半导体物理器件原理总复习
半导体器件物理复习重点
第一章PN结1.1 PN结是怎么形成的？耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。
空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。
在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。
p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn结不加电压下呈电中性。
1.2 PN结的能带图（平衡和偏压）无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。
1.3 内建电势差计算N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。
1.4 空间电荷区的宽度计算n d p a x N x N =1.5 PN 结电容的计算第二章 PN 结二极管2.1理想PN 结电流模型是什么？ 势垒维持了热平衡。
反偏：n 区相对于p 区电势为正，所以n 区内的费米能级低于p 区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn 结上基本没有电流流动。
正偏：p 区相对于n 区电势为正，所以p 区内的费米能级低于n 区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p 区，所以pn 结内就形成了一股由n 区到p 区的电子和p区到n 区的空穴。
电荷的流动在pn 结内形成了一股电流。
过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p 区内，注入的电子增加了p 区少子电子的浓度。
2.2 少数载流子分布（边界条件和近似分布） 2.3 理想PN 结电流⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛=1exp kT eV J J a s⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=002011p p d n n a inp n pn p s D N D N en L n eD L p eD J ττ2.4 PN 结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）？扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个增量电阻，即扩散电阻。
半导体物理复习梳理
第一章填空题：1、 写出三种立方单胞的名称：简立方，体心立方，面心立方；这三种单胞中所含的原子数分别是1，2，42、 在四面体结构的共价晶体中，四个共价键是以s 态和p 态波函数的线性组合为基础，构成了所谓的“杂化轨道”。
3、 金刚石型结构的结晶学原胞是立方对称的晶胞。
4、 闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物和金刚石型结构一样，都是由两个面心立方晶格套构而成的，称这种晶格为双原子复式格子。
5、 纤锌矿型结构和闪锌型结构相接近，它也是以正四面体结构为基础构成的，但是它具有六方对称性。
6、 内壳层的电子，轨道交叠少，共有化运动弱，可忽略。
外层的价电子，轨道交叠多，共有化运动强，能级分裂大，被视为“准自由电子”。
7、 原来简并的N 个原子的s 能级，结合成晶体后分裂为N 个十分靠近的能级，形成能带(允带)，因N 值极大，能带被视为“准连续的”。
8、 Si 、Ge 具有一般晶体的共性，又有其特殊性：其能级分裂成能带时，存在轨道杂化。
9、 如图，当 时，形成稳定晶体，上下两带的状态数（各4N 个）不变,根据能量最小原理，低温下，下带填4N 个价电子是满的，称为满带或价带；而上带4N 个状态无电子是空的，称为导带；中间隔以禁带。
10、 在周期性势场内，电子的平均速度v 可表示为波包的群速度。
在能带极值附近的电子速度为：11、 半导体中电子在外加电场作用下，电子的加速度为：12、 半导体中除了导带上电子导电作用外，价带中还有空穴的导电作用。
对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。
13、当磁场不变时，加高频电场Cw 垂直磁场，当电场频率B w =Cw 时，可观察到吸收峰，吸收峰的个数等于有效质量的个数。
14、 为了观察到明显的共振吸收峰, 要求半导体样品比较纯净, 而且一般是在低温下进行。
15、 右图为GaAs 的能带结构。
半导体物理与器件基础知识
一、肖特基势垒二极管欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。
接触电阻很低。
金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。
之间形成势垒为肖特基势垒。
在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。
影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。
