半导体精简复习参考资料

1、施主杂质：能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质。受主杂质：能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。施主电离能：多余的一个价电子脱离施主杂质而成为自由电子所需要的能量。受主电离能：使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量。2、量子态密度：单位K空间中的量子态数目称为量子态密度。状态密度：单位能量间隔内的量子态数目称为状态密度。有效状态密度：所有有可能被电子占据的量子态数。3、深杂质能级：能在半导体中形成深能级的杂质元素。将其引入半导体中，形成一个或多个能级。该能级距离导带底、价带顶较远，且多位于禁带的中央区域。浅杂质能级：能在半导体中形成浅能级的杂质元素。在半导体禁带中靠近导带边缘的杂质。4、空穴：在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。5、有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。有效质量表达式为：6、理想半导体：晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，纯净不含杂质的，晶格结构是完整的。实际半导体：原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动，含有若干杂质，存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。7、直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。间接复合：导带中的电子通过禁带的复合中心能级与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为间接复合。8、复合率：单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。非平衡载流子的复合率（净复合率）：产生率：单位时间单位体积内所产生的电子-空穴对数。非平衡载流子的产生率（净产生率）：9、陷阱：有显著陷阱效应（积累非平衡载流子的作用）的杂质能级称为陷阱。陷阱中心：相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。10、平衡态：指的是系统内部一定的相互作用所引起的微观过程之间的平衡。非平衡态：对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态。11、费米能级：电子占据几率为1/2的量子态所对应的能级。准费米能级：导带费米能级和价带费米能级都是局部的费米能级，成为准费米能级。12、绝缘体能带结构：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。半导体能带结构：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。13、扩散系数：nD描述非平衡载流子的扩散能力。扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离。ppDL14、散射几率:表示单位时间内一个载流子受到辐射的次数，其数值与散射机构有关。其倒数为平均自由时间。18、迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度。15、复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。表面复合：在半导体表面发生的复合过程。16、简并：服从费米统计律的电子系统称为简并系统。17、非简并：服从玻耳兹曼统计律的电子系统称为非简并系统18雪崩击穿：由于倍增效应，使势垒区单位时间内产生大量载流子，迅速增大了反向电流，从而发生pn结击穿的现象。隧道击穿（齐纳击穿）:在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从夹带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。热点击穿：由于热不稳定性引起的击穿称为热点击穿。19、表面态：当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中断，从而导致禁带中出现电子态（能级），该电子态称为表面态20、表面场效应：外加电场作用下半导体表面层发生的现象。21、造成空间电荷表面势的原因：多数载流子堆积状态、多数载流子耗尽状态、少数载流子22、允带：分离的每一个能带都称为允带。禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间。价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。导带：导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。23、本征半导体：本征半导体是一块没有杂质和缺陷的半导体。24、多数载流子（多子）：n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴称为多数载流子（简称多子）少数载流子（少子）：n型半导体中的空穴和p型半导体中的电子称为多数载流子（简称少子）25、迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力。电导率：在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也可以称为导电率。26、漂移运动：外加电压时，导体内部的自由电子受电场力的作用，沿着电场反方向作定向运动，这种电子在电场力作用下的运动。27、欧姆接触：金属和半导体接触形成整流接触。而金属和半导体接触还可形成非整流接触：即欧姆接触。1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。2.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。这个过程叫做施主杂质的电离过程。能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。3.以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。这个过程叫做受主杂质的电离过程，能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。4.以Si在GaAs中的行为为例，说明IV族杂质在III-V族化合物中可能出现的双性行为。Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用；Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。硅先取代Ga原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取代As原子起受主作用。5.举例说明杂质补偿作用。当半导体中同时存在施主和受主杂质时，若（1）NDNA因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为n=ND-NA。即则有效受主浓度为NAeff≈ND-NA（2）NAND施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度p=NA-ND.即有效受主浓度为NAeff≈NA-ND（3）NA≈ND时，不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂质的高度补偿6.说明类氢模型的优点和不足。优点：基本上能够解释浅能级杂质电离能的小的差异，计算简单缺点：只有电子轨道半径较大时，该模型才较适用，如Ge.相反，对电子轨道半径较小的，如Si，简单的库仑势场不能计入引入杂质中心带来的全部影响。1.1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量EV(k)分别为：EC（K）=0220122V0212022mk3h6mkh(k)E,m)k(kh3mkh0m求。试为电子惯性质量，0.314nma,aπk1（1）禁带宽度;（2）导带底电子有效质量;（3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解：0.64eV12mk(0)E)k43(EEE0k0,m6dkEd0k0mk6dkdEEck43k03m8m23m2dkEdk43k0m)k(k23mk20212V1CgV022V202V0202022c2101202因此：取极极大处，所以又因为得价带带取极极小处，所以：在又因：得：由导带：1）（N/s107.950k43k)(k)(Δpkp(4)6mdkEd(3)m2510kk43k00k2V22*nV11所以：准动动量的定义0k43k2C22*nCm83dkEd(2)m13.7.①在室温下，锗的有效态密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，试求锗的载流子有效质量m*nm*p。计算77K时的NC和NV。已知300K时，Eg=0.67eV。77k时Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77K时，锗的电子浓度为1017cm-3，假定受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ED为多少？kg103.40.37m2NTk2πmkg105.10.56m2NTk2πm)2πTmk2(N)2πTmk2(N7.1310322v02p31032c02n232p0v232n0c得）根据3173183V'V3183193C'C3'VC/cm105.0830077103.930077NN/cm101.3730077101.0530077NNTT300K77KNN77K2）（）（）（）（)()(、时的）NNCC317181717CoD0DNnTkΔEDTkEEEEDTkEEDD037772k0.76211718i3133002k0.67211819i2koTEg21vci/cm101.17)101.37100.0670.012e(110)NnkoTΔE2e(1nN2e1N2e1N2exp1Nnn/cm101.98e)105.0810(1.3777K时7K/cm101.7e)103.910(1.05室温：ne)N(N(3)nCo0D0FCcD0FD003.14.计算含有施主杂质浓度为ND=91015cm-3，及受主杂质浓度为1.11016cm3，的硅在300K时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。0.336eV101.51020.026lnnpTlnkEE0.224eV101.11020.026lnNpTlnkEEcm101.125pnncm102NNp,cm101.5nSi300KT1015i00iF1915v00VF3502i0315DA0310i或：饱和区流子浓子浓度，处于强掺杂浓度远大于本征载的本征载本征载流时，解：3.15.掺有浓度为每立方米为1022硼原子的硅材料，分别计算①300K；②600K时费米能级的位置及多子和少子浓度（本征载流子浓度数值查图3-7）。0.025eV101101.620.052lnnpTlnkEE/cm106.17n/cm101.62pnpnNnp/cm101n600K(2)T0.184eVNpTlnkEE0.359eV10100.026lnnpTlnkEE/cm102.25pnn/cm10pa,/cm101.5n300K(1)T1616i00iF315031602i00A00316iv00VE1016i00iE3402i03160310i处于过渡区：时，或杂质全部电离时，3.18.掺磷的n型硅，已知磷的电离能为０.０４４eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和浓度。4.2.试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别