精简版-半导体物理与器件复习资料
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。
半导体物理与器件复习
1. 粒子能量λνhch E ==2. 德布罗意波长ph =λ 3. 能量与动量的关系 2mE P =2mP E 2=4. 波数λπ2k =，相速度Tλμ=5. 边界条件1)(2-=⎰∞∞dx x ω6. 无限深势阱中电子的能量2223n 2ma n h E E π==（n 为电子的能级，a 为势阱的宽度）7. //内力的作用a m F ⨯=8. 电子的有效质量*222m 1k d E d h 1= （价带顶(空穴)m *<0，导带底（电子）m *>0）9. 状态密度函数E h m E 32/3)2(4)(gπ=10. 导带中的电子有效状态密度c n c E E hm E g -=32/3*)2(4)(π11. 价带中的电子有效状态密度E E h v -=32/3*p v ）2m （4）E （g π12. 概率密度函数）kTE -E （exp 11）E （)()(N FF +==f E g E （E F 为费米能级）13. T=300K ，kT=0.0259eV0.0259V ekT= 本征半导体14. 热平衡时电子浓度为⎰=dE ）E （f ）E （g n Fc或]kT)(exp[n 0F c c E E N --= （N c 为导带有效状态密度，n 0<N c ）15. 热平衡时空穴浓度为])(exp[p 0kTE E N vF v --=16. 本征载流-子浓度i p =i n ，E Fi 为本征费米能级 17. 本征费米能级相对禁带中央的位置)m m kTln(43E -E *n*pmidFi = （若**p m n m =，mid F E E =； 若**p m n m >，mid F E E >； 若**p m n m <，mid F E E <；） 推导非本征半导体18. 热平衡时电子浓度为]kT )(exp[n Fi F i 0E E N -=19. 热平衡时空穴浓度为])(exp[p Fi F i 0kTE E N --=20. 热平衡状态下的半导体002i n p n =补偿半导体（指在同一区域内同时含有施主和受主杂质原子的半导体a N >d N ，n 型补偿半导体a N <d N ，p 型补偿半导体 a N =d N ，完全补偿半导体）21. //电子浓度（N 型）220)2(2n i ad ad n N N N N +-+-=22. //空穴浓度（P 型）220)2(2p i da da n N N N N +-+-=23. E F 随掺杂浓度和温度的变化随着掺杂浓度的提高，n 型半导体的费米能级逐渐向导带靠近，p 型半导体逐渐向价带靠近；随着温度的升高，n i 增加，费米能级趋近于本征费米能级。
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。
复习题半导体物理学
复习题：半导体物理学引言：半导体物理学是研究半导体材料的电学和光学性质的科学学科。
半导体材料由于其特殊的能带结构，介于导体和绝缘体之间。
在半导体物理学中，我们研究电子行为、能带理论、掺杂效应和半导体器件等方面的内容。
本文将通过一系列复习题来回顾半导体物理学的相关知识。
一、电子行为：1. 什么是载流子？在半导体中有哪两种类型的载流子？在半导体中，带有电荷的粒子称为载流子。
一种是带负电荷的电子，另一种是带正电荷的空穴。
2. 什么是能带？能带理论是用来描述什么的？能带是指具有一定能量范围的电子能级分布。
能带理论用于描述电子在半导体中的分布和运动行为。
3. 什么是禁带宽度？它对半导体的导电性质有什么影响？禁带宽度是指能带中能量差最小的范围，该范围内的能级没有允许态。
禁带宽度决定了半导体的导电性能。
能带中存在禁带宽度时，半导体表现出绝缘体的性质；当禁带宽度足够小的时候，允许电子状态穿越禁带，半导体表现出导体的性质。
二、掺杂效应：1. 什么是掺杂？常见的掺杂元素有哪些？掺杂是指向纯净的半导体中引入少量杂质元素，以改变半导体的导电性质。
常见的掺杂元素有磷、锑、硼等。
2. 控制掺杂浓度的方法有哪些？掺杂浓度可以通过掺杂杂质元素的量来控制。
掺杂浓度越高，半导体的导电性越强。
3. P型和N型半导体有什么区别？P型半导体是指通过掺杂三价元素使半导体中存在过剩的空穴，空穴是主要的载流子。
N型半导体是指通过掺杂五价元素使半导体中存在过剩的电子，电子是主要的载流子。
