半导体物理学(第七版).ppt

半导体物理学任课老师：刘城芳

办公地点：教五-101

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半导体物理学课程考核办法:

本课程采用闭卷考试方式。

总评成绩由平时成绩和期末成绩组成。平时成绩占总评的30%，期末成绩占总评的70%。平时成绩从作业、上课出勤率等方面进行考核。
半导体物理课程是电子科学与技术学科的核心专业基础课程。
半导体物理知识是一把开启电子材料与器件、光电子材料与器件的钥匙。
半导体物理课程也是一门有趣的课程，它可以像魔术师般把电、热、声、光、磁、力等物理现象有机联系在一起。半导体的发展史半导体概要半导体器件有哪些？半导体器件有哪些？半导体概要半导体概要半导体概要半导体概要行半导体概要固体材料分成：导体、半导体、绝缘体

半导体的纯度和结构晶体结构晶体结构金刚石晶体结构半导体有:元素半导体如Si、Ge
半导体有:化合物半导体如GaAs、InP、ZnS练习原子中电子的状态和能级原子中电子的状态和能级原子中电子的状态和能级单个电子中，电子的状态是：

总是局限在原子和周围的局部化量子态，其
能级取一系列分立的值。原子的能级分裂原子的能级分裂原子的能级分裂Si的能带（价带、导带和带隙〕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自由电子的运动自由电子的运动半导体中电子的运动半导体中电子的运动求解一维条件下晶体中电子的薛定谔方程，可以得到如图所示晶体中电子的E(k)~k关系：半导体中电子的运动半导体中电子的运动固体材料分成：导体、半导体、绝缘体半导体、绝缘体和导体半导体的能带练习半导体中E（K）与K的关系半导体中E（K）与K的关系自由电子的能量自由电子的速度半导体中电子的平均速度半导体中电子的速度半导体中电子的加速度半导体中电子的加速度有效质量的意义有效质量的性质空穴K空间等能面K空间等能面K空间等能面练习练习练习3.

与理想情况的偏离与理想情况的偏离的影响与理想情况的偏离的原因硅、锗晶体中的杂质能级间隙式杂质、替位式杂质间隙式杂质、替位式杂质练习杂质的类型浅能级杂质电离能的计算杂质的补偿作用深能级杂质深能级杂质深能级杂质以GaAs为例，按周期表各元素讨论如下：练习5.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。6.半导体中的电子状态
半导体中杂质和缺陷能级
半导体中载流子的统计分布
半导体的导电性
非平衡载流子
pn结
金属和半导体的接触
半导体表面与MIS结构热平衡状态态密度的概念态密度的计算空间中的量子态态密度态密度费米能级费米分布函数费米分布函数费米能级玻尔兹曼分布函数玻尔兹曼分布函数玻尔兹曼分布函数玻尔兹曼分布函数玻尔兹曼分布函数练习导带中的电子浓度导带中的电子浓度导带中的电子浓度价带中的空穴浓度能带中的载流子浓度能带中的载流子浓度能带中的载流子浓度载流子浓度乘积本征半导体载流子浓度半导体载流子浓度和费米能级半导体载流子浓度和费米能级电中性方程本征费米能级对于Si，Ge，GaAs，在室温（300k）下，第二项可以忽略。
可以认为本征费米能级位于禁带的中央：本征载流子浓度本征载流子浓度2.半导体材料的ni随温度的升高而迅速增加。杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度n型半导体的载流子浓度费米能级费米能级费米能级简并半导体简并半导体与非简并半导体的区别：通过费米能级相对于带边的位置判断是否简并查出在室温下，简并半导体中的杂质只有很少一部分电离。禁带变窄效应小结小结小结小结小结练习练习练习练习练习10.以施主杂质电离90%作为强电离的标准，求掺砷的n型锗在300K时，
以杂质电离为主的饱和区掺杂质的浓度范围？练习练习练习练习练习练习练习半导体中的电子状态
半导体中杂质和缺陷能级
半导体中载流子的统计分布
半导体的导电性
非平衡载流子
pn结
金属和半导体的接触
半导体表面与MIS结构欧姆定律欧姆定律漂移电流漂移速度半导体的电导率和迁移率半导体的电导率和迁移率Question热运动热运动散射的原因电离杂质的散射晶格振动的散射晶格振动的散射练习与的关系与的关系与的关系、与的关系、与的关系与及的关系与及的关系影响迁移率的因素N型半导体

P型半导体

本征半导体电阻率与掺杂的关系电阻率与温度的关系速度饱和耿氏效应练习练习练习练习

平衡载流子由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分