(完整word版)半导体物理知识点梳理.pdf

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1、半导体物理考点归纳半导体物理考点归纳一1.1.金刚石金刚石1)结构特点：a.由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移 1/4 的长度形成b.属面心晶系，具立方对称性，共价键结合四面体。c.配位数为 4，较低，较稳定。(配位数：最近邻原子数)d.一个晶体学晶胞内有 4+8*1/8+6*1/2=8 个原子。2)代表性半导体：IV 族的 C，Si，Ge 等元素半导体大多属于这种结构。2.2.闪锌矿闪锌矿1)结构特点：a.共价性占优势，立方对称性；b.晶胞结构类似于金刚石结构，但为双原子复式晶格；c.属共价键晶体，但有不同的离子性。2)代表性半导体：GaAs

2、等三五族元素化合物均属于此种结构。3.3.电子共有化运动：电子共有化运动：原子结合为晶体时，轨道交叠。外层轨道交叠程度较大，电子可从一个原子运动到另一原子中，因而电子可在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。4.4.布洛赫波：布洛赫波：i2kx晶体中电子运动的基本方程为：k(x)uk(x)e，K 为波矢，uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数，uk(x)uk(x na)5.5.布里渊区：布里渊区：禁带出现在 k=n/2a 处，即在布里渊区边界上；允带出现在以下几个区：第一布里渊区:1/2ak1/2a(简约布里渊区）第二布里渊区：-1/ak-1/2a,1/2ak1/aE(k)也是 k 的周期函

3、数，周期为 1/a,即 E(k)=E(k+n/a),能带愈宽，共有化运动就更强烈。6.施主杂质施主杂质：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，称它们 为施主杂质或 n 型杂质7.7.施主能级：施主能级：将施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级，记为 ED。施主能级离导带很近。8.8.受主杂质：受主杂质：III 族杂质在硅，锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心，称它们为受主杂质或 P 型杂质。9.9.受主能级：受主能级：把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级，记为 EA。受主能级离价带很近。10.简并半导体简并半导体&非简并半导体：非简并半导体

4、：若费米能级进入了导带，说明费米能级进入了导带，说明n n 型杂质掺杂浓度很高型杂质掺杂浓度很高(即即 NDND 很大很大)；也说明了导带底附近的量子态基本上被电子所占据了。若费米能级进入了价带，说明 P 型杂质掺杂浓度很高(即NA 很大)；也说明了价带顶附近的量子态基本上被空穴所占据了。此时要考虑泡利不相容原理，而玻尔兹曼分布不适用，必须用费米分布函数。这此情况称为载流子的简并化。(完整word版)半导体物理知识点梳理-第1页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第1页发生载流子简并化的半导体称为简并半导体.简并化的标准E E 0简并cF0 Ec-EF 2k0T弱简并EC-EF 2k0T非

5、简并,低掺杂EC-EF-2k0TEF可能进入导带底二、1单位：西门子/米1.电导率电导率N 型半导体的电导率 nqunP 型半导体的电导率pqup2.电离杂质散射电离杂质散射：电离的施主或受主带电，形成库仑势场，它局部地破坏了杂质附近的周期性势场。这一势场就是使载流子散射的附加势场。载流子运动到电离杂质附近时，由于此势场的作用，使载流子的运动方向发生改变。3.3.晶格散射：晶格散射：在一定温度下，晶格中的原子都各自在其平衡位置附近作微振动。晶格中原子的振动都是由若干不同的基本波动按照波的叠加原理组合而成。这些基本波动称为格波。人们把格波的能量单元 hva 称为声子。低温下，声学声子与载流子交换

6、能量，只吸收和释放声子.高温下，光学声子与载流子交换能量，由于载流子能量小于光学声子，所以高温下载流子吸收能量 hv 光。n n4.4.电中性条件电中性条件:（N N 型半导体）型半导体）：0D p0低温弱电离区、中间电离区：n0=nD+强电离区：n0=ND高温过渡区：n N Pn p 2高温区：n0=p0n0D000i5.直接复合直接复合：由电子在导带与价带间直接跃迁而引起的非平衡载流子的复合过程6.间接复合：间接复合：电子与空穴通过禁带的复合能级进行复合。7.7.爱因斯坦方程：爱因斯坦方程：Dpk0TqpDnk0Tq8.8.扩散长度：扩散长度：nxxLpLpL DLp 标志非平衡载流子深入

7、样品的平均距离pppp(x)Ae Bex-dppL(E)9.牵引长度牵引长度：pE p p0epdxLp(E)pEpLp称牵引长度，表示在外 电场下，寿命内漂移距离10.P-N10.P-N 一维连续方程式：一维连续方程式：(完整word版)半导体物理知识点梳理-第2页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第2页三、1.1.空间电荷区定义：空间电荷区定义：空穴将从 P 区扩散到 N 区，同样，电子将从N 型扩散到 P 区。则 P 区将剩下带负电的受主离子，N 区将剩下带正电的施主离子。在PN 结附近的这些电离施主与电离受主所带电荷称为空间电荷。所存在的区域为空间电荷区。2.接触电势差定义：平衡