三、半导体器件：1. 什么是PN结？它的主要作用是什么？PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构。
PN结的主要作用是将半导体材料的导电性质从P型区域传导到N型区域，形成电子流和空穴流。
2. 什么是二极管？它的特点是什么？二极管是PN结的一种常见应用。
它具有单向导电性，允许电流从P区域流向N区域，而阻止电流从N区域流向P区域。
3. 什么是晶体管？它的工作原理是怎样的？晶体管是由三个掺杂不同类型的半导体构成的器件。
半导体物理考试复习资料
半导体物理考试复习资料半导体物理考试复习资料概念题：1、半导体硅、锗的晶体结构（⾦刚⽯型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。
2、熟悉晶体中电⼦、孤⽴原⼦的电⼦、⾃由电⼦的运动有何不同：孤⽴原⼦中的电⼦是在该原⼦的核和其它电⼦的势场中运动，⾃由电⼦是在恒定为零的势场中运动，⽽晶体中的电⼦是在严格周期性重复排列的原⼦间运动（共有化运动），单电⼦近似认为，晶体中的某⼀个电⼦是在周期性排列且固定不动的原⼦核的势场以及其它⼤量电⼦的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，⽽且它的周期与晶格周期相同。
3、晶体中电⼦的共有化运动导致分⽴的能级发⽣劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点：①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。
杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电⼦，导带全空，⾼温下价带中的⼀部分电⼦跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。
③导带与价带间的能隙（Energy gap ）称为禁带（forbidden band ）.禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。
④当原⼦数很⼤时，导带、价带内能级密度很⼤，可以认为能级准连续。
4、晶体中电⼦运动状态的数学描述：⾃由电⼦的运动状态：对于波⽮为k 的运动状态，⾃由电⼦的能量E ，动量p ，速度v 均有确定的数值。
因此，波⽮k 可⽤以描述⾃由电⼦的运动状态，不同的k 值标志⾃由电⼦的不同状态，⾃由电⼦的E 和k 的关系曲线呈抛物线形状，是连续能谱，从零到⽆限⼤的所有能量值都是允许的。
晶体中的电⼦运动：服从布洛赫定理：晶体中的电⼦是以调幅平⾯波在晶体中传播。
这个波函数称为布洛赫波函数。
求解薛定谔⽅程，得到电⼦在周期场中运动时其能量不连续，形成⼀系列允带和禁带。
⼀个允带对应的K 值范围称为布⾥渊区。
5、⽤能带理论解释导带、半导体、绝缘体的导电性。
6、理解半导体中求E （k ）与k 的关系的⽅法：晶体中电⼦的运动状态要⽐⾃由电⼦复杂得多，要得到它的E （k ）表达式很困难。
半导体物理--复习版
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2. 多电子原子
对多电子原子，电子能量同样是不连续的。由主量子 数、角量子数、磁量子数、自旋量子数描述。
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二、自由电子状态（一维）
一维恒定势场中的自由电子，遵守薛定谔方程
2
0
d ψ(x) dx
2
2
V ψ (x) E ψ (x)
k z
2m
z
E Ec
2
k 0z
2
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上式是一个椭球方程，各分母等于椭球的各个半轴长的平方，
这种情况下的等能面是环绕极值点k0的一系列的椭球面。其中
1 mx
* 2 1 E 2 2 k x
k0
内层电子占据了比较窄的满带，这些电子的有效质量mn* 比较大，外力作用下不易运动；
而价电子所处的能带较宽，电子的有效质量mn*较小，在
外力的作用下可以获得较大的加速度。
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六、k空间等能面
不同半导体的E(k)~k关系各不相同。即便对于同一种半 导体，沿不同k方向的E(k)~k关系也不相同。换言之，半 导体的E(k)~k关系可以是各向异性的。
