1、半導(dǎo)體器件物理第一章學(xué)習(xí)第1頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二 說明與聲明歡迎和感謝對半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)的使用。由于作者水平所限，編寫時間倉促，錯誤之處在所難免 ，歡迎和感謝批評指正。半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)僅供師生教學(xué)使用， 尚未作為文字出版物出版，但是半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)作為吉林大學(xué),吉林省和中華人民共和國教育部國家精品課半導(dǎo)體器件物理與實(shí)驗課程的網(wǎng)上資源已經(jīng)上網(wǎng)。任何未經(jīng)本人允許而銷售或在任何出版物中引用半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)中的任何材料的做法都將被視為是侵犯編者的知識產(chǎn)權(quán)的行為。 半導(dǎo)體器件物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)編者 孟慶巨 于吉林大學(xué) 2007年12月30日 第2頁，

2、共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二第一章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第3頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二一名詞、概念、術(shù)語與問題 第4頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二1.2載流子的統(tǒng)計分布導(dǎo)帶電子濃度其中稱為導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度第5頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二價帶空穴密度其中稱為價帶有效狀態(tài)密度第6頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二導(dǎo)帶電子濃度和價帶空穴濃度之積式中 為禁帶寬度。 與溫度有關(guān)，可以把它寫成經(jīng)驗關(guān)系式于是 ，其中 為常數(shù)第7頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二本

3、征半導(dǎo)體 np于是 ，稱為質(zhì)量作用定律。利用 和 ，也可以把電子和空穴濃度寫成下面的形式第8頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二只有一種雜質(zhì)的半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)帶電子濃度就等于施主濃度或p升高，費(fèi)米能級逐漸遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底。 第9頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二P型半導(dǎo)體在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)帶電子濃度為費(fèi)米能級 第10頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體在 的半導(dǎo)體中， 相應(yīng)的費(fèi)米能級為 和第11頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二在 的半導(dǎo)體 相應(yīng)的費(fèi)米能級為第1

4、2頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二流密度和電流密度在漂移和擴(kuò)散同時存在的情況下，空穴和電子的流密度分別為電流密度分別為在一維情況下，空穴和電子的電流分別為式中為電流垂直流過的面積。（1-135） （1-132） （1-133） （1-134） （1-136） （1-137） 第13頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二非均勻半導(dǎo)體中的自建場半導(dǎo)體中的靜電場和勢非均勻半導(dǎo)體和自建電場第14頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二電場 定義為電勢 的負(fù)梯度電勢與電子勢能的關(guān)系為可以把電場表示為（一維）取 表示靜電勢與此類似，定義 為費(fèi)米勢。

5、(1-138) （1-140） （1-141） （1-142） 第15頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二于是式中 稱為熱電勢.在熱平衡情況下，費(fèi)米勢為常數(shù)，可以把它取為零基準(zhǔn)， （1-145） （1-146） （1-143） （1-144） 第16頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二非均勻的雜質(zhì)分布會在半導(dǎo)體中形成電場，稱為自建電場。在熱平衡情況下，由 有和同樣，對于型半導(dǎo)體，有 （1-145）（1-146） （1-150） （1-151） （1-152） （1-153） 第17頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二1.6非平衡載流子

6、在非平衡狀態(tài)下可以定義 和 兩個量以代替 ，使得式中 和 分別稱為電子和空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級， 和 分別為相應(yīng)的準(zhǔn)費(fèi)米勢：（1-162） （1-163） 第18頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二修正的歐姆定律 （1-166）式和（1-167）式稱為修正的歐姆定律，其中分別稱為電子和空穴的等效電導(dǎo)率。修正歐姆定律雖然在形式上和歐姆定律一致，但它包括了載流子的漂移和擴(kuò)散的綜合效應(yīng)。從修正歐姆定律可以看出，費(fèi)米能級恒定（即 ）是電流為零的條件。處于熱平衡的半導(dǎo)體，費(fèi)米能級恒定?；蛘哒f，熱平衡系統(tǒng)具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級。（1-166） （1-167） 第19頁，共22頁，2022年，5月

7、20日，1點(diǎn)43分，星期二通過復(fù)合中心的復(fù)合:為簡單計，假設(shè)復(fù)合中心對電子和空穴的俘獲系數(shù)相等。凈復(fù)合率可寫成或表面復(fù)合（1-207） （1-208） （1-209） （1-210） 第20頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二半導(dǎo)體中的基本控制方程連續(xù)性方程利用電流密度表達(dá)式，（1-211）式和（1-212）式可以分別寫成在一維情況下， （1-211） （1-212） （1-213） （1-214） （1-218） （1-219） 第21頁，共22頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期二泊松方程在飽合電離的情況下設(shè)空間電荷所形成的電勢分布為 ，則 與 之間滿足泊松方程式中 =相對介電常數(shù) =自由空間電容率，其數(shù)值為方程（1-213）式、（1-214）式或（1-218）式、