金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。
附图：电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。
附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。
肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。
2.开关特性肖特基二极管更好。
应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。
从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。
二、金属-半导体的欧姆接触附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图三、异质结：两种不同的半导体形成一个结小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。
2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。
10双极型晶体管双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。
之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。
一、工作原理附npn型和pnp型的结构图发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低附常规npn截面图造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。
半导体器件物理复习纲要word精品文档5页
第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。
1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。
试求：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。
题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。
空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。
1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。
半导体器件物理复习文档
半导体器件物理复习文档PPT复习内容2.突变结：P区和N区之间的杂质分布变化陡峭的PN结。
3.线性缓变结：P区和N区之间的杂质分布变化比较缓慢，可看成是线性变化的PN结。
4.单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另一侧的高得多，表示为P+N或PN+。
5.2.空间耗尽区（也即空间电荷区），耗尽层近似；耗尽近似是对实际电荷分布的理想近似，包含两个含义：（1）在冶金结附近区域，-xp（2）耗尽区以外的电荷密度处处为0。
6.正向注入（扩散），反向抽取（漂移）正偏时：扩散流大于漂移流，n区电子扩散到p区（-xp)处积累成为p区的少子；p区的空穴扩散到n区的（xn）处积累成为n区的少子。
这一过程称为正向注入。
反偏时：p区的电子漂移到n区，n区的空穴漂移到p区，这一过程称为反向抽取7.4.变容二极管，肖特基二极管，隧道二极管，长二极管，短二极管（1）工作在反偏状态下的二极管，势垒电容随反偏电压的增加而减小，称为变容二极管（2）金属和半导体形成整流接触时具有正向导通，反向截止的作用，称作肖特基二极管（3）n区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管（4）pn结的p区和n区准中性区域的宽度远大于扩散长度时，则称这个二极管为长二极管（5）pn结轻掺杂一侧的准中性区域的宽度与扩散长度同数量级或更小时，则称这个二极管为窄基区二极管或短二极管8. 势垒电容Cj：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化（结电容或耗尽层电容）二极管的反向偏置结电容随反向电压的增加而减小扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子的注入，并积累电荷，它也随外电压而变化.扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。
9.电荷存储和反向恢复时间：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注入到n区，在耗尽层边界有少子的积累。
导致p-n结内有等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。
突然反向时，这些存储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合和漂移。
半导体物理复习归纳