k x k 0x E ( k ) Ec 2 mx
2
2
k
y
k 0y m
y
2
k z
k 0z mz
2即Biblioteka k x2m* x
E Ec
2
紧凑版-半导体物理与器件复习资料
1. 非平衡载流子寿命公式：2. 本征载流子浓度公式：3. 本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料4. 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5. 电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。
6. Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应7. 载流子的迁移率 扩散系数8. 爱因斯坦关系式 两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散9. 迁移率受掺杂浓度和温度的影响10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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 。
半导体物理复习资料
半导体物理复习资料一．填空题1.半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射和晶格震动散射。
2.纯净半导体Si中掺杂Ⅴ族元素，当杂质电离时释放电子。
这种杂质称施主杂质；相应的半导体称N型半导体。
3.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做漂移运动。
4.n0p0=n i2标志着半导体处于热平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n0p0是否改变？不改变；当温度变化时，n0p0改变否？改变。
5.硅的导带极小值位于布里渊区<100>方向上，根据晶体对称性共有6个等价能谷。
6.n型硅掺As后，费米能级向E C或上移动，在室外温度下进一步升高温度，费米能级向E i或下移动。
7.半导体中的陷阱中心使其中光电导灵敏度增加，并使其光电导衰减规律衰减时间延长。
8.若用氢取代磷化镓中的部分磷，结果是禁带宽度E g增大；若用砷的话，结果是禁带宽度E g减小。
9.已知硅的E g为1.12Ev，则本征吸收的波长限为1.11微米；Ge的E g为0.67eV，则本征吸收的波长限为1.85微米。
10.复合中心的作用是促进电子和空穴的复合，起有效复合中心的杂质能级必须位于E1或禁带中心线，而对电子和空穴的俘获系数r n或r p必须满足r n=r p。
11.有效陷阱中心位置靠近E F或费米能级。
12.计算半导体中载流子浓度时，不能使用玻尔兹曼统计代替费米统计的判定条件E c-E F≤2k0T以及E F-E V≤2k0T，这种半导体被称为简并半导体。
13.PN结电容可分为扩散电容和势垒电容两种。
14.纯净半导体Si中掺杂Ⅲ族元素的杂质，当杂质电离时在Si晶体的共价键中产生了一个空穴，这种杂质称受主杂质；相应的半导体称P型半导体。
15.半导体产生光吸收的方式本征、激子、杂质、晶格振动、半导体吸收光子后产生载流子，在均匀半导体中是电导率增加，可制成光敏电阻；在存在自建电场的半导体中产生光生伏特，可制成光电池；光生载流子发生辐射复合时，伴随着发射光子，这就是半导体的发光现象，利用这种现象可制成发光管。
半导体物理与器件复习
一、选择填空1. 非平衡载流子寿命公式 ()τte p t p -∆=∆02. 本征载流子浓度公式 83p]ex p[])(ex p[2kT E N N kT E E N N n g v c v c v c i -=--= ])(exp[0kT E E N n n Fi c c i --== i n 为本征半导体中电子浓度，g E 为禁带宽度3. 本征半导体概念把晶体中不含有杂质原子的材料定义为本征半导体。
89p （纯净的单晶半导体称为本征半导体 87p ）4. 半导体功函数概念：功函数是指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E F 之差。
