第二章 半导体物理基础2讲解
半导体物理学-半导体中杂质和缺陷能级模板
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.3 受主杂质 受主能级
Si
+
Si
Si
Si
B-
Si
Si
Si
Si
受 主 掺 杂（掺硼）
硼原子接受一个电子后， 成为带负电的硼离子， 称为负电中心（B- ） 。 带负电的硼离子和带正 电的空穴间有静电引力 作用，这个空穴受到硼 离子的束缚，在硼离子 附近运动。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
3）III族元素硼、铝、镓、铟、铊在锗和硅中各产生1个 浅受主能级，而铝在硅中，还能产生1个施主能级。
4）IV族元素碳在硅中产生1个施主能级，而锡和铅在硅 中产生1个施主能级和1个受主能级。
5）V族元素磷、砷、锑在硅和锗中各产生一个浅施主 能级。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.2 施主杂质、施主能级 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Ⅴ族原子形成一个不能移动的 正电中心。
硅、锗中的Ⅴ族杂质，能够释放电子而产生导电 电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质， 掺有N型杂质的半导体叫N型半导体。施主杂质未 电离时是中性的，电离后成为正电中心。
mn* 0.12m0
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 晶体内杂质原子束缚的电子与类氢模型相比：
m0mn*, mp*; 0 r0
施主杂质的电离能： E D8m r2n *q 0 24 h2m m 0 n *E r2 01.6 3m m 0n *r2
Si: mn* 0.26m0 r 12 ED0.02e5V
半导体物理第二章ppt课件
引进有效质量，半导体中的电子所受的外力与
加速的关系和牛顿第二定律类似。
3、引进有效质量的意义：
由
a= f
m
* n
可以看出有效质量概括了半导体内
部势场的作用，使得在解决半导体中电子在
外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导
体内部势场的作用。
课堂练习：习题3（P58)
2.6.3 状态密度、态密度有效质量、电导有效质量
近出现了一些空的量子状态，在外电场的作用下， 停留在价带中的电子也能够起导电的作用，把价带 中这种导电作用等效于把这些空的量子状态看做带 正电荷的准粒子的导电作用，常称这些空的量子状 态为空穴
2.3.2 金属、半导体、绝缘体的能带
2.4 半导体的带隙结构
间接能隙结构—即价带的最高 点与导带的最低点处于K空间 的不同点
3、 测不准关系
当微观粒子处于某一状态时，它的力学量（坐 标、动量、能量等）一般不具有确定的数值。
如： p g xh 同 一 粒 子 不 可 能 同 时 确 定 其 坐 标 和 动 量
测不准原理告诉我们,对微观粒子运动状态分 析，需用统计的方法。
4、 波函数
波函数 r ,t 描述量子力学的状态
= hk m
h2k 2 E
2m
对于波矢为k的运动状态，自由电子的能量E和动
量P，速度v均有确定的数值，因此，波矢量 k可
用以描述自由电子的运动状态，不同的k值标致
自由电子的不同状态。
6、 单原子电子
电子的运动服从量子力学，处于一系列特定的 运动状态---量子态，要完全描述原子中的一个电 子的运动状态，需要四个量子数。
氧的电子组态表示的意思：第一主轨道上有两个电子 ，这两个电子的亚轨道为s，（第一亚层）；第二主轨 道有6个电子，其中有2个电子分布在s 亚（第一亚层） 轨道上，有4个电子分布在p亚轨道上（第二亚层）
第二章 半导体物理基础2
1、硅、锗原子的简化模型
• 半导体元素：均为四价元素
半导体结构的描述
• 两种理论体系
– 共价键 结构 – 能级能带 结构
共价键结构（平面图）
2、半导体中的载流子
• 载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运动能 量的带电粒子。 • 有温度环境就有载流子。 • 绝对零度（-2730C）时晶体中无自由电子。
• 其中 Pp≈Na（受主杂质浓度）Fra bibliotek得出结论
• 杂质半导体少子浓度 – 主要由本征激发（Ni2）决定的（和温度 有关） • 杂质半导体多子浓度 – 由搀杂浓度决定（是固定的）
