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半导体物理学复习提纲(重点)
第一章 半导体中的电子状态
§1.1 锗和硅的晶体结构特征
§1.2 半导体中的电子状态和能带
电子共有化运动绝缘体、半导体和导体的能带特征。几种常用半导体的禁带宽度;本征激发的概念
§1.3 半导体中电子的运动 有效质量
导带底和价带顶附近的E(k)~k关系;
半导体中电子的平均速度;
有效质量的公式:。
§1.4本征半导体的导电机构 空穴
空穴的特征:带正电;;;
§1.5 回旋共振
§1.6 硅和锗的能带结构
导带底的位置、个数;
重空穴带、轻空穴第二章 半导体中杂质和缺陷能级
§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
基本概念:施主杂质,受主杂质,杂质的电离能,杂质的补偿作用。
§2.2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级第三章 半导体中载流子的统计分布
热平衡载流子概念
§3.1状态密度
定义式:;
导带底附近的状态密度:;
价带顶附近的状态密度:
§3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布
Fermi分布函数:;
Fermi能级的意义:它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。1)将半导体中大量的电子看成一个热力学系统,费米能级是系统的化学势;2)可看成量子态是否被电子占据的一个界限。3)的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况,通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。费米能级位置较高,说明有较多的能量较高的量子态上有电子。
Boltzmann分布函数:;
导带底、价带顶载流子浓度表达式:
, 导带底有效状态密度
, 价带顶有效状态密度
载流子浓度的乘积的适用范围。
§3.3. 本征半导体的载流子浓度
本征半导体概念;本征载流子浓度:;
载流子浓度的乘积;它的适用范围。
§3.4杂质半导体的载流子浓度
电子占据施主杂质能及的几率是
空穴占据受主能级的几率是
施主能级上的电子浓度为:
受主能级上的空穴浓度为
电离施主浓度为:
电离受主浓度为:
§3.5 一般情况下的载流子统计分布
§3.6. 简并半导体
1、重掺杂及简并半导体概念;
2、简并化条件(n型):,具体地说:1)ND接近或大于NC时简并;2)ΔED小,则杂质浓度ND较小时就发生简并;3)杂质浓度越大,发生简并的温度范围越宽;4)简并时杂质没有充分电离;5)简并半导体的杂质能级展宽为能带,带隙宽度会减小。
3、杂质能带及杂质带导电。
第四章 半导体的导电性
§4.1 载流子的漂移运动 迁移率
欧姆定律的微分形式:;
漂移运动;漂移速度;迁移率,单位 ;
不同类型半导体电导率公式:
§4.2. 载流子的散射.
半导体中载流子在运动过程中会受到散射的根本原因是什么?
主要散射机构有哪些?
电离杂质的散射:
晶格振动的散射:
§4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系
描述散射过程的两个重要参量:平均自由时间,散射几率P。他们之间的关系,;
1、电导率、迁移率与平均自由时间的关系。
2、(硅的)电导迁移率及电导有效质量公式:
、
3、迁移率与杂质浓度和温度的关系
§4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系
各种半导体的电阻率公式:;
不同温区电阻率的变化/不同温区载流子的散射机制。§4.7 多能谷散射 耿氏效应
用多能谷散射理论解释GaAs的负微分电导。
第五章 非平衡载流子
§5.1 非平衡载流子的注入与复合
非平衡态与非平衡载流子或过剩载流子;
小注入;
附加电导率:
§5.2非平衡载流子的寿命
非平衡载流子的寿命;
复合几率:表示单位时间内非平衡载流子的复合几率,;
复合率:单位时间、单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。。
§5.3 准Fermi能级
1、“准Fermi能级”概念
2、非平衡状态下的载流子浓度:
3、“准Fermi能级”的含义
1)从(5-10)可以看出,EFn-EF,EF-EFp越大,n和p值越大,越偏离平衡状态。反之也可以说,n和p越大,EFn和EFp偏离EF越远。
2)EFn和EFp偏离EF的程度不同
如n-type半导体n0p0。小注入条件下:
Δnn0,n=n0+Δn,nn0,n≈n0,EFn比EF更靠近导带底,但偏离EF很小。
Δpp0,p=p0+Δp,pp0,EFp比EF更靠近价带顶,且比EFn更偏离EF。
可以看出:一般情况下,在非平衡状态时,往往总是多数载流子的准Fermi能级和平衡时的Fermi能级偏离不多,而少数载流子的准Fermi能级则偏离很大。
3)
反映了半导体偏离热平衡态的程度。EFn-EFp越大,np越偏离ni2。EFn=EFp时,np=ni2。
§5.4. 复合理论
非平衡载流子复合的分类以及复合过程释放能量的方式
1、直接复合
2、间接复合
定量说明间接复合的四个微观过程:
俘获电子过程:电子俘获率=rnn(Nt-nt)
发射
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