5. 单位晶胞中原子占据的百分比，原子的数目6. N 型半导体，P 型半导体的概念 P87N 型半导体：由于施主杂质原子增加导带电子，但并不产生价带空穴，此时的半导体称为N 型半导体；P 型半导体：受主杂质原子能在价带中产生空穴，但不在导带中产生电子，我们称这种半导体为P 型半导体。
7. 载流子的迁移率和扩散系数，爱因斯坦关系式，影响载流子的迁移率的因素，两种散射机制影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。
两种散射:晶格散射（声子散射）和电离杂质能散射。
8. PN 结击穿的类型，机制：P186雪崩击穿 齐纳击穿9.金属、半导体、绝缘体的本质区别，半导体的几种类型绝缘体的电阻率非常大，而与之对应的电阻率则非常小，其本质是没有用来形成漂移电流的粒子，绝缘体的带隙能量Eg 通常为3.5~6eV .半导体的电阻率是可调的，它可以变化几个数量级，其带隙能量大约为1eV .金属具有非常底的电阻率，金属材料表现出很高的电导率（能带图P60）二、名词解释和简答题1. 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。
193p存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳态值变成零所用的时间。
半导体器件物理复习资料1
半导体器件物理复习资料第1 页共11 页半导体器件物理复习资料半导体器件：导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。
（器件的基础结构：金属—半导体接触，p-n 结，异质结，MOS 结构）Physics of Semiconductor半导体材料半导体的电导率则介于绝缘体及导体之间。
元素（Element）半导体：在周期表第Ⅳ族中的元素如硅（Si）及锗（Ge）都是由单一原子所组成的元素（element）半导体。
化合物（Compound）半导体：二元化合物半导体是由周期表中的两种元素组成。
几种常见的晶体结构晶体：组成固体的原子（或离子）在微观上的排列具有长程周期性结构非晶体：组成固体的粒子只有短程序，但无长程周期性准晶：有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性能带的形成原子靠近→电子云发生重叠→电子之间存在相互作用→分立的能级发生分裂。
从另外一方面来说，这也是泡利不相容原理所要求的。
一个能带只能有N 个允许的状态；考虑电子有两种自旋状态，故一个能带能容纳2N 个电子；对于复式格子，每个能带允许的电子数还要乘上原胞内的原子个数；对于简并能带，状态总数要乘以简并度。
金属、半导体、绝缘体金属导体：最高填充带部分填充；绝缘体和半导体：T=0K，最高填充带为填满电子的带。
T>0K，一定数量电子激发到上面的空带。
绝缘体的Eg 大，导带电子极少；半导体的Eg 小，导带电子较多。
根据能带填充情况和Eg 大小来区分金属、半导体和绝缘体。
（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）。
）有效质量电子共有化运动的加速度与力的关系和经典力学相同，即：m*具有质量量纲，称为晶体中电子的有效质量。
（能带越宽，有效质量越小；能带越窄，有效质量越大。
）m* 的意义：晶体中的电子除受到外力，还受到周期场力。
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。
半导体物理知识复习
根据所掺元素的不同，又可将掺杂后 的半导体分为N型半导体（掺入5价元 素）和P型半导体（掺入3价元素）。
N型半导体及其性质
+5 +4 N型硅表示 +4 +4+
不能导电 对于N型半导体 施主杂质 来说，其中的电
N型半导体中: 电子为多数载流子（多子），主要由 杂质原子提供 空穴为少数载流子（少子），主要由 热激发产生
载流子的概念
+4 +4 +4 +4
自由电子与空穴均可视为 载流子，但所携带电荷的 极性不同。 载流子：载运电流的粒子
空穴 自由电子 带正电 带负电
在本征半导体中，自由电 子与空穴总是成对出现， 成为电子-空穴对,从而两 种载流子的浓度相等。
电子浓度：ni 空穴浓度：pi
ni pi
第 一 节 ： 半 导 体 中 的 载 流 子 及 其 运 动
施主能级
V族施主电离能很小 施主的电离：施主能级 上的电子跃迁到导带
受主能级
负电中心束缚空穴 III族受主电离能很小 受主的电离：价带电子跃迁 到受主能级，失去空穴的负 电中心
半导体中少子和多子的平衡 n型半导体：主要电子导电，有少量空穴 P型半导体：主要空穴导电，有少量电子
