半导体物理第三章课题.ppt

● 饱和电离区的确定 ● 简并半导体 载流子浓度 简并条件： 或 简并时的杂质浓度和杂质能级 重掺杂 杂质能带 第三章习题 10. 已知：T=300K， ni=2.4×1013/cm3， △ED=0.0127ev，Nc=1.05×1019/cm3， D－=10% 解： 12. 已知：△ED=0.04ev，D－=10% ， 解： （1/cm3） 令： 13. 已知： ND=1015/cm3，△ED=0.044ev 解：77K时，材料处于低温弱电离区 其中：NA=0 no=7.5×1014/cm3 或： =1.57×1015/cm3 T=300K时，ni=1.5×1010/cm3＜＜ND 材料处于饱和电离区 500k时， 材料处于过渡区 =1.13×1015/cm3 800k时，ni=9×1016(1017)/cm3＞＞ND 材料处于本征 区 no=po=ni 14.已知： 解： NA＞ND，材料为P型 材料处于饱和电离区 或： 15.已知：NA=1022/m3=1016/cm3 T=300K和600K 解： T=300K时，ni=1.5×1010/cm3＜＜NA 材料处于饱和电离区 po=NA=1016/cm3 或： 600K时，ni=8×1015/cm3 材料处于过渡区 21. 试计算掺磷的硅，锗在室温下开始发 　　生弱简并时的杂质浓度为多少？ 解： 由　no=nD+ Ｎ型半导体 又∵ 弱简并时，EF＋２ｋＴ=EC ?＝２ 当ND＜＜ni时: 靠近本征区一边 4. 本征激发区 （高温） n0 ?? ND, p0 ?? NA n型Si中电子浓度n与温度T的关系： 杂质离化区 过渡区 本征激发区 ni 饱和区 ND 0 ni T n n 型硅中电子浓度与温度关系 n 200 400 600 P型半导体的载流子浓度和费米能级 1. 低温弱电离区 4. 本征激发区 T↑，EF↑ 3. 过渡区 po=NA，no=ni2/NA 2. 饱和电离区 计算掺杂半导体的载流子浓度时，需首先考虑属于何种温区。 一般：T：300K左右，且掺杂浓度＞＞ni 属于饱和电离区 注意： N型：no=ND—NA 或 no=ND P型：po=NA—ND 或 po=NA 三、工作温区（强电离区）的确定 1.??已知工作温度(Tmin—Tmax)确定掺杂范围(ND)min—(ND)max ?由Tmax确定(ND)min ● 根据Tmax，由lnni ~1/T曲线查出 Tmax对应的ni； ● 根据ni的公式计算出Tmax所对应的ni； 要达到全电离，要求ED＞＞EF 由Tmin确定(ND)max 在强电离区： 一般：D－= 0.1，达到全电离。 室温时：NC=2.8×1019/cm3，△ED=0.044ev (ND)max=3×1017/cm3 (ND)min=10ni(500K) 查表得：T=500K时，ni=5×1014/cm3 (ND)min=5×1015/cm3 例：计算工作温度在室温到 500K 的掺 P 的 Si 半导体的施主浓度范围。 工作温区=强电离区 Tmin=300K，Tmax=500K 2. 已知杂质范围确定工作温区 (ND)min→Tmax (ND)max→Tmin §3.7 简并半导体 一、简并半导体的载流子浓度 1. EF 位于导带中 其中： 费米积分 （J为整数和半整数） ξ -4 -3 -2 -1 -1/2 0 1/2 F1/2(ξ) 0.016 0.043 0.115 0.29 0.45 0.689 0.99 1 2 3 4 1.396 2.502 3.977 5.771 2. EF 位于价带中 二、简并化条件 非简并： 简并： 0·1 -4 -2 0 2 4 6 8 0.2 0·5 2 5 10 20 费米 经典 no 1 EC－ EF ? 2kT，非简并 0 ＜ EC －EF ≤ 2kT，弱简并 EF－EC≥ 0 或 EC －EF ≤ 0，简并 n 型半导体的简并条件：EF－EC≥0 P型半导体的简并条件：EV－EF≥0 no=nD+ ∵ 简并时，EF=EC，∴ED