半導(dǎo)體物理考點(diǎn)歸納一·金剛石構(gòu)造特點(diǎn)：由同類原子組成的復(fù)式晶格復(fù)式晶格是由兩個(gè)面心立方的子晶格彼此沿其空間對角線1/4的長度形成屬面心晶系，具立方對稱性，共價(jià)鍵結(jié)合四周體。配位數(shù)為4，較低，較穩(wěn)定。(配位數(shù)：最近鄰原子數(shù))一個(gè)晶體學(xué)晶胞內(nèi)4+8*1/8+6*1/2=8個(gè)原子。代表性半導(dǎo)體：IV族的C，Si，Ge等元素半導(dǎo)體大多屬于這種構(gòu)造。閃鋅礦構(gòu)造特點(diǎn)：共價(jià)性占優(yōu)勢，立方對稱性；晶胞構(gòu)造類似于金剛石構(gòu)造，但為雙原子復(fù)式晶格；屬共價(jià)鍵晶體，但有不同的離子性。代表性半導(dǎo)體：GaAs等三五族元素化合物均屬于此種構(gòu)造。電子共有化運(yùn)動(dòng)：原子中，因而電子可在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。kk(x)u(x)ei2kxk晶體中電子運(yùn)動(dòng)的根本方程為： ，K為波矢，uk(x)為一個(gè)與晶格同周期的周期性函數(shù)， u布里淵區(qū)：

uk

(xna)禁帶消滅在k=n/2a處，即在布里淵區(qū)邊界上；允帶消滅在以下幾個(gè)區(qū)：第一布里淵區(qū):－1/2a<k<1/2a(簡約布里淵區(qū)〕其次布里淵區(qū)：-1/a<k<-1/2a,1/2a<k<1/aE(k)也是k1/a,E(k)=E(k+n/a),6.施主雜質(zhì)：V施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)施主能級：將施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級ED。施主能級離導(dǎo)帶很近。受主雜質(zhì)：III族雜質(zhì)在硅，鍺中能夠承受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)電中心，稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)或P型雜質(zhì)。受主能級：把被受主雜質(zhì)所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級EA受主能級離價(jià)帶很近。10.簡并半導(dǎo)體&非簡并半導(dǎo)體：假設(shè)費(fèi)米能級進(jìn)入了導(dǎo)帶，說明n型雜質(zhì)摻雜濃度很高(ND很大)；也說明白導(dǎo)帶底附近的量子態(tài)根本上被電子所占據(jù)P型雜質(zhì)摻雜濃度很高(即NA很大)；也說明白價(jià)帶頂四周的量子態(tài)根本上被空穴所占據(jù)考慮泡利不相容原理，而玻爾茲曼分布不適用，必需用費(fèi)米分布函數(shù)。這此狀況稱為載流子的簡并化。發(fā)生載流子簡并化的半導(dǎo)體稱為簡并半導(dǎo)體.EEE 00E-E 2kTcFc F 0E -E 2kTE -E -2kTC F 0C F0簡并弱簡并非簡并低摻雜E可能進(jìn)入導(dǎo)帶底F二、 1

單位：西門子/米電導(dǎo)率 N型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率 nqun電離雜質(zhì)散射：

P型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率

pqup載流子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)變。晶格散射：晶格中的原子都各拘束其平衡位置四周作微振動(dòng)晶格中原子的振動(dòng)都是由假設(shè)干不同的根本波動(dòng)依據(jù)波的疊加原理組合而成。這些根本波動(dòng)稱為格波。n np0D0人們把格波的能量單元hvan np0D0〔N型半導(dǎo)體：npnpn20 0 innN0 DP0

高溫區(qū)：n0=p0直接復(fù)合：由電子在導(dǎo)帶與價(jià)帶間直接躍遷而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程間接復(fù)合：電子與空穴通過禁帶的復(fù)合能級進(jìn)展復(fù)合。愛因斯坦方程： D kT p 0 q pD kTn 集中長度： qxnxp(

xLAe L

BeLp L

Lp標(biāo)志非平衡載流子深入樣品的平均距離Dp ppDp ppp

Edppppedx 0

x-L(E)E-p p pL內(nèi)漂移距離p10.P-N一維連續(xù)方程式：三、空間電荷區(qū)定義：空穴將從P區(qū)集中到N區(qū)，同樣，電子將從N型集中到P區(qū)。則P區(qū)將剩下帶負(fù)電的受主離子，N區(qū)將剩下帶正電的施主離子。在PN結(jié)四周的這些電離施主與電離受主所帶電荷稱為空間電荷。所存在的區(qū)域?yàn)榭臻g電荷區(qū)。接觸電勢差定義：平衡pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差公式qV

Pdp 突變結(jié): kT P

kT NNndVn

V 0 ln p 0 ln A DkTV P p

D q P q n20 p

kT

n i緩變節(jié)： 2k T x＝VV-V0 lnp

V 0 ln pD n p q P

D q 2n單邊突變結(jié)：

n :x

i處斜率jP-N叫·肖克來方程式：PN結(jié)：

qDn0j n ps Ln

qDp0p nLp①小注入條件：注入的少數(shù)載流子濃度比平衡多子濃度小得多荷組成；耗盡層外導(dǎo)體電中性；注入的少子在P區(qū)，N區(qū)作純集中運(yùn)動(dòng)③無視勢壘區(qū)內(nèi)的產(chǎn)生及復(fù)合④玻爾茲曼邊界條件 在耗盡層兩端，遵守玻爾茲曼邊界條件6.IV-sPNIV曲線偏離分析：qV qV qVjdiff