8、 pn 结的空间电荷区两端间的电势差公式qVnPndp突变结:k0TPpk0TNANDV lnlndVD2VPqPqnippnk0Tpk0TP0Tlnxpp缓变节：2kV VDVn-VplnDq2niqPn:xj处斜率3.3.单边突变结：单边突变结：如果一边的掺杂浓度远大于另一边，则 P-N 结势垒区主要是在轻掺杂一边，这种突变结叫 4.肖克来方程式：00qD nqD pnppnjsLnLp5.理想理想 PNPN 结结：小注入条件：注入的少数载流子浓度比平衡多子浓度小得多突变耗尽层近似：外加电压在耗尽层上；耗尽层中的电荷由电离施主和电离受主电荷组成；耗尽层外导体电中性；注入的少子在P 区，N

9、区作纯扩散运动忽略势垒区内的产生及复合玻尔兹曼边界条件在耗尽层两端，遵守玻尔兹曼边界条件6.IV-s实际 PN 结 IV 曲线偏离分析：qVqVqVjdiff ek0T jr e2k0T j emk0T 正向偏置时，有小注入下：m=2,jr 占主导（势垒区复合电流）中注入下：m=1，jFD 占主导（扩散电流）注入较大：m=12大注入：同2jp 占主导7.PN7.PN 结雪崩击穿：结雪崩击穿：由于倍增效应，使载流子数量增加，加大了反向电流，从而发生PN 结击穿，称雪崩击穿。8.PN8.PN 结隧道击穿：结隧道击穿：在强电场下，由于隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象。

10、9.9.势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容势垒电容：pn 结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的“存入”和“取出”作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这种 pn 结的电容效应称为 扩散电容：由于扩散区的电荷数量随外加电压的变化，所产生的电容效应，称为(完整word版)半导体物理知识点梳理-第3页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第3页四、1.MIS 结构积累层积累层：当金属与半导体间加负电压（金属接负时），表面势为负值，表面处能带向上弯曲。在热平衡情况下，半导体内费米能级应保持定值，故随着向表面接近，价带顶将逐渐移近甚至高过费米能级，同时价带中空穴浓度也将随之增加。这样

11、表面层内就出现空穴的堆积而带正电荷。特点：VG0,Vs0当外加电压增大到使表面电子浓度可以和体内的空穴浓度相比拟时，表面处的电子对电导的贡献就很大，称此时的状态为强反型。同时电子浓度较小的状态称弱反型(完整word版)半导体物理知识点梳理-第4页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第4页五、1.1.欧姆接触欧姆接触定义：利用半导体与金属产生电子反阻挡层及空穴反阻挡层的接触而形成的，不产生明显的附加阻抗，不会使半导体内部载流子浓度发生改变条件：2.2.整流接触整流接触定义：金属半导体接触的阻挡层具有pn 结的伏安特性，即有整流作用。条件：3.3.电子（空穴）阻挡层、反阻挡层电子（空穴）阻挡层

12、、反阻挡层N 型半导体WMWS：则 EFMup=b1,则 RH0。高阻型半导体（即 n,p 差别不太大）N 半导体：b2nP,b1,RH0P 半导体低温时，Pn,Pnb2,RH0温度升高，p=nb2 时，RH0温度升高pnb2，RH0。(完整word版)半导体物理知识点梳理-第5页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第5页七、1.1.本征吸收限本征吸收限hv 是引起本征吸收的最低限度的光子能量。当低于 V 或大于波长时，就不能产生本征吸收，这种吸收系数显著下降的特定波长V（或特定的角频率）。2.2.光生伏特效应光生伏特效应用适当波长的光照非均匀半导体（p-n 结）时，由于内建场的作用，结两

13、边的光生载流子受该电场的作用，各自向相反方向运动：P 区电子穿过 PN 结进入 N 区，N 区空穴穿过PN 结进入 P 区，使 P 端电势升高，N 端电势降低，于是 PN 结两端产生光生电动势光生电动势，即为 3.自发辐射不受外界因素作用，原子自发地从激发态回到基态引起的光子发射过程；频率相同，频率相同，相相位相同，传播方向，偏振态是任意的位相同，传播方向，偏振态是任意的。4.4.受激辐射受激辐射在光辐射作用下，受激原子从激发态向基态跃迁的辐射。受激发射的光波与激励光波光辐射作用下，受激原子从激发态向基态跃迁的辐射。受激发射的光波与激励光波频率相同，传播方向相同，相位，偏振态相同频率相同，传播方向相同，相位，偏振态相同。5.辐射复合：放出光子6.非辐射复合：放出声子(完整word版)半导体物理知识点梳理-第6页(完整word版)半导体物理知识点梳理-第6页