1、前章要點(diǎn)第1章 半導(dǎo)體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共23頁(yè)。半導(dǎo)體是一些由電負(fù)性（或平均電負(fù)性）不大不小的元素構(gòu)成的物質(zhì)。共價(jià)鍵是其原子的主要結(jié)合力，但化合物半導(dǎo)體包含有程度不等的離子鍵成分。結(jié)晶半導(dǎo)體基本上都是正四面體晶格結(jié)構(gòu)，分別屬于立方晶系和六方晶系，只有少數(shù)例外?；衔锇雽?dǎo)體中雙原子層的不同堆垛順序?qū)е麻W鋅礦和纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)的不同，并導(dǎo)致SiC的200余種同質(zhì)異晶型。 元素的電負(fù)性決定其原子凝聚為固體的結(jié)合力，結(jié)合力決定晶體結(jié)構(gòu)中的近程序，近程序周期重復(fù)的方式?jīng)Q定晶體的類型。第2頁(yè)，共23頁(yè)。周期勢(shì)場(chǎng)中電子的E(k)關(guān)系和能帶簡(jiǎn)略布里淵區(qū)第3頁(yè)，共23頁(yè)。滿帶電子不導(dǎo)電、未滿帶電子導(dǎo)電

2、空穴概念第4頁(yè)，共23頁(yè)。導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶 內(nèi)層電子金 屬內(nèi)層電子半導(dǎo)體內(nèi)層電子絕緣體第5頁(yè)，共23頁(yè)。鑒于導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴皆分布于Ek曲線的極值處, 根據(jù)泰勒展開分別用導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)那识x電子和空穴的有效質(zhì)量則導(dǎo)帶底附近電子和價(jià)帶頂附近空穴的能量可分別表示為載流子有效質(zhì)量概念 第6頁(yè)，共23頁(yè)。硅、鍺、砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)第7頁(yè)，共23頁(yè)。四面體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律1）價(jià)帶頂在布里淵區(qū)中心或略偏，輕重空穴帶二度簡(jiǎn)并，等能面為癟球形，按球面對(duì)稱近似處理2）隨著平均原子序數(shù)的增加，電子有效質(zhì)量減小，禁帶變窄，在平均原子序數(shù)相等時(shí)，離子性越強(qiáng)禁帶越寬3）離子性較強(qiáng)的半導(dǎo)體多為直

3、接禁帶第8頁(yè)，共23頁(yè)。第9頁(yè)，共23頁(yè)。能帶工程利用固溶體技術(shù)剪裁半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 固溶體的晶格常數(shù)服從Vegard關(guān)系：禁帶寬度是組分比的連續(xù)函數(shù)x為B組分的摩爾百分比利用固溶體技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬禁帶材料從間接躍遷到直接躍遷的轉(zhuǎn)變利用固溶體技術(shù)實(shí)現(xiàn)半金屬向半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變，獲得窄禁帶半導(dǎo)體利用贗晶生長(zhǎng)技術(shù)改變固溶體薄膜的禁帶寬度第10頁(yè)，共23頁(yè)。1.6.3 能帶結(jié)構(gòu)的量子尺寸效應(yīng) 一、超晶格概念超晶格是禁帶寬度不同的兩種材料交替疊合而成的周期性結(jié)構(gòu)，其重復(fù)周期 d 只有晶格常數(shù)的幾倍到幾十倍 。 第1類：材料A的禁帶完全處在材料B的禁帶之中，勢(shì)阱同層第2類：兩種載流子的勢(shì)阱不同層；交錯(cuò)型和錯(cuò)位型。第3

