半导体物理复习资料

第一章 半导体中的电子状态1. 导体、半导体、绝缘体的划分：I导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；II绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生；III半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上 面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。2电子的有效质量是m*，空穴的有效质量是m* ；npm* =一m*，电量等值反号，波矢k与电子相同pn 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量 是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。3半导体中电子所受的外力f二h - dk的计算。dt4引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作 用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。第二章 半导体中杂质和缺陷能级1施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级馮；施主能级很接近于导带 底；受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级E”受主能级很接近于价带 顶。施主能级图受主能级图2浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供 电子或空穴。深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。 深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。3杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂 质发生电离。在m-V族半导体中（Ga-As）掺入W族杂质原子（SZ）, Si为两性杂质，既可作施主，亦可作 受主。设 N 二 1.0 x10i5 cm-3， N = 1.1x1016 cm-3 ；则 n = N N = 1.0 x10i6 cm-3A D D A由n2 = n - p，可得p值；in沁P时，近似认为本征半导体，E = E ；Fi n P时，杂质能级靠近导带底； 第三章 半导体中载流子的统计分布1/ EE、k T1费米分布函数（简并半导体）i+exp卩=卩时，本征电导c（本征）；f (E )=1+ 1exp2=(5np1(EE )FI k T丿 0 丿（杂质）；玻尔兹曼分布函数（非简并半导体）fB（E）二A exp -B2费米能级：ef =卩=F:阳丿；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增T3. 由n = N exp -0c丿Jp = N exp0vE - E )-c FkT丿0E - E )vFkT丿0得到本征半导体载流子浓度乘积：n p = N N exp0 0 c vE - EcvkT0=N N expcv(Eg.kT0= n2 ；.，in = n0iex(P-E - EFikT04n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级E =FE - E(k TcD + 102( 2l ( N ln d12 N )c的推导：低温下，导带中的电子全部由电离施主杂质提供，此时po=0，no= n +，故电中性条件: （ E - E AN - exp - 才丿由n + %001Trn0热平衡时，产生率等于复合率， n=n0， p=p0；此时 G = R = rn p = rn2 ；0 0 0 i非平衡载流子的直接净复合率U = R-G = r(np-n2)；di由 n = n + An， p = p + Ap， An = Ap 得.U = r(n + p )Ap + r(Ap).0 0 d 0 0Ap1非平衡载流子的寿命T =丁 =d小注入条件下，即Ap 。0 + p0),当0 0 时，r A p4. 深能级的最有效位置是禁带的中央；5. 俄歇复合.载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合是，把多余的能量传给另 一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余 的能量以声子形式放出，这种复合称为俄歇复合。6. 陷阱效应.杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应； 把具有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱；把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 最有效的深能级在费米能级上；7. 漂移运动的作用场是电场迁移率；扩散运动的作用场是浓度场扩散系数 迁移率与散射有关；8. 爱因斯坦方程的推导.一块处于热平衡状态的非均匀的n型半导体，其中施主杂质浓度随x增加而下降，电子和空 穴浓度都是 x 的函数，设为 n0(x)， p0(x)；由于浓度梯度的存在，必然引起载流子沿x方向的扩散，dn ( x)电子扩散产生的电流密度为(J ) = qD 0，空穴扩散产生的电流密度为(J )p= qDpdp ( x)0dx半导体内的静电场又产生漂移电流. (J )漂 n漂 热平衡条件下. J = (J ) +(J ) = 0，、n扩n n 漂 dn ( x) n (x)qy g= -D0 0 n n dx=n (x)qy e， (J ) = p (x)qy0np 漂 0pJ=(J)漂 +(J )扩=0；漂扩e.9又e=-求导得.D =.n yn/r/r 、第六章dV ( x)， n (x) N dx0cdn ( x)q0 n (x)-dx 0 k - T0k - TDT (对电子)； qypp-n 结expE +qV(x)- EFcdV (x)dxk - TT (对空穴)n 扩 n dx1. PT结的能带图:3p-n结中载流子及电流的运动形式:nP电子的扩散运动方向 空穴的扩散运动方向 电子的漂移运动方向 空穴的漂移运动方向 扩散电流方向 漂移电流方向第十章 半导体的光学性质和光电与发光现象1.直接跃迁:为了满足选择定则，以使电子在跃迁过程中波矢保持不变，则原来在价带中状 态 A 的电子只能跃迁到导带中的状态 B 。 A 与 B 在 E（k） 曲线上位于同一垂线上，这种跃迁 称为直接跃迁；间接跃迁:除了吸收光子外还与晶格交换能量的非直接跃迁，也称间接跃迁。4光生伏特效应：由内建场引起的光电效应；p-n结能带图：无光照光照激发6半导体发光：电子从高能级向低能级跃迁，伴随着发射光子的现象； 场致发光（电致发光）：是由电流（电场）激发载流子，是电能直接转变为光能的过程。7内部量子效率：单位时间内辐射复合产生的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数之单位时间内产生的光子数比h = 比内单位时间内注入的电子-空穴对数外部量子效率：单位时间内发射到晶体外部的光子数与单位时间内注入的电子-空穴对数、比门_单位时间内发射到外部的光子数 之比；耳外=单位时间内注入的电子-空穴对数。9. 自发辐射中各原子的跃迁都是随机的，这种光辐射的位相和传播方向等都各不相同； 受激辐射所发出的光的频率、相位、方向、偏振态与入射光完全相同。常用数据电子电量 q 1.062 x 10-19 C电子静止质量m 9.108 x10-31 kg ；0电子伏特 1eV 1.602 x10-19 J ；真空光速 c 2.998 x 108 m / s ； 普朗克常数 h 6.625 x10-34 J. s 玻尔兹曼常数k0 1.380 x 10-23 J / K 阿伏加德罗常数N 6.025 x 1023 mol-1 室温(300K)的 kT 0.026eV