ek0T jr

e2k0T jemk0T正向偏置時(shí)，有小注入下：m=2,jr占主導(dǎo)〔勢壘區(qū)復(fù)合電流〕中注入下：m=1，jFD占主導(dǎo)〔集中電流〕注入較大：m=1~2大注入：同＝2 jp占主導(dǎo)PN結(jié)雪崩擊穿：由于倍增效應(yīng)，使載流子數(shù)量增加，加大了反向電流，從而發(fā)生PN結(jié)擊穿，稱雪崩擊穿。PN結(jié)隧道擊穿：在。勢壘電容 集中電容勢壘電容：pn結(jié)上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區(qū)的“存入”和“取出”作，這種pn結(jié)的電容效應(yīng)稱為·，稱為·四、MIS構(gòu)造積存層：〔金屬接負(fù)時(shí)值，外表處能帶向上彎曲。在熱平衡狀況下，半導(dǎo)體內(nèi)費(fèi)米能級應(yīng)保持定值，故隨著向外表接近，價(jià)帶頂將漸漸移近甚至高過費(fèi)米能級，同時(shí)價(jià)帶中空穴濃度也將隨之增加。這樣外表層內(nèi)就消滅空穴的積存而帶正電荷。特點(diǎn)：VG<0,Vs<0能帶向上彎曲，空穴積存熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體費(fèi)米能級保持定值耗盡層：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加正電壓〔指金屬接正〕時(shí)，外表勢Vs級離價(jià)帶頂越遠(yuǎn)，價(jià)帶中空穴濃度隨之降低?？拷獗泶_實(shí)定區(qū)域內(nèi)，價(jià)帶頂位置比費(fèi)米能級低得多，可見，外表層的負(fù)電荷根本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。V＞〔較小，V＞0空穴被召回，只剩下未被補(bǔ)償?shù)膸в胸?fù)電的受主離子；EFEC且比體內(nèi)濃度低得多；空穴濃度格外小，使Ei與EF的距離比體內(nèi)低得多。電場轉(zhuǎn)變方向反型層：當(dāng)在金屬和半導(dǎo)體間的正電壓進(jìn)一步增大時(shí)，外表大的能帶相對體內(nèi)進(jìn)一步向下彎曲。外表費(fèi)米能級位置可能高于禁帶中心能量E，即費(fèi)米能級離導(dǎo)帶底比離價(jià)帶頂更近一些。外表處的電子濃度將超過空穴濃度，形成了與原來半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的一層，稱反型層半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)的負(fù)電荷由兩局部組成，一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷，另一局部是反型層中的電子，后者主要積存在近外表區(qū)VG＞＞0，Vs>0當(dāng)外加電壓增大到使外表電子濃度可以和體內(nèi)的空穴濃度相比較時(shí)，外表處的電子對電導(dǎo)的奉獻(xiàn)就很大，稱此時(shí)的狀態(tài)為強(qiáng)反型。同時(shí)電子濃度較小的狀態(tài)稱弱反型五、歐姆接觸附加阻抗，不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi)部載流子濃度發(fā)生轉(zhuǎn)變條件：整流接觸定義：金屬半導(dǎo)體接觸的阻擋層具有pn結(jié)的伏安特性，即有整流作用。條件：電子〔空穴〕阻擋層、反阻擋層N型半導(dǎo)體WM＞W(wǎng)S：則EFM<EFS，電子從半導(dǎo)體流向金屬，形成電子阻擋層WM＜WS：EFM＞EFS，電子從金屬流向半導(dǎo)體，形成電子反阻擋層P型半導(dǎo)體WM＞W(wǎng)S：空穴由金屬流向半導(dǎo)體，形成空穴反阻擋層WM＜WS：空穴由半導(dǎo)體流向金屬，形成空穴阻擋層親和能：導(dǎo)帶底與真空能級之間的能量差功函數(shù)：費(fèi)米能級與真空能級之間的能量差六、一種載流子霍爾系數(shù)計(jì)算R

EyH JBx Z導(dǎo)電類型會(huì)推斷及載流子濃度計(jì)算 qE

qVB 0P型：qEy

qvBx

0 n型：J

y x z則E -VB

J- xBJ有 E vBy x z

xBpq z

y x

nq z1 有 R -10所以有

＝H pq

0單位為m3/c

H nq霍爾效應(yīng)定義把通過電流的半導(dǎo)體放在均勻磁場中，設(shè)電場沿x方向，電場強(qiáng)度為Ex;磁場方向和電場垂直，沿Z方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為BZ，則將產(chǎn)生一個(gè)的橫向電場Ey，此電場垂直于電場及磁場的＋y或-y方向。這一現(xiàn)象稱之為霍耳效應(yīng)。磁阻效應(yīng)定義磁場存在時(shí)，不僅影響半導(dǎo)體的電場〔即產(chǎn)生霍耳電場外加電場方向的電流密度有所降低，半導(dǎo)體電阻增大，這個(gè)現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。RH分析圖b=un/up，有本征時(shí)，n=p,un>up=>b>1,RH＜0。高阻型半導(dǎo)體〔即n,p差異不太大〕N半導(dǎo)體：b2n>P,b>1,RH＜0P半導(dǎo)體低溫時(shí)，P＞＞n,P>>nb2,RH>0溫度上升，p=nb2時(shí)，RH＝0溫度上升 p＜nb2，RH＜0。七、本征吸取限hvV或大于波長時(shí)，就不能產(chǎn)生本征吸取，這種吸取系數(shù)顯著下降的特定波長V〔或特定的角頻率。光生伏特效應(yīng)用適當(dāng)波長的光照