半导体物理学基础知识 - 图文

1半导体中的电子状态

1.2半导体中电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动有效质量

1半导体中E与K的关系 2半导体中电子的平均速度 3半导体中电子的加速度 1.4半导体的导电机构空穴

1硅和锗的导带结构

对于硅，由公式讨论后可得：

I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰

II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰 III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰 IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰 2硅和锗的价带结构

重空穴比轻空穴有较强的各向异性。

2半导体中杂质和缺陷能级

缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等) 1.替位式杂质间隙式杂质 2.施主杂质：能级为E(D),被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C)低ΔE(D),施主能级位于离导带底近的禁带中。

3.受主杂质：能级为E(A),被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V)高ΔE(A),受主能级位于离价带顶近的禁带中。 4.杂质的补偿作用 5.深能级杂质：

⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。

⑵这些深能级杂质能产生多次电离。

6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现。 肖特基缺陷：只在晶体内部形成空位而无间隙原子。 空位表现出受主作用，间隙原子表现出施主作用。

3半导体中载流子的分布统计

电子从价带跃迁到导带，称为本征激发。 一、状态密度

状态密度g(E)是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。 首先要知道量子态，每个量子态智能容纳一个电子。 导带底附近单位能量间隔内的量子态数目，随电子的能量按抛物线关系增大，即电子能量越高，状态密度越大。

二、费米能级和载流子的统计分布

在T=0K时，费米能级E(f)可看作是量子态是否被电子占据的一个界限。 附图：

随着温度的升高，电子占据能量小于费米能级的量子态的概率下降，占据高于费米能级的量子态的概率上升。

2波尔兹曼分布函数

在E-E(f)>>K(0)T时，服从波尔兹曼分布（是费米能级的一种简化形式）。 附：导带中电子浓度公式空穴浓度公式

载流子浓度乘积，对于一定的半导体材料，只与温度有关。 三、本征半导体的载流子浓度

附：本征载流子浓度公式

一定的半导体材料，本征载流子浓度随温度升高；在同一温度，禁带宽度E(g)越大，本征载流子浓度就越小。 四、杂质半导体的载流子浓度

附：电离得施主浓度，受主浓度

可以看出，对于施主杂质，当费米能级远在施主能级下时，可以认为几乎都电离，反之可以认为几乎没有电离，当重合时，施主杂质有1/3电离，2/3没有电离。同理，费米能级在受主杂质能级之上时，完全电离，反之； N型半导体的载流子浓度

附：电中性条件 各个温度的情况：

①低温弱电离区：大部分施主杂质能级被电子占据，只有少量的被激发，称为弱电离。此时导带中的电子完全有电离施主杂质提供。

附低温弱电路区的费米能级表达式

低温弱电离区E(f)与T的关系

②中间电离区

有1/3电离。 ③强电离区

温度升高至大部分杂质都电离，当施主杂质全部电离时，电子浓度等于施主杂质浓度，载流子浓度与温度无关。载流子浓度保持等于这一浓度的温度范围称为饱和区。

④过渡区

半导体处于饱和区与完全本征激发之间。 ⑤高温本征激发区

此时费米能级接近禁带中线，载流子浓度随温度升高而迅速升高。 附：电子浓度与温度曲线

六、简并半导体 附：简并的条件

简并是杂质没有充分电离。

4半导体导电性

一、载流子的漂移运动迁移率

迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度。 半导体的导电作用是电子和空穴到点作用之和。 附半导体导电率公式

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