多子：多数载流子
n型半导体：电子 p型半导体：空穴
• 硅、锗等半导体都属于金刚石型结构。 • III-V族化合物（如砷化镓等）大多是属于闪 锌矿型结构，与金刚石结构类似。 • 晶格常数是晶体的重要参数。 • aGe=0.5658nm,aSi=0.5431nm
半导体的原子结构
Si
Ge
硅原子
价电子
锗原子
价电子
+4
正离子
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
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精简版-半导体物理与器件复习资料
(1).状态密度函数：有效量子态的密度。
它是能量的函数，表示为单位体积单位能量中的量子态数量。
(2).电子的有效质量：该参数将晶体导带中电子的加速度与外加的作用力联系起来，该参数包含了晶体中的内力。
(3).费米-狄拉克概率函数：该函数描述了电子在有效能级中的分布，代表了一个允许能量状态被电子占据的概率。
(4).费米能级：用最简单的话说，该能量在T=0K时高于所有被电子填充的状态的能量，而低于所有空状态能量。
(5).空穴的有效质量：该参数同样将晶体价带中空穴的加速度与外加作用力联系起来，而且包含了晶体中的内力。
(6).k空间能带图：以k为坐标的晶体能连曲线，其中k为与运动常量有关的动量，该运动常量结合了晶体内部的
相互作用。
(7).克龙尼克-潘纳模型：由一系列周期性阶跃函数组成，是代表一维单晶晶格周期性势函数的数学模型。
(8).杂质补偿半导体：同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体。
(9).完全电离：所有施主杂质原子因失去电子而带正电，所有受主杂质原子因获得电子而带负电的情况。
(10).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。
(11).有效状态密度：即在导带能量范围内对量子态密度函数gc（E）与费米函数fF（E）的乘积进行积分得到的参
数Nc；在价带能量范围内对量子态密度函数gv（E）与【1-fF（E）】的乘积进行积分得到的参数N。
(12).非本征半导体：进行了定量施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离本征载流子浓度产生多数载流子
电子（n型）或多数载流子空穴（p型）的半导体。
(13).束缚态：低温下半导体内的施主与受主呈现中性的状态。
此时，半导体内的电子浓度与空穴浓度非常小。
n：本征半导体内导带电子的浓度和价带空穴的浓度（数值相等）。
(14).本征载流子浓度
i
E：本征半导体内的费米能级位置。
(15).本征费米能级
Fi
(16).本征半导体：没有杂质原子且晶体中无晶格缺陷的纯净半导体材料。
(17).非简并半导体：参入相对少量的施主和（或）受主杂质，使得施主和（或）受主能级分立、无相互作用的半导
体。
(18).爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系
(19).电离杂质散射：载流子和电离杂质原子之间的相互作用
(20).晶格散射：载流子和热震动晶格原子之间的相互作用
(21).双极扩散系数：过剩载流子的有效扩散系数
(22).双极迁移率：过剩载流子的有效迁移率
(23).双极输运：具有相同扩散系数，迁移率和寿命的过剩电子和空穴的扩散，迁移和复合过程
(24).双极输运方程：用时间和空间变量描述过剩载流子状态函数的方程
(25).载流子的产生：电子从价带跃入导带，形成电子-空穴对的过程
(26).载流子的复合：电子落入价带中的空能态（空穴）导致电子-空穴对消灭的过程
(27).过剩载流子：过剩电子和空穴的过程
(28).过剩电子：导带中超出热平衡状态浓度的电子浓度
(29).过剩空穴：价带中超出热平衡状态浓度的空穴浓度
(30).过剩少子寿命：过剩少子在复合前存在的平均时间
(31).产生率：电子-空穴对产生的速率（#/cm3-ms）
(32).小注入：过剩载流子浓度远小于热平衡多子浓度的情况
(33).少，其中D和τ分别为少子的扩散系数和寿
命
(34).准费米能级：电子和空穴的准费米能级分别将电子和空穴的非平衡状态浓度与本征载流子浓度以及本征费米能
级联系起来
(35).突变结近似：认为从中性半导体区到空间电荷区的空间电荷密度有一个突然的不连续