2.1.4 半导体中的电流
• 半导体中有 两种电流 – 漂移电流 漂移电流(Drift Current) – 扩散电流(Diffusion Current) 扩散电流(Diffusion
§2.2 PN结与半导体二极管
• PN结是构成半导体器件的 核心结构 核心结构。 • PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导 体 结合处所形成的 特殊结构。 特殊结构 • PN结是半导体器件的 心脏。
2.2.1 PN结的形成
• PN结形成“三步曲 三步曲” 三步曲
（1）多数载流子的 扩散运动 扩散运动。 （2）空间电荷区和少数载流子的 漂移运动 漂移运动。 （3）扩散运动与漂移运动的 动态平衡 动态平衡。
其中 CTO ------外加电压 v=0 时的CT
n ----- 系数（决定于材料的杂质分布，一般取
Vr---- --1/2~1/3）。 PN结内建电压
势垒电容CT原理（图）
（2）扩散电容 CD 扩散电容
• PN结外加正向偏置时，引起 扩散 浓度梯度变化 出现的电容（电荷） 效应。
半导体物理器件Chapter2-
势垒高度增加至 q(y0 VR) ，增高的势垒阻挡载流子通过PN结扩散，通
过PN结的电流非常小，结的阻抗很高。耗尽层宽度（突变结）：
1
W
2k0
y0 VR
qNd
2
（2-23）
PN结
2.2加偏压的PN结
4)根据能带图和修正欧姆定律分析结的单向导电性
在电子扩散区和空穴扩散区，
区间电势差 y 0 。
未形成PN结之前的N区（P区）的电子（空穴）浓度为：
nN dnie(E F nE i)/K T
pNani(EiEFp)/KT
可以得到分别的费米能级为：
EFnEi
KTlnNd ni
EFp
Ei
KTln
Na ni
再由热电势
VT
KT q
，得： y01 q(EFnEFp)VTlnNn diN 2a
耗尽区
n 型电中性区
（c） 与（b）相对应的空间电荷分布
PN结
2.1热平衡PN结
3.几个概念
耗尽近似：在空间电荷区，与电离杂质浓度相比，自由
载流子浓度可以忽略，这种近似称为耗尽近似。因此空间电 荷区也称为耗尽区（又称为耗尽层）。在完全耗尽的区域， 自由载流子密度为零。
中性近似：假设耗尽区以外，在杂质饱和电离情况下，
单边突变结（一侧的杂质浓度远远大于另一侧的质浓度的突变结）
PN结
NaNd
引言
4.突变结与线性缓变结 2)线性缓变结： 两区之间杂质过渡是渐变的
adNDNA常数
dx
- ax
xj 0
x
ND NA
0
x
在线性区： N(x)a(xxj)
第二章 半导体物理和半导体器件物理基础图文
如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻
率相应地降低50%左右
反之，纯净半导体在低温下的电阻率很高，呈
现出绝缘性
几种材料电阻率与温度的关系：
绝 缘 体
R
半导体
T
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比 如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电 阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下 适当波长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照 时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下 降为几十KΩ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而 改变即半导体的导电能力可以由外界控制
电离受主 B 价带空穴
使空穴摆脱受主束缚的能 量就是受主的电离能 受主杂质B的电离能很小， 只有0.045eV，因此受主 上的空穴几乎都能全部电 离，形成自由导电的空穴。
3.有机半导体
有机半导体通常分为有机分子晶体、有机分子络 合物和高分子聚合物。 酞菁类及一些多环、稠环化合物，聚乙炔和环化 脱聚丙烯腈等导电高分子，他们都具有大π键结 构。
2.2 半导体中的载流子
2.2.1 半导体的能带
量子态和能级
电子的微观运动服从不同于一般力学的量子力学规律， 其基本的特点包含以下两种运动形式： （1）电子做稳恒的运动，具有完全确定的能量。这种恒 稳的运动状态称为量子态，相应的能量称为能级。 （2）一定条件下（原子间相互碰撞，或者吸收光能量 等），电子可以发生从一个量子态转移到另一个量子态 的突变，这种突变叫做量子跃迁。 **量子态的最根本的特点是只能取某些特定的值，而不能 取随意值。