半导体物理复习归纳————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:一、半导体的电子状态1、金刚石结构（Ｓi、Ge）Si、Ge原子组成，正四面体结构，由两个面心立方沿空间对角线互相平移１/４个空间对角线长度套构而成。
由相同原子构成的复式格子。
2、闪锌矿结构（GaAｓ)３-5族化合物分子构成，与金刚石结构类似,由两类原子各自形成的面心立方沿空间对角线相互平移1/４个空间对角线长度套构而成。
由共价键结合,有一定离子键。
由不同原子构成的复式格子。
3、纤锌矿结构（ＺnＳ)与闪锌矿结构类似，以正四面体结构为基础,具有六方对称性,由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成。
是共价化合物，但具有离子性，且离子性占优。
4、氯化钠结构（NaＣl)沿棱方向平移1／2,形成的复式格子。
5、原子能级与晶体能带原子组成晶体时,由于原子间距非常小,于是电子可以在整个晶体中做共有化运动，导致能级劈裂形成能带。
6、脱离共价键所需的最低能量就是禁带宽度。
价带上的电子激发为准自由电子，即价带电子激发为导带电子的过程,称为本征激发。
7、有效质量的意义a.有效质量概括了半导体内部势场的作用（有效质量为负说明晶格对粒子做负功)b.有效质量可以直接由实验测定c.有效质量与能量函数对于k的二次微商成反比。
能带越窄,二次微商越小，有效质量越大。
8、测量有效质量的方法回旋共振。
当交变电磁场角频率等于回旋频率时,就可以发生共振吸收。
测出共振吸收时电磁波的角频率和磁感应强度,就可以算出有效质量。
为能观测出明显的共振吸收峰，要求样品纯度较高,且实验要在低温下进行。
9、空穴价带中空着的状态被看成带正电的粒子，称为空穴。
这是一种假想的粒子，其带正电荷+q，而且具有正的有效质量m p＊。
10、轻／重空穴重空穴:有效质量较大的空穴轻空穴：有效质量较小的空穴11、间接带隙半导体导带底和价带顶处于不同k值的半导体。
半导体物理复习资料全
第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
半导体物理总复习
p型半导体
费米能级仍用前面的公式
过渡区
n型半导体：
n0 p 0 N D n0 p 0 ni2 p 0 n0 N A n0 p 0 ni2 n0 N A p 0 N D n0 p 0 ni2
联立解方程求n0，p0
p型半导体：
补偿型半导体：
费米能级仍用前面的公式
k ( 2n 1)
a
（n=0，1，2……）
1.能带宽度为
E（k ) MAX E (k ) MIN
2 2 m a2
2电子在波矢k状态的速度
1 dE 1 v (sin ka sin 2ka) dk m a 4
3、电子的有效质量
能带底部
2 m m 2 d E (coska 1 cos 2ka) 2 dk 2
杂质能级跃迁到价带的过程
复 合：电子和空穴被湮灭或消失的过程 直接复合：导带电子和价带空穴的直接湮灭过程，能带到能 带的复合。 间接复合：电子和空穴通过禁带中的复合中心的复合
复合率：单位时间单位体积内复合的电子-空穴对数。
5 .什么是载流子的扩散运动？写出电子和空穴
的扩散电流密度方程
和电离杂质散射
3。什么是载流子的散射？半导体中载流子的有哪两种 主 要散射机制 没有外场的作用，载流子作无规则的热运动。载流子
在半导体中运动时，不断地与热振动的晶格原子或电
离的杂质离子发生碰撞，碰撞后载流子的运动速度的 大小和方向发生了改变。用波的概念，就是说电子波 在半导体中传播时遭到了散射。
5.不同温区载流子浓度和费米能级的计
强电离区
n型半导体
n0 N D ni2 p0 n0 p0 N A ni2 n0 p0
半导体物理学复习提纲（重点）
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金刚石结构的基本特征§1.2半导体中的电子状态和能带电子共有化运动概念绝缘体、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E(k)~k 关系Ek h 2k 2 导带底和价带顶附近的 -E0= * ； 2m n 半导体中电子的平均速度 v dE ；hdk 1 1 2有效质量的公式： dE* 2 2。
m n h dk §1.4本征半导体的导电机构空穴空穴的特征：带正电；m pm n ；E nE p ；k pk n§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。
§2.2Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级杂质的双性行为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：g(E) dz/dE ；*3/2导带底附近的状态密度：2m n1/2 g c(E) 4 V 3 E Ec；h2m*p3/2价带顶附近的状态密度：1/2 g v(E) 4 V3E V Eh§3.2费米能级和载流子的浓度统计分布Fermi分布函数：f(E)1；1exp EE F/k0TFermi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E F是系统的化学势；2）E F可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）E F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。
