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半导体物理基础第一章课件

半导体物理基础第一章课件
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1.7.5只有一种杂质的半导体
• 2、P型半导体
• 在杂质饱和电离的温度范围内有:p N a • 导带电子浓度为: n ni2 ni2
p Na
• 费米能级为
EF

EV
KT ln
NV Na
EF

Ei
KT
ln
Na ni
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1.7.5只有一种杂质的半导体
• 结论:对于P型半导体,在杂质饱和电离 温度范围之内,费米能级位于价带顶之上, 本征费米能级之下。随着掺杂浓度提高, 费米能级接近价带顶;随着温度升高,费 米能级远离价带顶。
成共价键时,将因缺少一个价电子而形 成一个空穴,于是半导体中的空穴数目 大量增加。
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1.6杂质能级
• Acceptor,掺入半导体的杂质原子向半导 体中提供导电的空穴,并成为带负电的 离子。
• 掺入受主杂质的半导体为P(Positive)型 半导体。施主杂质的浓度记为NA。
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1.6杂质能级
• 受主接受电子称为受主杂 志,提供了一个局域化的 电子态,相应的能级称为 受主能级—Ea。
NV

2 2mdp KT
h3
3 2
• 称为价带有效状态密度
34
1.7.3能带中电子和空穴的浓度
• 导带电子浓度和价带空穴浓度之积
Eg
np Nc NV e KT • 式 把中它E写g为成禁经带验宽关度系。式与E温g 度有E关g0 , 可T以
• 其 时中的Eg值为。禁带宽度温度系数,Eg0为0K
Chap1 半导体物理基础
1
1.2 能带
一、能带的形成 • 能级:电子所处的能量状态。 • 当原子结合成晶体时,原子最外层的价

半导体物理基楚信息功能材料ppt课件

半导体物理基楚信息功能材料ppt课件
在一块纯净的半导体晶 片上,采用特殊的掺杂工艺, 在两侧分别掺入三价元素和 五价元素。一侧形成P型半 导体,另一侧形成N型半导 体,在结合面的两侧分别留 下了不能移动的正负离子, 呈现出一个空间电荷区。这 个空间电荷区就称为p-n结。
图1-5基本结构示意图
图1-6 p-n结的形成
12
❖ 单纯的p型或n型半导体,仅仅是导电能力增强而 已,还不具备半导体器件所要求的各种特性。但如 果形成一个p-n结。 当p型半导体和n型半导体“结 合”在一起时,由于p型半导体的空穴浓的高,自 由电子的浓度低;而n型半导体的自由电子浓度高, 空穴浓度低,所以交界面两侧的载流子在浓度上形 成了很大的差别。于是就在交界面附近产生了多数 载流子的扩散运动。
9
3、 杂质的补偿作用
❖ 实际的半导体中既有施主杂质(浓度nd), 又有受主杂质(浓度na),两种杂质有补偿 作用:
❖ 若nd na——为n型(施主) ❖ 若nd na——为p型(受主) ❖ 利用杂质的补偿作用,可以制成 p-n 结。
10
综上所述
Ⅲ族元素 Ⅴ族元素
掺入半导体, 分别成为
受主杂质 施主杂质
7
❖ 1、N型半导体
❖ 四价的本征半导体 Si 、Ge等,掺入少量五价的杂质元素 (如P、As等)形成电子型半导体,称 n 型半导体。
❖ 量子力学表明,这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠 空带处, 杂质电离能∆ED~10-2eV,极易形成电子导电。该 能级称为施主能级。
在n型半导体中,电子是多数载流子而空穴是少数载流子
在禁带中引入了 新的能级,分别为
常温下,杂质都 处于离化态
受主能级:比价带顶高ΔEA 施主能级:比导带底低ΔED
受主杂质向价带提供空穴而成为负电中心 施主杂质向导带提供电子而成为正电中心

