半导体物理知识总结

单电子近似假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。该势场是具有与晶格同周期的周期性势场共有化运动由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动空穴通常把价带中空着的状态看成是带正电的例子电子有效质量有效质量概括了半导体内部势场作用，使得在解决半导体中电子在外力作用的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。特点：1.有效质量由材料确定的2.有效质量可以用实验来测定3. 由于晶体各向异性，有效质量也各向异性。半导体中的载流子：能够导电的自由粒子。电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子。空穴：带正电的导电载流子，对应于价带中的电子空位。本征导电是由相同数目的电子和空穴所构成的混合导电性。直接带隙硅和锗的导带底和价带顶在k空间处于不同的k值。简介带隙GaAs的导带的极小值点和价带的极大值点为于K空间的同一点。间隙式杂质杂质原子位于晶格原子之间的间隙位置。替位式杂质杂质原子取代晶格原子而位于格点位置。杂质的补偿作用施主和受主之间相互抵消的作用。深、浅能级杂质杂质能级距离导带底,价带顶都比较远、近。热平衡状态在一定温度下，这两个相反的过程之间将建立起动态平衡。热平衡载流子半导体中的导电电子浓度和空穴浓度都保持一个稳定的数值，这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴成为~。非平衡状态一定温度下，在外界作用下（光照、电场），半导体载流子浓度发生变化，偏离热平衡状态，这种状态就是非平衡状态。。非平衡载流子比平衡状态多出来的这部分载流子。非热平衡载流子寿命非平衡载流子在半导体中的生存时间称为非子寿命。复合几率一个非平衡子,在单位时间内发生复合的次数。准平衡态非平衡态体系中,通过载流子与晶格的相互作用,导带电子子系和价带空穴子系分别很快与晶格达到平衡。准费米能级E F n , E F P—用以替代E F ,描述导带电子子系和价带空穴子系局部的费米能级引入意义。光注入用光（hv≧Eg）照射半导体产生过剩载流子的方法称为光注入。稳态—当外界因素保持恒定,非平衡载流子的数目宏观上保持不变。产生率单位时间单位体积内产生的电子-空穴对数。复合率单位时间内复合掉的电子-空穴对数。直接复合—导带电子直接跃迁到价带。间接复合--导带电子跃迁到价带之前,要经历某一(或某些)中间状态。这些中间状态是禁带中的一些能级—复合中心.复合中心可以位于体内,也可以与表面有关。陷阱效应在非平衡载流子的情况下发生的一种效应，金属绝缘体半导体能带金属:有一个部分充满的导带。绝缘体:导带和价带之间存在较大的能隙—导带全空,价带全满.(满带电子对导电没有贡献) 半导体:导带和价带之间存在适当能隙的材料,Eg∽1eV. 导带几乎全空,价带几乎全满. 电子刚好填满最后一个带→绝缘体和半导体。一个带仅仅是部分被电子占有→导体.迁移率随温度和杂质浓度Ni的影响低温时，主要是电离杂质的散射，T↑，μ↑。高温时，主要是晶格散射，T↑，μ↓。N i＜1017/cm3，μ与N i无关；N i＞1017/cm3，μ随N i的增加而下降。电阻率随温度的变化AB段温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由电离提供，随温度升高而增加，散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下

降。BC 段温度升高，杂质已全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大。C 段温度继续升高，本证激发很快增加，大量本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，电阻率随温度升高而极具下降。声学波散射 对能带具有单一极值的半导体,或多极值半导体中电子在一个能谷内的散射。主要起散射作用的是长波。长声学波中,主要起散射作用的是纵波。长纵声学波传播时和气体中的声波类似，会造成原子分布的疏密变化，产生体变，即疏处体积膨胀，密处压缩。如图。在一个波长中，一半处于压缩状态，一半处于膨胀状态，这种体变表示原子间距的减小或增大。声学波散射几率随温度的升高而增加。准费米能给的偏移 多数载流子的准费米能级和平衡时的费米能级偏离不多，而少数载流子的准费米能级则偏离很大。空穴扩散流密度 S p 单位时间通过单位面积的粒子数 空穴扩散系数D p 反映了非平衡少数载流子扩散本领的大小。P-N 结及其能带图 当无外加电压, 载流子的流动终将达到动态平衡(漂移运动与扩散运动的效果相抵消, 电荷没有净流动), p-n 结有统一的E F (平衡pn 结)。结面附近,存在内建电场,造成能带弯曲,形成势垒区(即空间电荷区).半导体功函数W s =E 0-（E F ）s 。电子亲和能x=E 0-E c 。欧姆接触 它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。反型状态 表面处少子浓度

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T k qV p n T k qV n n s

p i s s p 002

00exp exp ，当表面处少子浓度0p s p n =时，上式变化为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T k qV n p s

i p 0220exp 或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T k qV n p s i p 002exp ，根据玻耳兹曼统计得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T k qV n p

B i p 00exp ，则强反型的条件B s V V 2≥。爱因斯坦关系式 q T k D n n 0=μq T k D p p 0=μ。连续性方程 单位体积内空穴随时间的变化率

。