半导体物理基础(准费米能级)
第二章半导体物理基础一般而言，制作太阳能电池的最基本材料是半导体材料，因而本章将介绍一些半导体物理的基本知识，包括半导体中的电子状态和能带、本征与掺杂半导体、pn结以及半导体的光学性质等内容。
一、半导体中的电子状态和能带1、原子的能级和晶体的能带(m)一般的晶体结合，可以概括为离子性结合，共价结合，金属性结合和分子结合（范得瓦尔斯结合）四种不同的基本形式。
晶体的结合形式半导体材料主要靠的是共价键结合。
饱和性：一个原子只能形成一定数目的共价键；方向性：原子只能在特定方向上形成共价键；共价键的特点：电子的共有化运动当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有一定程度的交叠，相邻原子最外层交叠最多，内壳层交叠较少。
原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
电子只能在相似壳层间转移；最外层电子的共有化运动最显著；当两个原子相距很远时，如同两个孤立的原子，每个能级是二度简并的。
当两个原子互相靠近时，每个原子中的电子除了受到本身原子势场的作用，还要受到另一个原子势场的作用，其结果是每一个二度简并的能级都分裂为二个彼此相距很近的能级，两个原子靠得越近，分裂得越厉害。
当N个原子互相靠近形成晶体后，每一个N度简并的能级都分裂成N个彼此相距很近的能级，这N 个能级组成一个能带，这时电子不再属于某一个原子而是在晶体中作共有化运动。
分裂的每一个能带都称为允带，允带之间因没有能级称为禁带。
所有固体中均含有大量的电子，但其导电性却相差很大。
量子力学与固体能带论的发展，使人们认识到固体导电性可根据电子填充能带的情况来说明。
2、金属、绝缘体与半导体固体能够导电，是固体中电子在外电场作用下作定向运动的结果。
由于电场力对电子的加速作用，使电子的运动速度和能量都发生了变化。
也就是说，电子与外电场间发生了能量交换。
半导体物理讲义-2
半导体物理讲义-2第二部分半导体中的电子和空穴前面我们讨论了半导体能带结构的一些共同的基本特点。
不同的半导体材料．其能带结构不同，而且往往是各向异件的，即沿不同的被矢k方向，E ~ K关系不同。
由于问题复杂，虽然理论上发展了多种计算的力法．但还不能完全确定出电子的全部能态，尚需借助于实验帮助，采用理论和实验相结合的方法来确定半导体中电子的能态。
本节介绍最初测出载流子有效质量并据此推出半导体能带结构的回旋共振实验及硅和锗的能带结构。
因对大多数半导体，起作用的往往是导带底附近的电子和价带顶附近的空穴，所以只给出导带底和价带顶附近的能带结构一、k空间等能面已知，一维情况下设能带极值在k=0处，则导带底附近和价带顶附近的E ~ K关系：图极值附近E ~K 关系示意图所以，如果知道m*n和m*p ，则极值附近的能带结构便可了解。
对实标的三维晶体，以kx , ky , kz为坐标轴构成k空间，k空间任―矢量代表波矢k(kx , ky , kz) 。
其中简单情况（半导体或晶体具有各向同性时）：导带低附近E ~ K关系当E(k)为某一定值时，对应于许多组不同的(kx，ky，kz)，将这些组不同的(kx，ky，kz)连接起来构成一个封闭面，在这个面上的能量值均相等，这个面称为等能量面，简称等能面。
容易看出，上式表示的等能面是一系列半径为的球面。
图 k空间球形等能面平面示意图一般情况（半导体或晶体具有各向异性的性质）：导带低附近E ~ K关系晶体有各向异性时，E(k)与k的关系沿不同的k方向不一定相同，反映出沿不同的k 方向，电子的有效质量不一定相同，而且能带极值不一定位于k＝o处。
设导带底位于k0 ,能量为E(k0)，在晶体中选择适当的坐标轴kx , ky , kz，并令m*x , m*y , m*z分别表示沿kx , ky , kz 三个方向的导带底电子的有效质量，用泰勒级数在极值k0附近展开，略去高次项，得:注意：要具体了解这些球面或椭球面的方程，最终得出能带结构，还必须知道有效质量的值。
半导体物理与器件1.1——第二、三章
半导体物理与器件
定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用 （泡利不相容原理），使能级分裂形成能带。 定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中运动， 其能量不连续成能带。