(36).内建电势差：热平衡状态下pn结内p区与n区的静电电势差。
(37).当pn结由正偏状态转换到反偏状态时，pn结内存储的过剩少数载流子会被移走，即电容放电。
放电时间称为
存储时间，它是二极管开关速度的一个限制因素
(38).雪崩击穿：电子和空穴穿越空间电荷区时，与空间电荷区内原子的电子发生碰撞产生电子－空穴对，在pn结
内形成一股很大的反偏电流，这个过程就称为雪崩击穿。
(39).肖特基势垒二极管的理想i-v关系与pn结二极管的相同。
然而，电流值的数量级与pn结二极管的不同，肖特
基二极管的开关速度要快一些。
另外，肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，所以在达到与pn结二极管一样的电流时，肖特基二极管需要的正的偏压要低。
(40).金属-半导体也可能想成欧姆接触，这种接触的接触电阻很低，是的结两边导通时结两边的压降很小。
(41).异质结：两种不同的半导体材料接触形成的结。
(42).同型异质结：参杂剂在冶金结处不变的异质结。
(43).欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触。
(44).理查德森常数：肖特基二极管中的I-V关系中的一个参数A*。
(45).共发射极电流增益是三个因子的函数----发射极注入效率系数，基区输运系数和复合系数。
发射极注入效率考虑
了从基区注入到发射区的载流子，基区输运系数反映了载流子在基区的复合，复合系数反映了载流子在正偏发射结内部的复合。
(46).两种击穿机制----齐纳击穿和雪崩击穿。
(47).晶体管的三种等效电路或者数学模型。
E-M模型和等效电路对于晶体管的所有工作模式均适用。
基区为非均匀
掺杂时使用G-P模型很方便。
小信号H-P模型适用于线性放大电路的正向有源晶体管。
(48).晶体管的截止频率是表征晶体管品质的一个重要参数，他是共发射极电流增益的幅值变为1时的频率。
频率响
应是E-B结电容充电时间、基区度越时间、集电结耗尽区度越时间和集电结电容充电时间的函数。
(49).虽然开关应用涉及到电流和电压较大的变化，但晶体管的开关特性和频率上限直接相关，开关特性的一个重要
的参数是点和存储时间，它反映了晶体管有饱和态转变变成截止态的快慢。
(50).截止频率：共基极电流增益幅值变为其低频值的1根号2时的频率，就是截止频率。
(51).禁带变窄：随着发射区中掺杂，禁带的宽度减小。
(52).基区渡越时间：少子通过中性基区所用的时间。
(53).基区输运系数：共基极电流增益中的一个系数，体现了中性基区中载流子的复合。
(54).基区宽度调制效应：随C-E结电压或C-B结电压的变化，中性基区宽度的变化。
(55).B截止效率：共发射极电流增益幅值下降到其频值的1根号2时的频率。
(56).集电结电容充电时间：随发射极电流变化，B-C结空间电荷区和急电区-衬底结空间电荷区宽度发生变化的时间
常数。
(57).集电结耗尽区渡越时间：载流子被扫过B-C结空间电荷区所需的时间。
(58).共基极电流增益：集电极电流与发射极电流之比。
(59).共发射极电流增益：集电极电流与基极电流之比。
(60).电流集边：基极串联电阻的横向压降使得发射结电流为非均匀值。
(61).截止：晶体管两个结均加零偏或反偏时，晶体管电流为零的工作状态。
(62).截止频率：共发射极电流增益的幅值为1时的频率。
(63).E-B结电容充电时间：发射极电流的变化引起B-E结空间电荷区宽度变化所需的时间。
(64).发射极注入效率系数：共基极电流增益的一个系数，描述了载流子从基区向发射区的注入。
(65).耗尽型MOSFET：必须施加栅电压才能关闭的一类MOSFET
(66).增强型MOSFET：必须施加栅电压才能开启的一类MOSFET
(67).等价固定氧化层电荷：与氧化层－半导体界面紧邻的氧化层中的有效固定电荷，用Q'SS表示。
(68).平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空闲电荷区
(69).栅电容充电时间：由于栅极信号变化引起的输入栅电容的充电或放电时间
(70).最大空间电荷区宽度：阈值反型时氧化层下面的空间电荷区宽度金属－半导体功函数差：金属功函数和电子亲
ms表示
和能之差的函数，用
(71).临界反型：当栅压接近或等于阈值电压时空间电荷宽度的微弱改变，并且反型层电荷密度等于掺杂浓度时的情
形
(72).栅氧化层电容：氧化层介电常数与氧化层厚度之比，表示的是单位面积的电容，记为Cox。