E E Fk0TBoltzmann分布函数：fB(E)e ；导带底、价带顶载流子浓度表达式：E cn0f B(E)g c(E)dEE c* 3 2n0N cE F E c，N c2 m n kT导带底有效状态密度exp 2h3k0T32p0N vE v E FN v2 m p k0Texpk0T， 2 3 价带顶有效状态密度h载流子浓度的乘积n0p0N C N V exp E C E V N C N V expE g的适用范围。
半导体器件物理复习
价带中的空穴浓度
质能作用定律 禁带宽度越大本征载流子浓度越小。 我们假设电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中有效态密 度。换言之，费米能级 EF 至少比 EV 高 3kT，或比 EC 低 3kT。对 于这种情形，半导体称为非简并（nondegenerate）半导体。
（全满带中的电子不导电；部分填充带：对称填充，未加外场宏 观电流为零。加外场，电子逆电场方向在 k 空间移动。散射最终 造成稳定的不对称分布，产生宏观电流（电场方向）。） 有效质量
Δn 及Δp 为超量载流子浓度 且Δn = Δp，以维持整体电中性。
电子的基本连续性方程式
在热平衡下，关系式 pn = ni2 是成立的。假如超量载流子（excess carriers）导入一半导体中，以致于 pn > ni2，此时我们将有一个非 平衡状态（nonequilibrium situation）。 导入超量载流子的过程，称为载流子注入（carrier injection）。 回复平衡的机制是将注入的少数载流子与多数载流子复合。
在大注入浓度的情况，注入的少数载流子浓度和多数载流子浓度
差不多，亦即在 n 端的结
，此即为大注入情况。 将
大注入的情况代入式
得到 电流大约变成和 电流增加率较缓慢。
，我们 。利用此作为一个边界条件， 成正比。因此，在大注入情况下，
第 4 页 共 11 页
半导体器件物理复习资料 发射效率
晶体管工作在放大模式下的能带图，射基结为正向偏压，因此空 穴由 p +发射区注入基区，而电子由基区注入发射区。在理想的二 极管中，耗尽区将不会有产生-复合（generation-recombination）电 流，所以由发射区到基区的空穴、与由基区到发射区的电子组了 发射极电流；而集基结是处在反向偏压的状态，因此将有一反向 饱和电流流过此结。当基区宽度足够小时，由发射区注入基区的 空穴便能够经由扩散，通过基区，而到达集基结的耗尽区边缘， 然后「浮上」集电区（类似气泡的效果）。此种输运机制便是注射 载流子的「发射极」以及收集邻近结注射过来的载流子的「集电 极」名称的由来。如果大部分入射的空穴都没有与基区中的电子 复合而到达集电极，则集电极的空穴电流将非常地接近发射极空 穴电流。
半导体物理总复习
G aA s
导 带
Si
导 带
3
3
2
能量/eV
∆ E ＝ 0 .3 1
2
1
Eg
能量/eV
1
Eg
0
0
价 带
[111] [100]
−1 −2
价带
[111]
ห้องสมุดไป่ตู้
动量
p
动量
0
[100]
p
pc
3
用能带理论解释金属、 用能带理论解释金属、半导体及绝缘体的电导率之间的巨 大差异： 大差异：电子在最高能带或最高两能带的占有率决定此固 体的导电性。 体的导电性。
适用：低电场状态。高电场时， 应以饱和速度v 适用：低电场状态。高电场时，µnE及µpE应以饱和速度 s替代。 及 应以饱和速度 替代。
11
在热平衡下， 在热平衡下，pn=ni2。 如果有超量载流子导入半导体中， 称此状态为非平衡状态。 如果有超量载流子导入半导体中 ， pn>ni2， 称此状态为非平衡状态 。 净复合率
1
第二章
立方晶系基本的晶体结构
简单的立方晶格 体心立方晶格 面心立方晶格 金刚石晶格结构（ 金刚石晶格结构（硅、锗） 闪锌矿晶格结构（ 闪锌矿晶格结构（GaAs） ）
密勒指数：界定一晶体中不同平面的方法。 密勒指数：界定一晶体中不同平面的方法。由下列步骤 确定： 确定：
找出平面在三坐标轴上的截距值r、 、 （以晶格常数为单位）； 找出平面在三坐标轴上的截距值 、s、t（以晶格常数为单位）； 取这三个截距的倒数， 取这三个截距的倒数，并将其化简成最简单整数 比，1 : 1 : 1 = h : k : l ； h、k、l为互质的整数，以（hkl）来表示单一平面的密勒指数。 、 、 为互质的整数 为互质的整数， ）来表示单一平面的密勒指数。
半导体物理学期末总复习
半导体中的热平衡态
载流子的扩散
在半导体中，不同区域的载流子浓度不同，浓度高的区域的载流子会向浓度低的区域扩散，这种现象称为载流子的扩散。
载流子的漂移
当半导体中存在电场时，载流子会受到电场力的作用，从高电场强度区域向低电场强度区域移动，这种现象称为载流子的漂移。
载流子的输运过程
在半导体中，载流子的浓度分布取决于载流子的产生、复合、扩散、漂移等过程的综合作用。
太阳能电池
利用半导体物理器件的能带结构，可以制造出高效的太阳能电池。
半导体物理器件在新能源和环境中的应用
风能发电装置
利用半导体物理器件的高频特性，可以制造出高效的风能发电装置。
水质监测和污水处理
利用半导体物理器件的化学传感器作用，可以制造出用于水质监测和污水处理中的传感器。
THANK YOU.
