半导体物理学刘恩科通用.ppt

半导体物理学半导体物理学课程考核办法:
本课采用开卷笔试的考核办法。第九周安排一次期中考试。
总评成绩构成比例为：平时成绩10%；期中考试45%；期末考试45%

微电子学研究领域固体材料分成：超导体、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练习原子的能级+14原子的能级的分裂原子的能级的分裂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半导体中电子的运动固体材料分成：超导体、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半导体中电子的平均速度自由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空穴K空间等能面K空间等能面K空间等能面

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练习费米能级费米分布函数费米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载流子浓度乘积本征半导体载流子浓度本征费米能级本征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费米能级费米能级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布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子，也称为非平衡载流子平衡载流子满足费米－狄拉克统计分布过剩载流子和电中性小注入条件小注入条件非平衡载流子寿命复合费米能级准费米能级准费米能级准费米能级产生和复合复合产生练习陷阱效应扩散扩散电流半导体内总电流扩散系数和迁移率的关系举例

PN结杂质分布PN结杂质分布PN结的形成PN结中的能带内建电势内建电势能带

内建电势

电场VA0条件下的突变结反偏PN结准费米能级理想二极管方程理想二极管方程定量方程准中性区的载流子运动情况耗尽层边界(续)准中性区载流子浓度理想二极管方程理想二极管方程(1)电子电流PN结电流PN结电流与温度的关系与理想情况的偏差空间电荷区的产生与复合空间电荷区的产生与复合-1VAVbi时的大电流现象VAVbi时的大电流现象-1VAVbi时的大电流现象-2VAVbi时的大电流现象-3反向击穿雪崩倍增齐纳过程PN结二极管的等效电路反向偏置结电容反向偏置结电容-1反向偏置结电容-2参数提取和杂质分布扩散电容扩散电容-1扩散电容-2练习

金属和半导体的接触金属和半导体的接触整流理论扩散理论肖特基势垒二极管与二极管的比较欧姆接触

MIS结构能带图能带图-1MIS结构积累耗尽耗尽-1反型反型-1外加偏置QsMIS结构的基本公式MOS结构的基本公式-1平带FlatBandVoltageMIS电容MIS电容MIS电容-2