《半导体物理学》课件

《半导体物理学》课件
重要性
半导体物理学是现代电子科技和信息 科技的基础,对微电子、光电子、电 力电子等领域的发展具有至关重要的 作用。
半导体物理学的发展历程
19世纪末期
半导体概念的形成,科学家开始认识到 某些物质具有导电性介于金属和绝缘体
之间。
20世纪中叶
晶体管的商业化应用,集成电路的发 明,推动了电子科技和信息科技的发
半导体中的热电效应
总结词
解释热电效应的原理及其在半导体中的应用。
详细描述
当半导体受到温度梯度作用时,会在两端产生电压差 ,这一现象被称为热电效应。热电效应的原理在于不 同温度下,半导体内部载流子的分布不同,导致出现 电势差。热电效应在温差发电等领域有应用价值,可 以通过优化半导体的材料和结构来提高热电转换效率 。
分析器件在长时间使用或恶劣环 境下的性能退化,以提高其可靠 性。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
06
半导体材料与工艺
半导体材料的分类和特性
元素半导体
如硅、锗等,具有稳定的化学性质和良好的半导 体特性。
化合物半导体
如砷化镓、磷化铟等,具有较高的电子迁移率和 光学性能。
宽禁带半导体
如金刚石、氮化镓等,具有高热导率和禁带宽度 大等特点。
半导体材料的制备和加工
气相沉积
通过化学气相沉积或物理气相沉积方法制备 薄膜。
05
半导体器件的工作原理
二极管的工作原理
总结词
二极管是半导体器件中最简单的一种 ,其工作原理基于PN结的单向导电性 。
详细描述
二极管由一个P型半导体和一个N型半 导体结合而成,在交界处形成PN结。 当正向电压施加时,电子从N区流向P 区,空穴从P区流向N区,形成电流; 当反向电压施加时,电流极小或无电流 。

半导体物理基础知识 ppt课件

半导体物理基础知识  ppt课件
原子最外层的电子称为价电子,有几个 价电子就称它为几族元素。 若原子失去一个电子,称这个原子为正 离子,若原子得到一个电子,则成为一个带负电的 负离子。原子变成离子的过程称为电离。
ppt课件
4
1.2半导体材料硅的晶体结构
1.2.2晶体结构
固体可分为晶体和非晶体两大类。 原子无规则排列所组成的物质为非晶体。而晶 体则是由原子规则排列所组成的物质。晶体有 确定的熔点,而非晶体没有确定熔点,加热时 在某一温度范围内逐渐软化。 1.2.3单晶和多晶 在整个晶体内,原子都是周期性的 规则排列,称之为单晶。由许多取向不同的单 晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。
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1.6半导体的导电原理
1.6半导体的导电原理
导带
E (禁带宽)
g
价带
ppt 课件 1.6-1 图
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1.6半导体的导电原理
1.6.2产生和复合 由于热或光激发而成对地产生电子空穴对,这种过程 称为“产生”。空穴是共价键上的空位,自由电子在运动中与 空穴相遇时,自由电子就可能回到价键的空位上来,而同时消 失了一对电子和空穴,这就是“复合”。在一定温度下,又没 有光照射等外界影响时,产生和复合的载流子数相等,半导体 中将在产生和复合的基础上形成热平衡。此时,电子和空穴的 浓度保持稳定不变,但是产生和复合仍在持续的发生。 1.6.3杂质和杂质半导体 纯净的半导体材料中若含有其它元素的原子,那么, 这些其它元素的原子就称为半导体材料中的杂质原子。对硅的 导电性能有决定影响的主要是三族和五族元素原子。还有些杂 质如金,铜,镍,锰,铁等,在硅中起着复合中心的作用,影 响寿命,产生缺陷,有着许多有害的作用。
ppt课件
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1.2半导体材料硅的晶体结构

大学物理课件半导体基础 共94页PPT资料

大学物理课件半导体基础 共94页PPT资料
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(1-3)
半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有 不同于其它物质的特点。例如:
• 当受外界热和光的作用时,它的导电能 力明显变化。
势垒电容:势垒区是积累空间电荷的区域,当电压变化时, 就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化,这样所表现出 的电容是势垒电容。
-N
扩散电容:为了形成正向电流
+
(扩散电流),注入P 区的少子
P
(电子)在P 区有浓度差,越靠
近PN结浓度越大,即在P 区有电
子的积累。同理,在N区有空穴的
积累。正向电流大,积累的电荷
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力,使原子规 则排列,形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为 束缚电子,常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以 本征半导体的导电能力很弱。
(1-8)
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有 可以运动的带电粒子(即载流子),它的导电 能力为 0,相当于绝缘体。
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW10V,Izmax20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin5mA
负载电阻 RL 2k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时,负载电压基本不变。
求:电阻R和输入电压 ui 的正常值。

