半导体精简复习参考资料.docx

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半导体精简复习参考资料

1、施主杂质：

能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质。

受主杂质：

能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。

施主电离能：

多余的一个价电子脱离施主杂质而成为自由电子所需要的能量。

受主电离能：

使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量。

2、量子态密度：

单位K空间中的量子态数目称为量子态密度。

状态密度：

单位能量间隔内的量子态数目称为状态密度。

有效状态密度：

所有有可能被电子占据的量子态数。

3、深杂质能级：

能在半导体中形成深能级的杂质元素。

将其引入半导体中，形成一个或多个能级。

该能级距离导带底、价带顶较远，且多位于禁带的中央区域。

浅杂质能级：

能在半导体中形成浅能级的杂质元素。

在半导体禁带中靠近导带边缘的杂质。

4、空穴：

在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。

5、有效质量：

粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。

有效质量表达式为：

6、理想半导体：

晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，纯净不含杂质的，晶格结构是完整的。

实际半导体：

原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动，含有若干杂质，存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。

7、直接复合：

导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。

间接复合：

导带中的电子通过禁带的复合中心能级与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为间接复合。

8、复合率：

单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。

非平衡载流子的复合率（净复合率）：

产生率：

单位时间单位体积内所产生的电子-空穴对数。

非平衡载流子的产生率（净产生率）：

9、陷阱：

有显著陷阱效应（积累非平衡载流子的作用）的杂质能级称为陷阱。

陷阱中心：

相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。

10、平衡态：

指的是系统内部一定的相互作用所引起的微观过程之间的平衡。

非平衡态：

对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态。

11、费米能级：

电子占据几率为1/2的量子态所对应的能级。

准费米能级：

导带费米能级和价带费米能级都是局部的费米能级，成为准费米能级。

12、绝缘体能带结构：

价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。

半导体能带结构：

价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。

13、扩散系数：

描述非平衡载流子的扩散能力。

扩散长度：

非平衡载流子深入样品的平均距离。

14、散射几率:

表示单位时间内一个载流子受到辐射的次数，其数值与散射机构有关。

其倒数为平均自由时间。

18、迁移率：

单位场强下电子的平均漂移速度。

15、复合中心：

促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。

表面复合：

在半导体表面发生的复合过程。

16、简并：

服从费米统计律的电子系统称为简并系统。

17、非简并：

服从玻耳兹曼统计律的电子系统称为非简并系统

18雪崩击穿：

由于倍增效应，使势垒区单位时间内产生大量载流子，迅速增大了反向电流，从而发生pn结击穿的现象。

隧道击穿（齐纳击穿）:

在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从夹带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。

热点击穿：

由于热不稳定性引起的击穿称为热点击穿。

19、表面态：

当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中断，从而导致禁带中出现电子态（能级），该电子态称为表面态

20、表面场效应：

外加电场作用下半导体表面层发生的现象。

21、造成空间电荷表面势的原因：

多数载流子堆积状态、多数载流子耗尽状态、少数载流子22、允带：

分离的每一个能带都称为允带。

禁带：

能带结构中能态密度为零的能量区间。

价带：

半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。

导带：

导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。

23、本征半导体：

本征半导体是一块没有杂质和缺陷的半导体。

24、多数载流子（多子）：

n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴称为多数载流子（简称多子）

少数载流子（少子）：

n型半导体中的空穴和p型半导体中的电子称为多数载流子（简称少子）

25、迁移率：

单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力。

电导率：

在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也可以称为导电率。

26、漂移运动：

外加电压时，导体内部的自由电子受电场力的作用，沿着电场反方向作定向运动，这种电子在电场力作用下的运动。

27、欧姆接触：

金属和半导体接触形成整流接触。

而金属和半导体接触还可形成非整流接触：

即欧姆接触。

1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？

答：

（1）理想半导体：

假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。

2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。

3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。

2.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。

As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。

这个过程叫做施主杂质的电离过程。

能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。

3.以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。

Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。

这个过程叫做受主杂质的电离过程，能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。

4.以Si在GaAs中的行为为例，说明IV族杂质在

-V族化合物中可能出现的双性行为。

Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用；Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。