4、類：半金屬半導(dǎo)體超晶格d第11頁(yè)，共23頁(yè)。利用超晶格技術(shù)剪裁半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 第12頁(yè)，共23頁(yè)。四、缺陷的施、受主作用三、施主與受主之間的補(bǔ)償 二、雙性雜質(zhì)與深能級(jí)、淺能級(jí)概念 一、施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì) 五、等電子陷阱六、空位的補(bǔ)償作用、單極性半導(dǎo)體半導(dǎo)體雜質(zhì)工程 第13頁(yè)，共23頁(yè)。 2.1 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和半導(dǎo)體的電導(dǎo)率一、 歐姆定律的微分形式二、恒定電場(chǎng)下載流子漂移運(yùn)動(dòng)的宏觀描述 電場(chǎng)中載流子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流，電流密度1、漂移速度 第2章 半導(dǎo)體中的載流子及其輸運(yùn)性質(zhì) 第14頁(yè)，共23頁(yè)。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)恒定時(shí)，載流子應(yīng)具有恒定不變的、大小與電場(chǎng)成正比的平均漂移速度，即 比例常數(shù)稱為載

5、流子的遷移率，表示單位場(chǎng)強(qiáng)下載流子的平均漂移速度，單位是m2/V.s 或 cm2/V.s。 對(duì)照歐姆定律的微分形式，知電導(dǎo)率2、遷移率和電導(dǎo)率第15頁(yè)，共23頁(yè)。3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率對(duì)本征半導(dǎo)體，npni，電導(dǎo)率為 因?yàn)槭莾煞N載流子參與導(dǎo)電，所以對(duì)弱電場(chǎng)對(duì)于np 的 n型半導(dǎo)體，電導(dǎo)率 對(duì)于pn 的p型半導(dǎo)體，電導(dǎo)率第16頁(yè)，共23頁(yè)。2.2 熱平衡狀態(tài)下的載流子統(tǒng)計(jì)2.2.1 熱平衡狀態(tài)下的電子和空穴 何謂熱平衡狀態(tài)？一、熱平衡狀態(tài)下的載流子密度如何統(tǒng)計(jì)熱平衡態(tài)的載流子密度？第17頁(yè)，共23頁(yè)。二、態(tài)密度的定義及其求解思路求解思路：首先算出單位體積 k 空間中的量子態(tài)數(shù)，即k 空間的量子態(tài)密度

6、；然后算出 k 空間中某能量范圍所對(duì)應(yīng)的 k 空間體積，二者相乘即得相應(yīng)的狀態(tài)數(shù) Z, 對(duì)Z求能量E的導(dǎo)數(shù)即得g(E)。 定義：能帶中能量E 附近每單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。 第18頁(yè)，共23頁(yè)。三、k空間的量子態(tài)密度 對(duì)晶格常數(shù)為a，原胞數(shù)為N的一維晶體，k的允許值為簡(jiǎn)略布里淵區(qū)中N個(gè)等間距的點(diǎn)，其間隔距離為2/L。因?yàn)長(zhǎng)=Na，即一維晶體的長(zhǎng)度，所以一維晶體k空間的量子態(tài)密度就是晶體長(zhǎng)度L的1/2。 由此類推，體積V=L3的晶體的三維k空間量子態(tài)密度就是V/(2)3。計(jì)入電子自旋，k空間一個(gè)點(diǎn)實(shí)際上代表自旋相反的兩個(gè)量子態(tài)，即電子在k空間的允許量子態(tài)密度是V/(43)。 第19頁(yè)，共23頁(yè)。四、狀態(tài)密度 1、導(dǎo)帶底的狀態(tài)密度（單位能量間隔中的狀態(tài)數(shù)）在k空間中，以EC為球心、k為半徑作一球面，它就是能量為E(k)的等能面，它所包容的球體體積為1) 各向同性情形能量小于EEC的狀態(tài)數(shù)（球體內(nèi)狀態(tài)數(shù)）就是 各向同性導(dǎo)帶底的態(tài)密度（單位體積材料的態(tài)密度）第20頁(yè)，共23頁(yè)。2) 各向異性的情況習(xí)題1，證明每個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面中的量子態(tài)數(shù)若等價(jià)能谷數(shù)為S ，則態(tài)密度為令得各向異性導(dǎo)