《半导体物理基础》课件

《半导体物理基础》课件
当电子从导带回到价带时,会释 放能量并发出光子,这就是发光 效应。发光效应是半导体的一个 重要应用,如发光二极管和激光 器等。
04 半导体中的载流子输运
CHAPTER
载流子的产生与复合
载流子的产生
当半导体受到外界能量(如光、热、电场等)的作用时,其 内部的电子和空穴的分布状态会发生改变,导致电子和空穴 从价带跃迁到导带,产生电子-空穴对。
06 半导体物理的应用与发展趋势
CHAPTER
半导体物理在电子器件中的应用
01
02
03
晶体管
利用半导体材料制成的晶 体管是现代电子设备中的 基本元件,用于放大、开 关和整流信号。
集成电路
集成电路是将多个晶体管 和其他元件集成在一块芯 片上,实现特定的电路功 能。
太阳能电池
利用半导体的光电效应将 光能转化为电能,太阳Hale Waihona Puke 电池是可再生能源的重要 应用之一。
半导体物理在光电子器件中的应用
LED
发光二极管,利用半导体的光电效应发出可见光 ,广泛应用于照明和显示领域。
激光器
利用半导体的光放大效应产生激光,用于数据存 储、通信和医疗等领域。
光探测器
利用半导体的光电效应探测光信号,用于光纤通 信、环境监测等领域。
半导体物理的发展趋势与展望
新材料和新型器件
随着科技的发展,人们不断探索新的半导体材料和新型器件,以 提高性能、降低成本并满足不断变化的应用需求。
闪锌矿结构
如铬、钨等金属的晶体结构。
如锗、硅等半导体的晶体结构。
面心立方结构(fcc)
如铜、铝等金属的晶体结构。
纤锌矿结构
如氮化镓、磷化镓等半导体的晶 体结构。
晶体结构对半导体性质的影响