导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。

硅先取代Ga原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取代As原子起受主作用。

5.举例说明杂质补偿作用。

当半导体中同时存在施主和受主杂质时，

若

（1）ND>>NA

因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为n=ND-NA。

即则有效受主浓度为NAeff≈ND-NA

（2）NA>>ND

施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度p=NA-ND.即有效

受主浓度为NAeff≈NA-ND

（3）NA≈ND时，

不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂质的高度补偿

6.说明类氢模型的优点和不足。

优点：

基本上能够解释浅能级杂质电离能的小的差异，计算简单

缺点：

只有电子轨道半径较大时，该模型才较适用，如Ge.相反，对电子轨道半径较小的，如Si，简单的库仑势场不能计入引入杂质中心带来的全部影响。

1.1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec（k）和价带极大值附近能量EV（k）分别为：

（K）=

（1）禁带宽度;

（2）导带底电子有效质量;（3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化

解：

3.7.

在室温下，锗的有效态密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，试求锗的载流子有效质量m*nm*p。

计算77K时的NC和NV。

已知300K时，Eg=0.67eV。

77k时Eg=0.76eV。

求这两个温度时锗的本征载流子浓度。

77K时，锗的电子浓度为1017cm-3，假定受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ED为多少？

3.14.计算含有施主杂质浓度为ND=91015cm-3，及受主杂质浓度为1.11016cm3，的硅在300K时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。

3.15.掺有浓度为每立方米为1022硼原子的硅材料，分别计算

300K；

600K时费米能级的位置及多子和少子浓度（本征载流子浓度数值查图3-7）。

3.18.掺磷的n型硅，已知磷的电离能为０.０４４eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和浓度。

4.2.试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/（V.S）和500cm2/（V.S）。

当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。

比本征Si的电导率增大了多少倍？

解：

300K时，

，查表3-2或图3-7可知，室温下Si的本征载流子浓度约为

。

：

本征情况下，

金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为

个，查看附录B知Si的晶格常数为0.543102nm，则其原子密度为

。

掺入百万分之一的As,杂质的浓度为

，杂质全部电离后，

，这种情况下，查图4-14（a）可知其多子的迁移率为800cm2/（V.S）

比本征情况下增大了

倍

4.4.0.1kg的Ge单晶，掺有3.210-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率n=0.38m2/（V.S）,Ge的单晶密度为5.32g/cm3,Sb原子量为121.8。

解：

该Ge单晶的体积为：

;

Sb掺杂的浓度为：

查图3-7可知，室温下Ge的本征载流子浓度

，属于过渡区

4.6.设电子迁移率0.1m2/（VS）,Si的电导有效质量mc=0.26m0,加以强度为104V/m的电场，试求平均自由时间和平均自由程。

解：

由

知平均自由时间为

由于电子做热运动，则其平均漂移速度为

平均自由程为

4.13.掺有1.11016硼原子cm-3和91015磷原子cm-3的Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。

解：

室温下，Si的本征载流子浓度

有效杂质浓度为：

，属强电离区

多数载流子浓度

少数载流子浓度

总的杂质浓度

，查图4-14（a）知，

电阻率为

5.3.有一块n型硅样品，寿命是1us，无光照时电阻率是10cm。

今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸收，电子-空穴对的产生率是1022cm-3s-1,试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？

5.5.n型硅中，掺杂浓度ND=1016cm-3,光注入的非平衡载流子浓度n=p=1014cm-3。

计算无光照和有光照的电导率。

5.7.掺施主浓度ND=1015cm-3的n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子n=p=1014cm-3。

试计算这种情况下的准费米能

5.12.在掺杂浓度ND=1016cm-3，少数载流子寿命为10us的n型硅中，如果由于外界作用，少数载流子全部被清除，那么在这种情况下，电子-空穴对的产生率是多大？

（Et=Ei）。

5.13.室温下，p型半导体中的电子寿命为=350us，电子的迁移率un=3600cm-2/（Vs）。

试求电子的扩散长度。

5.14.设空穴浓度是线性分布，在3us内浓度差为1015cm-3,up=400cm2/（Vs）。

试计算空穴扩散电流密度。