谢谢您的观看
04
半导体的光学性质
光吸收
半导体对光的吸收主要取决于材料中的电子和原子结构。在光子能量大于或等于半导体带隙时，光子会被吸收并产生电子-空穴对。
光发射
光发射是半导体中电子从束缚态跃迁到自由态并辐射出光子的过程。光发射的能量与带隙密切相关，带隙越大，发射光的能量越高。
半导体中的光吸收与光发射
光电效应
5G和6G通信技术
随着5G和6G通信技术的不断发展，现代半导体器件需要适应更高的频率和更复杂的通信协议。
半导体物理器件在集成电路中的应用
存储器
半导体物理器件还可以应用于存储器中，例如动态随机存储器和闪存等。
传感器
半导体物理器件还可以应用于传感器中，例如光传感器、温度传感器和压力传感器等。
微处理器
半导体物理器件在集成电路中的应用最为广泛，其中微处理器是其中的代表。
半导体器件物理学习资料二
03 半导体器件的应用
数字电路中的半导体器件
01
02
03
逻辑门电路
由半导体器件构成的逻辑 门电路是数字电路的基本 组成部分，如与门、或门、 非门等。
触发器
触发器是一种能够存储二 进制信息的半导体器件， 如RS触发器、D触发器等。
寄存器
寄存器是一种能够存储二 进制数据并具有移位功能 的半导体器件，如移位寄 存器、计数器等。
硅基半导体的局限性
随着集成电路的微型化，硅基半导体的性能逐渐 接近其物理极限，难以满足未来技术发展的需求。
新型半导体材料的研究
为了突破硅基半导体的限制，科研人员正在研究 新型半导体材料，如碳化硅（SiC）、氮化镓 （GaN）和氧化锌（ZnO）等。
新型半导体材料的优势
新型半导体材料具有更高的电子迁移率、更高的 击穿电场和更高的热导率等特点，有助于提高半 导体器件的性能和可靠性。
载流子的输运过程
载流子在半导体中受到散 射和扩散的作用，其输运 过程包括扩散和漂移。
漂移是指在外加电场的作用 下，载流子受到电场力的作 用而产生的定向流动。
ABCD
扩散是指载流子从高浓度区域 向低浓度区域流动，其流动方 向与浓度梯度方向相同。
在交变电场的作用下，载流子 的运动状态会发生变化，从而 引起电流和电压的变化。
模拟电路中的半导体器件
运算放大器
模拟开关
运算放大器是一种具有高放大倍数、低 输入阻抗和低输出阻抗的半导体器件， 用于信号的放大、滤波和比较等。
模拟开关是一种用于模拟信号传输的 半导体器件，如电子开关、继电器等。
电压比较器
电压比较器是一种用于比较两个电压 值大小的半导体器件，常用于模拟电 路中的信号处理。Biblioteka 02 半导体器件的种类与特性
《半导体器件物理基础》复习要点V2.1Final
《半导体器件物理基础》复习要点授课教师：李洪涛编辑：徐驰第一章PN结载流子：N型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子；P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
pn结：指半导体中p区和n区的交界面及两侧很薄的过渡区,由p区和n区共格相连而构成。
多子的扩散运动使空间电荷区变宽，少子的漂移运动使空间电荷区变窄，最终达到动态平衡，Ｉ扩＝Ｉ漂，空间电荷区的宽度达到稳定，即形成ＰＮ结。
突变结：由合金法、分子束外延法制得的pn结，在p区和n区内杂质分布均匀，而在交界面处杂质类型突变。
缓变结：由扩散法制得的p－n结，扩散杂质浓度由表面向内部沿扩散方向逐渐减小，交界面处杂质浓度是渐变的。
施主杂质浓度空间电荷区：ＰＮ结的内部由于正负电荷的相互吸引，使过剩电荷分布在交界面两侧一定的区域内。
电离施主与电离受主都固定在晶格结点上，因此称为“空间电荷区”。
空间电荷区电子浓度公式：n=n i exp((E f-E i)/KT)载流子在pn结区附近的分布：空间电荷区载流子浓度分布则如下图所示：用线性轴则如下图：结区电场、电位分布：耗尽区单位体积带电量相同。
势垒区内电场强度正比于Q1Q2/r2, 中心处电场最强。
所以就有了如下的电场强度分布和电位分布。
耗尽近似：空间电荷区只存在未被中和的带点离子，而不存在自由载流子，或者说自由载流子浓度已减小到耗尽程度，因此ＰＮ结又称为“耗尽层”。
耗尽区因无载流子，可忽略扩散和漂移的运动。
pn结能带图：接触电位差V D：pn结的内建电势差，大小等于空间电荷区靠近p区侧边界处电位与靠近n 区处电位之差。
n、p区掺杂浓度越大（或结区杂质浓度梯度越大）、材料禁带宽度越宽，温度越低，接触电势差越大。
PIN结构：在P区与N区中间加入一层本征半导体构造的晶体二极管。
高低结：n+-n或者p+-p结构的结。
同样有扩散和漂移的平衡，结区也有电场，但结区的载流子浓度介于两侧的浓度之间。
没有单向导电性。
半导体物理与器件复习资料
半导体物理与器件复习资料非平衡载流子寿命公式：本征载流子浓度公式：本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。
Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应载流子的迁移率扩散系数爱因斯坦关系式两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散迁移率受掺杂浓度和温度的影响金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。
空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。
存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。
费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。
准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。
肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。
非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。
简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n 型）或价带中（p 型）的半导体。
直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。
电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。
雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。
半导体物理与器件基础总复习汇总
16 3 N N 2 10 cm 根据 A D
查图4－14得μ，然后计算可得
1 pq p
14
例5、某p型半导体掺杂浓度NA＝1016/cm3，少子寿命为 10μs ，在均匀光的照射下产生非平衡载流子，其产生 率g=1018/cm3s，试计算室温时光照情况下的费米能级并 和原来无光照时4的费米能级比较。设本征载流子浓度 ni=1010/cm3。 解、1）无光照时，空穴浓度
1?pnn可查图415得到cm?71313根据316cm102?dann查图414得然后计算可得ppq11414例5某p型半导体掺杂浓度na1016cm3少子寿命为10s在均匀光的照射下产生非平衡载流子其产生率g1018cm3s试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时4的费米能级比较
半导体物理
2）第二章：
杂质与杂质能级、施主杂质与受主杂质； 浅能级杂质电离能的简单计算——类氢模型； 杂质补偿作用、深能级杂质的特点、作用及形成等
2
3）第三章：
热平衡载流子、k 空间量子态、导带底电子状态密度、 价带顶状态密度、状态密度有效质量； 费米分布、玻耳兹曼分布、费米能级及其与杂质浓 度和温度的关系、本征半导体及本征激发、本征载 流子浓度； 电中性条件、杂质电离能及电离过程、简并半导体、 简并化条件； 载流子冻析效应、禁带窄化效应；
1.5 1010 1.602 10－19 (1350 500) 4.45 10－6 s / cm
掺入As浓度为ND=5.00×1022×10-6=5.00×1016cm-3
16 3 n N 5 10 / cm 杂质全部电离， 0 D
查图4-14可得：μn＝900cm2/V· S
Semiconductor Physics 雷天民
半导体物理学期末总复习
Si原子的能级
▪ 电子的能级是量子化的
n=3 四个电子
n=2 8个电子
+14
n=1
H
2个电子
Si
原子的能级的分裂
▪ 孤立原子的能级 4个原子能级的分裂
原子的能级的分裂
▪ 原子能级分裂为能带
半导体的能带结构
导带 Eg
价带
价带：0K条件下被电子填充的能量的能带 导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
热平衡状态
▪ 在一定温度下，载流子的产生和载流子的复 合建立起一动态平衡，这时的载流子称为热 平衡载流子。
▪ 半导体的热平衡状态受温度影响，某一特定 温度对应某一特定的热平衡状态。
▪ 半导体的导电性受温度影响剧烈。
态密度的概念
▪ 能带中能量 E 附近每单位能量间隔内的量子态
数。 ▪ 能带中能量为 E （E dE）无限小的能量间隔内
半导体物理学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构 九．半导体的光学性质和光电与发光现象
晶体结构
▪ 半导体的晶格结构和结合性质 ▪ 半导体中的电子状态和能带 ▪ 半导体中的电子运动和有效质量 ▪ 本征半导体的导电机构 ▪ 空穴 ▪ 回旋共振 ▪ 硅和锗的能带结构 ▪ III－V族化合物半导体的能带结构 ▪ II－VI族化合物半导体的能带结构
k0T
k0T
k0T
k0T
玻尔兹曼分布函数
▪ 导带中电子分布可用电子的玻尔兹曼分布函数 描写（绝大多数电子分布在导带底）；价带中 的空穴分布可用空穴的玻尔兹曼分布函数描写 （绝大多数空穴分布在价带顶）