微電子計(jì)算例題ppt第1頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（a）簡(jiǎn)立方1個(gè)原子（b）體心立方2個(gè)原子（c）面心立方4個(gè)原子1.基本的晶體結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題1：計(jì)算簡(jiǎn)立方、體心立方和面立方單晶的原子體密度，晶格常數(shù)為說(shuō)明：以上計(jì)算的原子體密度代表了大多數(shù)材料的密度數(shù)量級(jí)第3頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題2：計(jì)算硅原子的體密度，其晶格常數(shù)為第4頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特定原子面密度說(shuō)明：不同晶面的面密度是不同的例題3：第5頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題4：計(jì)算對(duì)應(yīng)某一粒子波長(zhǎng)的光子能量已知波長(zhǎng)換算為更為常見(jiàn)的電子伏形式能量為2.波粒二象性第6頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題5：計(jì)算一個(gè)粒子的德布羅意波長(zhǎng)已知電子的運(yùn)動(dòng)速度為說(shuō)明：典型電子的德布羅意波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)德布羅意波長(zhǎng)電子動(dòng)量為第7頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題6：計(jì)算無(wú)限深勢(shì)阱中電子的前三能級(jí)，勢(shì)阱的寬度為說(shuō)明：從計(jì)算中可以看到束縛態(tài)電子能量數(shù)量級(jí)3.能級(jí)第8頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題7：費(fèi)米能級(jí)被電子占據(jù)的概率說(shuō)明：溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，費(fèi)米能級(jí)量子態(tài)被電子占據(jù)的概率為50%.4.費(fèi)米能級(jí)第9頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題8：令T=300K，試計(jì)算比費(fèi)米能級(jí)高3kT的能級(jí)被電子占據(jù)的概率說(shuō)明：比費(fèi)米能級(jí)高的能量中，量子態(tài)被電子占據(jù)的概率遠(yuǎn)小于1.第10頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題9：令T=300K，費(fèi)米能級(jí)比導(dǎo)帶低0.2eV。求(a)Ec處電子占據(jù)概率;(b)Ec+kT處電子占據(jù)概率.第11頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子和空穴的有效質(zhì)量有效狀態(tài)密度說(shuō)明：T=300K時(shí)，有效狀態(tài)密度數(shù)量級(jí)在10的19次方本征半導(dǎo)體中5.載流子濃度第12頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題10：求導(dǎo)帶中某個(gè)狀態(tài)被電子占據(jù)的概率，并計(jì)算T=300K時(shí)硅中的熱平衡電子濃度設(shè)費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶下方0.25eV處，T=300K時(shí)硅中有效導(dǎo)帶狀態(tài)密度值為第13頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得到電子濃度為：說(shuō)明：某個(gè)能級(jí)被占據(jù)的概率非常小，但是因?yàn)橛写罅磕芗?jí)存在，存在大的電子濃度值是合理的。第14頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題11：計(jì)算T=400K時(shí)硅中的熱平衡空穴濃度設(shè)費(fèi)米能級(jí)位于價(jià)帶上方0.27eV處，T=300K時(shí)硅中有效價(jià)帶狀態(tài)密度值為第15頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得到空穴濃度為：說(shuō)明：任意溫度下的該參數(shù)值，都能利用T=300K時(shí)Nv的取值及對(duì)應(yīng)溫度的依賴(lài)關(guān)系求出第16頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題12：計(jì)算T=300K時(shí)硅中的熱平衡電子和空穴濃度設(shè)費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶下方0.22eV處，Eg=1.12eV說(shuō)明：此半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體第17頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題12’：計(jì)算T=300K時(shí)砷化鎵中的熱平衡電子和空穴濃度。設(shè)費(fèi)米能級(jí)位于價(jià)帶上方0.3eV處，Eg=1.42eV說(shuō)明：此半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體第18頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念均勻半導(dǎo)體由同一種材料組成，而且摻雜均勻的半導(dǎo)體。例如：純凈的（本征）硅，雜質(zhì)均勻分布的硅。非均勻半導(dǎo)體成份不同，或摻雜不均勻的半導(dǎo)體材料。例如：純凈的（本征）硅，雜質(zhì)均勻分布的硅。平衡狀態(tài)：熱平衡狀態(tài)，沒(méi)有外界影響（如電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者溫度梯度等）作用于半導(dǎo)體上的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，材料的所有特性與時(shí)間無(wú)關(guān)。第19頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念元素半導(dǎo)體由一種元素組成的半導(dǎo)體?；衔锇雽?dǎo)體第20頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