自由电子的运动 晶体中电子的运动与孤立原子的电子、自由电子的运动不同： 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 晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动， 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。
27
半导体物理与器件
大量硅原子形成硅晶体的电子能级分裂示意图
第三章
固体量子理论初步
28
半导体物理与器件
以Si 为例:
每个Si原子最外层有2个S能级和6个p能级，N 个Si原子构成单晶体后，每个能级都分裂成N 个能级，因而总共有8N个能级。但由于形成晶 体时，SP3杂化使得在平衡状态时，3s和3p态 相互作用并交叠，最终每个原子具有4个成键 态（能量低）和4个反键态（能量高）；每个 原子核外的4个电子都填充其中的4个低能状态， 因而低能带被填满（价带），高能带被空臵 （导带）。
半导体物理与器件
第三章
固体量子理论初步
§3.1 固体的能带理论
能带理论是研究固体中电子运动的一个主要理论基础 为什么需要能带理论： 怎么样来描述电子
电子-全同性粒子
电子的状态：波失k，能量E；
第三章
固体量子理论初步
19
半导体物理与器件
§3.1 固体的能带理论
能带理论是单电子近似的理论 把每个电子的运动看成是独立的在一个等效势场中 的运动。（哈特里-福克自洽场方法） 通过能带理论理解 K空间能带图 电子、空穴 金属、绝缘体、半导体 重在理解能带形成的机理，E-k能带图的作用及意义。
半导体物理学知识重点总结
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==关于空气污染的资料篇一：关于环境污染的资料关于环境污染的资料说到环境污染，同学们或多或少都有切身体会，或者在电视上看到过污染的情况。
比方说汽车从我们身边开过，会扬起灰尘，汽车还排放尾气，这就是一种空气污染。
还有许多工厂都要排放废水，工厂生产需要使用干净的水，这些干净的水经过各种各样的生产工艺，水里边加进了许多污染物质，变成了废水，工厂再把这些废水排放到环境里去，就会污染河流、水渠、湖泊、水库，甚至是大海，这就是水污染。
我们生活中也产生许多废渣，我们叫它生活垃圾。
环境污染最大的危害是造成环境质量下降，从而影响我们的生活和身体健康，也影响经济发展。
现在，我国的城市空气质量良好的约占三分之一，受到轻度污染和重度污染的各占三分之一。
现代环境污染首先是伴随着工业发展而产生的，我们把它叫做工业污染。
我们把产生工业污染的工厂叫做工业污染源。
现在我国每年工业污染源排放到空气中的二氧化硫有1570万吨（201X年），工业粉尘841万吨，烟尘217万吨。
每年排放工业废水200亿吨。
每年排放工业固体废物8.9亿吨。
随着人口的增多，城市化水平的提高和生活水平的提高，生活污染也越来越严重，现在我国每年产生的城市生活污水有227亿吨，已经超过了工业废水的排放量。
生活二氧化硫排放量381万吨，烟尘217万吨。
由于现代农业的发展，化肥和农药大量使用，产生了农业污染，农业污染最可怕的是农产品有害物质含量超标。
因为农产品大量的是食品。
这几年在我国就出现了几起有毒大米、有毒猪肉、有毒食油的典型案件。
当然农业污染最普遍的是使食品中的有害物质含量增加。
这些有害物质我们食用后短时间内可能不会有什么感觉，如果时间长了，就会在身体内富集，危害我们的健康。
最可怕的还有这些有害物质会在自然界中通过食物链造成富集，长时期地积累在植物中和生物体内，最终影响到我们人类的身体健康。
刘诺-半导体物理学- 第二章
UESTC Nuo Liu
受 主 电 离 能：△EA=EA-EV
EC
受主电离能（束缚能） 受主电离能（束缚能） 是使被俘获的空摆脱 束缚， 束缚，从而可以参与 传导电流所需的能量。 传导电流所需的能量。 空穴浓度 0>电子浓度 0 空穴浓度p 电子浓度 电子浓度n
EA EV
UESTC Nuo Liu
半导体物理
SEMICONDUCTOR PHISICS
教案：刘诺 教案：刘诺 副教授 独立制作: 独立制作 刘 诺 副教授
电子科技大学 微电子与固体电子学院 微电子科学与工程系 Nuo Liu
UESTC
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
KEY 1、本征激发与本征半导体的特征 、
n0= p0
2、杂质半导体与杂质电离 、
