半导体器件物理第一章学习PPT讲稿.ppt

半导体器件物理第一章学习第1页，共22页，编辑于2022年，星期五 说明与声明说明与声明欢迎和感谢对欢迎和感谢对半导体器件物理学习指导半导体器件物理学习指导的使用。由于作者水平所限，的使用。由于作者水平所限，编写时间仓促，错误之处在所难免编写时间仓促，错误之处在所难免 ，欢迎和感谢批评指正。，欢迎和感谢批评指正。半导体器件物理学习指导半导体器件物理学习指导仅供师生教学使用，仅供师生教学使用，尚未作为文字出版物出尚未作为文字出版物出版，但是版，但是半导体器件物理学习指导半导体器件物理学习指导作为吉林大学作为吉林大学,吉林省和中华人民共吉林省和中华人民共和国教育部国家精品课和国教育部国家精品课半导体器件物理与实验半导体器件物理与实验课程的网上资源已经上课程的网上资源已经上网。任何未经本人允许而销售或在任何出版物中引用网。任何未经本人允许而销售或在任何出版物中引用半导体器件物理学半导体器件物理学习指导习指导中的任何材料的做法都将被视为是侵犯编者的知识产权的行为。中的任何材料的做法都将被视为是侵犯编者的知识产权的行为。半导体器件物理学习指导半导体器件物理学习指导编者编者 孟庆巨孟庆巨 于吉林大学于吉林大学 2007年年12月月30日日 第2页，共22页，编辑于2022年，星期五第一章第一章 半导体物理基础半导体物理基础第3页，共22页，编辑于2022年，星期五一名词、概念、术语与问题 第4页，共22页，编辑于2022年，星期五1.2载流子的统计分布载流子的统计分布导带电子浓度导带电子浓度其中称为导带有效状态密度第5页，共22页，编辑于2022年，星期五价带空穴密度价带空穴密度其中称为价带有效状态密度第6页，共22页，编辑于2022年，星期五导带电子浓度和价带空穴浓度之积式中 为禁带宽度。与温度有关，可以把它写成经验关系式于是 ，其中 为常数第7页，共22页，编辑于2022年，星期五本征半导体本征半导体 np于是 ，称为质量作用定律。利用 和 ，也可以把电子和空穴浓度写成下面的形式第8页，共22页，编辑于2022年，星期五只有一种杂质的半导体只有一种杂质的半导体N型半导体型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度就等于施主浓度或p升高，费米能级逐渐远离导带底。第9页，共22页，编辑于2022年，星期五P型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度为费米能级 第10页，共22页，编辑于2022年，星期五杂质补偿半导体在 的半导体中，相应的费米能级为 和第11页，共22页，编辑于2022年，星期五在 的半导体 相应的费米能级为第12页，共22页，编辑于2022年，星期五1.5.3流密度和电流密度流密度和电流密度在漂移和扩散同时存在的情况下，空穴和电子的流密度分别为电流密度分别为在一维情况下，空穴和电子的电流分别为式中为电流垂直流过的面积。（1-135）（1-132）（1-133）（1-134）（1-136）（1-137）第13页，共22页，编辑于2022年，星期五1.5.4非均匀半导体中的自建场非均匀半导体中的自建场n半导体中的静电场和势半导体中的静电场和势n非均匀半导体和自建电场非均匀半导体和自建电场第14页，共22页，编辑于2022年，星期五电场 定义为电势 的负梯度电势与电子势能的关系为可以把电场表示为（一维）取 表示静电势与此类似，定义 为费米势。(1-138)（1-140）（1-141）（1-142）第15页，共22页，编辑于2022年，星期五于是式中 称为热电势.在热平衡情况下，费米势为常数，可以把它取为零基准，（1-145）（1-146）（1-143）（1-144）第16页，共22页，编辑于2022年，星期五非均匀的杂质分布会在半导体中形成电场，称为自建电场。在热平衡情况下，由 有和同样，对于型半导体，有（1-145）（1-146）（1-150）（1-151）（1-152）（1-153）第17页，共22页，编辑于2022年，星期五1.6非平衡载流子非平衡载流子在非平衡状态下可以定义 和 两个量以代替 ，使得式中 和 分别称为电子和空穴的准费米能级，和 分别为相应的准费米势：（1-162）（1-163）第18页，共22页，编辑于2022年，星期五修正的欧姆定律（1-166）式和（1-167）式称为修正的欧姆定律，其中分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散的综合效应。从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即 ）是电流为零的条件。处于热平衡的半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的费米能级。（1-166）（1-167）第19页，共22页，编辑于2022年，星期五n通过复合中心的复合:为简单计，假设复合中心对电子和空穴的俘获系数相等。净复合率可写成或表面复合（1-207）（1-208）（1-209）（1-210）第20页，共22页，编辑于2022年，星期五半导体中的基本控制方程半导体中的基本控制方程连续性方程连续性方程利用电流密度表达式，（1-211）式和（1-212）式可以分别写成在一维情况下，（1-211）（1-212）（1-213）（1-214）（1-218）（1-219）第21页，共22页，编辑于2022年，星期五泊松方程泊松方程在饱合电离的情况下设空间电荷所形成的电势分布为 ，则 与 之间满足泊松方程式中 =相对介电常数 =自由空间电容率，其数值为方程（1-213）式、（1-214）式或（1-218）式、（1-219）式与（1-221）式构成半导体中的基本控制方程。当给定边界条件时，这些方程将给出确定的电荷分布、电流分布和电场分布。（1-220）（1-221）第22页，共22页，编辑于2022年，星期五