簡(jiǎn)并半導(dǎo)體第21頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

簡(jiǎn)并半導(dǎo)體第22頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

簡(jiǎn)并半導(dǎo)體第23頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

簡(jiǎn)并半導(dǎo)體第24頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念本征半導(dǎo)體

沒(méi)有雜質(zhì)原子和晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體。

本征意味著導(dǎo)帶中電子的濃度等于價(jià)帶中空穴的濃度。電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合

絕對(duì)零度，電子全在價(jià)帶，導(dǎo)帶為空。溫度升高，晶格振動(dòng)波動(dòng)傳播——聲子。聲子將電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶——熱產(chǎn)生。光產(chǎn)生。復(fù)合：電子回到價(jià)帶，準(zhǔn)自由電子和空穴同時(shí)消失。

第25頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念非本征半導(dǎo)體摻雜：添加雜質(zhì)原子到本征材料中，形成非本征半導(dǎo)體。摻雜原子可以是施主，也可以是受主。n型：n0>p0，電流主要由帶負(fù)電的電子攜帶p型：n0<p0，電流主要由帶正電的空穴攜帶第26頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念費(fèi)米能級(jí)第27頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念費(fèi)米能級(jí)第28頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念費(fèi)米能級(jí)第29頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念

第30頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題10：求導(dǎo)帶中某個(gè)狀態(tài)被電子占據(jù)的概率，并計(jì)算T=300K時(shí)硅中的熱平衡電子濃度設(shè)費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶下方0.25eV處，T=300K時(shí)硅中有效導(dǎo)帶狀態(tài)密度值為第31頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念Eg=1.42eVEg=1.12eV第33頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念第34頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本征半導(dǎo)體中：本征半導(dǎo)體中導(dǎo)帶中的電子濃度值等于價(jià)帶的空穴濃度值說(shuō)明：本征載流子濃度與費(fèi)米能級(jí)無(wú)關(guān)本征載流子濃度第35頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算T=300K時(shí)砷化鎵中的本征載流子濃度，砷化鎵禁帶寬度為1.42eV例題13：第36頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算T=450K時(shí)砷化鎵中的本征載流子濃度例題14：說(shuō)明：當(dāng)溫度升高150攝氏度時(shí)，本征載流子濃度增大四個(gè)數(shù)量級(jí)以上。第37頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算T=300K時(shí)硅中的本征載流子濃度例題15：第38頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算T=200K時(shí)硅中的本征載流子濃度例題15'：說(shuō)明：當(dāng)溫度降低100攝氏度時(shí)，本征載流子濃度降低大約五個(gè)數(shù)量級(jí)。第39頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算T=400K時(shí)硅中的本征載流子濃度例題15''：第40頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子和空穴濃度相等同時(shí)取自然對(duì)數(shù)導(dǎo)帶和價(jià)帶的狀態(tài)密度6.本征費(fèi)米能級(jí)位置第41頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月禁帶中央費(fèi)米能級(jí)位置說(shuō)明：如果電子和空穴的有效質(zhì)量相等，則本征費(fèi)米能級(jí)精確處于禁帶中央。第42頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題16：T=300K時(shí)，計(jì)算硅中本征費(fèi)米能級(jí)位置說(shuō)明：12.8meV與禁帶寬度的一般（560meV）相比可以忽略。因此，可以近似認(rèn)為：本征半導(dǎo)體中，費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中央位置本征費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于禁帶中央的位置為第43頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題17：T=300K時(shí)，計(jì)算砷化鎵中本征費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于禁帶中央位置第44頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是沒(méi)有雜質(zhì)原子和缺陷的純凈晶體

在非本征半導(dǎo)體中，電子和空穴兩者中有一種將占主導(dǎo)地位非本征半導(dǎo)體是摻入了定量的特定雜質(zhì)原子，從而熱平衡狀態(tài)電子和空穴濃度不同于本征半導(dǎo)體的材料第45頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子和空穴的平衡分布第46頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非本征半導(dǎo)體中：n型半導(dǎo)體：電子濃度高于空穴濃度，摻入施主雜質(zhì)原子p型半導(dǎo)體：空穴濃度高于電子濃度，摻入受主雜質(zhì)原子第47頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非本征半導(dǎo)體中電子濃度：說(shuō)明：加入施主雜質(zhì)，費(fèi)米能級(jí)高于本征費(fèi)米能級(jí)第48頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非本征半導(dǎo)體中空穴濃度：說(shuō)明：加入受主雜質(zhì)，費(fèi)米能級(jí)低于本征費(fèi)米能級(jí)第49頁(yè)，課件共51頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算給定費(fèi)米能級(jí)的熱平衡電子濃度和空穴濃度，費(fèi)米能級(jí)比導(dǎo)帶低0.25ev，比價(jià)帶高0.87ev例題