（1）施主与 型半导体 ： ）施主与n型半导体 电子浓度n 空穴浓度 电子浓度 0 >空穴浓度 p0 （2）受主与 型半导体 ： ）受主与p型半导体 电子浓度n 空穴浓度 p0>电子浓度 0 电子浓度
UESTC Nuo Liu
§2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级
KEY：1、施主
施主能级 施主电离能 2、受主 受主能级 受主电离能
正、负电荷所处介质： ε = ε0εr 负电荷所处介质：
q2 电势能 U(r) = 4πε0εr r
m q m E0 施 电 能 ED = 主 离 = 2 →(3) m0 εr 8ε ε h
E0 受主电离能 EA = = 2 →(4) m0 εr 8ε ε h m q
* 4 p 2 2 2 0 r
ni——本征载流子浓度 ——本征载流子浓度
UESTC Nuo Liu
（3）n型半导体与p型半导体 型半导体与p
半导体物理学第二章ppt课件
B
P型半导体
EA
最新课件
受主能级
EC
EA EV
12
半导体的掺杂
• Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受
主和施主杂质，它们在禁带中引入了能
级；受主能级比价带顶高
E
，施主能级
A
比导带底低 E D ，均为浅能级，这两种
杂质称为浅能级杂质。
• 杂质处于两种状态：中性态和离化态。 当处于离化态时，施主杂质向导带提供 电子成为正电中心；受主杂质向价带提 供空穴成为负电中心。
（a）Si原子半径
（b）晶胞中所有Si原子占据晶胞的百分比
解：（a） r1(1 3a) 3a
24
8
（b）
84r3
3 a3
3
16
0.34
最新课件
6
间隙式杂质、替位式杂质
• 杂质原子位于晶格原子间的间隙位置， 该杂质称为间隙式杂质。
– 间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、 GaAs材料中的离子锂（0.068nm）。
• V族杂质能够施放(提供)导带电子被称为“施主杂质”或n 型杂质。将施主束缚电子的能量状态称为“施主能级”记 为ED。施主能级离导带底Ec的距离为ED。
• 结论：掺磷(5价)，施主，电子导电，n型半导体。
最新课件
9
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
• 2.4 缺陷、位错能级
最新课件
• 中性Au0为与周围四个Ge原子形成共价键，还可以依次由价带 再接受三个电子，分别形成EA1，EA2，EA3三个受主能级。价 带激发一个电子给Au0，使之成为单重电受主离化态Au-，电离 能为EA1-Ev ；从价带再激发一个电子给Au-使之成为二重电受 主离化态 Au＝ ，所需能量为EA2-Ev；从价带激发第三个电子给 使之成为三重电受主离化态Au ，所需能量为 EA3-Ev 。
第二讲-半导体物理及器件基础总结PPT课件
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p-n结的制备工艺
合金法
扩散法
空间电荷区（耗尽层）
• PN结建立在在N型和P型半导体的结合处，由于 扩散运动，失空穴和电子后形成不能移动的负离 子和正离子状态，这个区域称为空间电荷区（耗 尽层）。
电流方向
• 空穴扩散电流 I 的方向与扩散运动方向一致， 而电子扩散电流 I 的方向与扩散运动方向相 反。
• 所以总电流方向仍然一致。
思考题与习题
• 导体、半导体和绝缘体的区别和在电子线路以及 集成电路制造中的作用？
• 说明半导体材料的三大特性及其应用 • 解释本征半导体、杂质半导体的区别？ • 解释N型半导体与P型半导体的区别？ • 为什么说这两种半导体仍然对外呈电中性？ • 解释杂质半导体的多子浓度和少子浓度各由何种
第二章 半导体物理基础2
§2.1 半导体物理基础知识 §2.2 PN结与半导体二极管
§2.1 半导体物理基础知识
2.1.1、本征半导体 (Intrinsic Semiconductor)
• 固体材料 分为
–晶体 –非晶体
• 本征半导体 是
–晶格完整（金刚石结构）、 –纯净（无杂质）的半导体。
1、硅、锗原子的简化模型
1、载流子的漂移运动
• 漂移运动(Drift Motion) – 是由电场力引起的载流子定向运动
• 漂移电流
I =In + Ip 其中In为电子流，Ip为空穴流 In和Ip的方向是一致的。
• 漂移电流的大小由半导体载流子浓度、迁移速度 以及外加电场强度等因素所决定。
2、扩散电流
• 扩散电流
– 是由于载流子浓度不均匀（浓度梯度）所造成 的。