《半导体物理学》课件

《半导体物理学》课件
《半导体物理学》PPT课 件
探索半导体物理学的奥秘,了解半导体的基础概念、晶体结构与晶格常数, 以及能带结构与载流子的相关知识。
晶体的奇妙世界
晶体结构
了解晶体的结构和晶格常数, 揭示晶体的秘密。
能带结构
探索半导体中电子在能带中的 行为和载流子的形成机制。
掺杂与输运理论
深入了解掺杂技术和半导体中 的电荷传输现象。
了解半导体材料的制备技术和制备过程中 的关键因素。
揭示浅表面态和接触势在半导体材料中的 作用和应用。
3 色散与激发态
4 NV中心及其应用
探索半导体材料中的色散效应和激发态, 了解它们对器件性能的影响。
深入了解NV中心的特性和应用,揭示量子 信息技术的前沿进展。
小结
深入探索
半导体物理学是一个广阔而 深奥的领域,不断追求知识 的深度。
半导体激光器和光电子器件
半导体激光器
激光二极管
探索半导体激光器的基础理论 和应用,揭示激光技术的魅力。
了解激光二极管的工作原理和 应用,探索光电子学中的新概 念。
集成光电子器件
深入了解集成光电子器件的设 计和制造,揭示光电子学的未 来发展方向。
半导体材料与制备技术
1 材料制备技术
2 浅表面态与接触势
1
量子点与纳米结构
探索量子点和纳米结构在半导体领域的研究和应用质结的特性和优势,探讨它们在电子元件中的重要性。
3
集成光电子元件
探索集成光电子元件的设计和制造技术,展望未来的光电子学发展方向。
4
芯片设计与制造技术
深入了解芯片设计和制造技术,揭示电子器件的前沿研究和应用动向。
半导体器件的魅力
二极管
探索PN结和二极管的原理,了解它们在电子 学领域的应用。
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2020/12/2
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2020/12/2
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精品资料
• 你怎么称呼老师?
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你 是否会认为老师的教学方法需要改进?
• 你所经历的课堂,是讲座式还是讨论式? • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒,也不怕那风雨狂,只怕先生骂我 笨,没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早……”
第一章
1.半导体材料的一般特性。 2.晶向指数和晶面指数。()、{ }、[ ]、 < > 2.回旋共振实验原理.已知半导体导带的极值的方向,判断回旋共振实验的结果。 3.比较Si,Ge,GaAs能带结构的特点。 4.重空穴,轻空穴的概念.
第二章
1.什么是本征半导体和本征激发? 2.施主杂质和受主杂质。 3.画出(a)本征半导体、(b)n型半导体、(c)p型半导体的能带图,标出费米
2020/12/2
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第六章
1. 试述平衡p-n结形成的物理过程,画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向.
2. 会写内建电势差VD的公式。分析锗p-n结与硅p-n结的VD哪个大?为什么? 3. 已知掺杂分布,说出求电场、内建电压和空间电荷区宽度的步骤。
4. 平衡p-n结,正向偏置p-n结,反向偏置p-n结的空间图、能带图,各区域载流子浓度表 达式、载流子运动方向、电流方向。
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第五章
1. 热平衡态、非平衡态、稳态概念. 2. 何谓准费米能级,为何要引入准费米能级?它和费米能级的区别是什么? 3. 会写非平衡态下载流子浓度表达式。 1. ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谓直接复合?间接复合?
2. 推导直接复合的非平衡载流子寿命公式,并试从直接复合的非平衡载流子寿命 公式出发说明小注入条件下,寿命为定值。
2.状态密度,导带的有效状态密度Nc,价带的有效状态密度Nv概念.
3. n0 p0 的物ni2理意义.
4 n型,p 型(包括同时含有施主和受主杂质)半导体的电中性方程。 5.解释载流子浓度随温度的变化关系。 6.了解温度、杂质浓度对费米能级位置的影响。 7.何谓非简并半导体、简并半导体?简并化条件? 8.定性说明简并半导体的能带结构会发生何变化?
能级、导带底、价带顶、施主能级和受主能级的位置。 4.掺杂对半导体导电类型及导电能力如何影响的? 5.金原子的带电状态与浅能级杂质的关系?
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6.何谓浅能级杂质?深能级杂质?各自的作用 7.何谓杂质补偿?有何实际应用?
第三章
1.写出热平衡时, n0,p0,nD 的,表p达A 式,n0、p0用ni表示的表达式。
5. 写出p-n结I-V方程,并说明方程中每一项的物理意义?
6. p-n结的理想伏-安特性与实际伏-安特性有哪些区别?定性分析原因。
7. p-n结电容包括哪两种?在正向偏置或反向偏置下哪种电容起主要作用?为什么?
8. 为什么说p-n结电容具有可变性?
9. 定性分析影响p-n结电容大小的因素?并举例说明p-n结电容对器件性能的影响。
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第四章
1. 何谓漂移运动?迁移率的定义、量纲。 2. 平均自由程和平均自由时间的概念。 3. 半导体的主要散射机制?温度对它们的影响,原因? 4. 解释迁移率与杂质浓度、温度的关系 5. 解释电阻率随温度的变化关系.公式:电阻率与迁移率、载流子浓度关系式。 6. 电导有效质量、态密度有效质量的公式,并了解应用场合。 7. 强电场下Si、Ge和GaAs的漂移速度的变化规律,并解释之。 8. 何谓热载流子? 9. 说明耿氏振荡的形成机制。
10.p-n结击穿主要有哪几种?说明各种击穿产生的原因和条件.影响它们的因素有哪些?
11.在隧道二极管中,n区常重掺杂使EFn位于导带中,p区重掺杂使EFp位于价带中,画出
这种二极管在零偏时的能带图,并说明外加正偏或反偏时,能带将如何变化?
11.隧道二极管与一般p-n二极管的伏-安特性有什么不同?它有什么特点?
3. 了解间接复合的净复合率公式中各参量代表的意义,并从间接复合的净复合率 公式出发说明深能级是最有效的复合中心。
4. 已知间接复合的非平衡载流子寿命公式的一般形式,推导不同费米能级位置下 的寿命公式。
5. 何谓扩散运动?扩散系数的定义、量纲。 6. 爱因斯坦关系式?会推导。 7. 扩散长度和牵引长度的定义。 8. 在不同条件下,对连续性方程进行化简。
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