-n结
6.1p-n结及其能带图
1、p-n结的形成和杂质分布
2、空间电荷区
3、p-n结能带图
4、p-n结接触电势差
5、p-n结的载流子分布
6.2p-n结的电流电压特性
1、非平衡状态下的p-n结
非平衡状态下p-n结的能带图
2、理想p-n结模型及其电流电压方程式
理想p-n结模型
1）小注入条件
2）突变耗尽层近似：
电荷突变、结中载流子耗尽（高阻）、电压全部降落在耗尽层上、耗尽层
外载流子纯扩散运动；
3）不考虑耗尽层中载流子的产生与复合作用；
4）玻耳兹曼边界条件：
在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布。
理想p-n结的电压方程式，相应的J-V曲线。
并讨论p-n结的整流特性。
3、影响p-n结的电流电压特性偏离理想方程的各种因素
理想p-n结的电流是少数载流子扩散形成的。
但实际上还存在复合电流、大注入效应、
体电阻效应以及产生电流，使得实际电流-电压特性偏离理想情形。
归纳如下：
qV
一g11之间变
p+-n结加正向偏压时，电流电压关系可表示为JFexpI丿，m在1〜2化，
mkT
随外加正向偏压而定。
正向偏压较小时，m=2JFxexp（qV/2kOT），势垒区的复合电流起主要作用，偏离理想
情形；
正向偏压较大时，m=1,JF*exp（qV/k0T），扩散电流起主要作用，与理想情形吻合；
正向偏压很大，即大注入时，m=2Jf*exp（qV/2koT），偏离理想情形；
在大电流时，还必须考虑体电阻上的电压
降W'
于是V=V+\p+VR'
忽略电极上的压
降，这时在p-n结势垒区上的电压降就更小了，正向电流增加更缓慢。
在反向偏压下，因势垒区中的产生电流，从而使得实际反向电流比理想方程的计算值大
并且不饱和。
6.3p-n结电容
1、p-n结电容的来源
势垒电容：
p-n结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区中“存入”和“取出”作用，
的
导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这和一个电容器的充放电作用相似。
这种
p-n结的电容效应称为势垒电容，以CT表示。
扩散电容：
外加电压变化时，n区扩散区内积累的非平衡空穴和与它保持电中性的电子数
量
变化，同样，p区扩散区内积累的非平衡电子和与它保持电中性的空穴也变化。
这种由于
扩
散区的电荷数量随外加电压变化所产生的电容效应，称为p-n结的扩散电容。
用符号G表
示。
2、突变结的势垒电容
p-n结宽度，电荷分布
6.4p-n结击穿
1、雪崩击穿
2、隧道击穿（或齐纳击穿）
隧道击穿是在强反向电场作用下，势垒宽度变窄，由隧道效应，使大量电子从p区的价带穿
过禁带而进入到n区导带所引起的一种击穿现象。
因为最初是由齐纳提出来解释电介质击穿
现象的，故叫齐纳击穿。
重掺杂的半导体形成的p-n结更容易发生隧道击穿。
3、热电击穿
不同类型半导体的击穿机理
6.5p-n结隧道效应
1、隧道结及其电流电压特性
什么是隧道结，隧道结的电流电压特性。
2、隧道结热平衡时的能带图
3、隧道结电流电压特性的定性解释
第七章金属和半导体的接触
7.1.金属半导体接触及其能带图
1、金属和半导体的功函数
定义式
2、接触电势差
阻挡层概念及能带图。
3、表面态对接触势垒的影响
7.2.金属半导体接触整流理论
一、以n型、p型阻挡层为例定性说明阻挡层的整流特性
n型（p型）阻挡层的判断；
表面势、能带弯曲情况
二、定量得出阻挡层伏-安特性表达式
1、扩散理论
理论模型
fqv'
b
JJSDexp
_1
-'
koT「
—■-
4、肖特基势垒二极管与p-n结二极管相比较，有哪些优点和用途?
73少数载流子的注入和欧姆接触
1、少数载流子的注入（正向偏压下）
2、欧姆接触
什么是欧姆接触？
能否通过选择合适的金属来形成欧姆接触？
如何制作欧姆接触？
第八章半导体表面与MIS结构
8.2表面电场效应
理想MIS结构
1、空间电荷层及表面势
熟练分析多子积累、耗尽和反型情况下，金属端所加的电压大小和方向、半导体表面势的大
小和所带电荷、能带弯曲情况。
2、表面空间电荷层的电场、电势和电容
由p型半导体构成的MIS结构，在半导体表面处于耗尽状态时，用“耗尽层近似”推导出耗尽层宽度Xd和空间电荷面密度Q随表面势Vs的变化。
（设p型半导体是均匀掺杂的，杂质浓度为
NA。
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