其中：ni ----- 自由电子浓度； pi --------- 空穴浓度； A ---- 与 材料有关的常数； T ------ 热力学温度 Ego ----- T=0K时禁带宽度；
k---- 波尔兹曼常数
计算实例
• 锗（Ge）原子密度为4.4 × 1022cm-3
Ni = pi =2.38×1013cm-3
• 其中 Pp≈Na（受主杂质浓度）
得出结论
• 杂质半导体少子浓度 – 主要由本征激发（Ni2）决定的（和温度 有关）
• 杂质半导体多子浓度 – 由搀杂浓度决定（是固定的）
2.1.4 半导体中的电流
• 半导体中有 两种电流 – 漂移电流(Drift Current)
– 扩散电流(Diffusion Current)
因素决定的？ • 解释漂移电流和扩散电流的构成？为何说总电流
方向仍然是一致的？
§2.2 PN结与半导体二极管
• PN结是构成半导体器件的 核心结构。 • PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导
体 结合处所形成的 特殊结构。 • PN结是半导体器件的 心脏。
2.2.1 PN结的形成
• PN结形成“三步曲”
• 本征激发 和温度有关 • 会成对产生电子空穴对
--- 自由电子(Free Electron) --- 空 穴(Hole)
• 两种载流子（带电粒子）是半导体的重要 概念。
本征激发与复合
• 本征激发
一分为二 合二为一
复合
本征半导体导电能力
• 本征（热平衡）载流子浓度 ni = pi = A T3/2e-Ego/2kT
1、N型半导体
• 施主杂质(Donor impurities) ：
– 掺入五价元素，如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。
• 正离子状态：
– 失去多余电子后束缚在晶格内不能移动。
图示： N型半导体结构示意图
N型半导体
• N型半导体：电子型半导体
– 多子(Majority)：自由电子(Free Electron) – 少子(Minority)：空 穴(Hole)
• PN结又称为
..
–自建电场、
–势垒区、
–阻挡层。
– 多子(Majority) ：空 穴(Hole)
– 少子(Minority ：自由电子(Free Electron)
电中性
• P型半导体： 空 穴 数 = 自由电子数 + 受主杂质数
2.1.3、杂质半导体的载流子浓度
• 对N型半导体
nn ·pn = ni2
其中： nn 为多子, pn 为少子
ni2 为本征半导体浓度
N型半导体的多子浓度和少子浓度 多子浓度 nn≈Nd
少子浓度 pn = ni2 / nn≈ni2 / Nd
• 其中 nn≈Байду номын сангаасd（施主杂质浓度）
P型半导体
• pp ·np = ni2
其中: pp为多子, np为少子
ni2 为本征半导体浓度
P型半导体的多子浓度和少子浓度
多子浓度 pp≈Na 少子浓度 np = ni2 / Pp≈ni2 / Na
• 空穴电流 Ip=-q A Dp dp/dx 电子电流 In= q A Dn dn/dx
其中 Dp--- 扩散系数（空穴） Dn----扩散系数（电子） A ---- 截面积
扩散电流
• 由上式可见扩散电流正比于浓度分布线上 某点处的斜率 dn(x)/dx或 dp(x)/dx(假设x 方 向）。
• 扩散电流与浓度本身无关。
• 硅（Si) 原子密度为5 × 1022cm-3
Ni = pi =1.43×1010cm-3
2.1.2 杂质半导体
(Impurity Semiconductor ) • 杂质半导体：
– 在纯净半导体中掺入杂质 所形成。
• 杂质半导体分两大类：
–N型 (N type)半导体 –P型 (P type)半导体
电中性
• N型半导体： 自由电子数= 空 穴 数 + 施主杂质数
2、 P型半导体
• 受主杂质(Acceptor impurities) ：
– 掺入三价元素，如硼(B)、铝(Al)、铟(In)。
• 负离子状态：
– 易接受其它自由电子。
图示： P型半导体结构示意图
P型半导体
• P型半导体：空穴型半导体
• 半导体元素：均为四价元素
半导体结构的描述
• 两种理论体系
– 共价键 结构 – 能级能带 结构
共价键结构（平面图）
2、半导体中的载流子
• 载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运动能 量的带电粒子。
• 有温度环境就有载流子。 • 绝对零度（-2730C）时晶体中无自由电子。
热激发（本征激发）