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1、半導(dǎo)體物理總復(fù)習(xí)下圖為砷化鎵的動量-能量關(guān)系曲線，其價帶頂與導(dǎo)帶底發(fā)生在相同動量處（p=0）。因此，電子從價帶轉(zhuǎn)換到導(dǎo)帶時，不需要動量轉(zhuǎn)換。直接帶隙半導(dǎo)體：能量/eV對Si、Ge而言，其動量-能量曲線中價帶頂在p=0，導(dǎo)帶最低處則在p=pC。因此，電子從價帶頂轉(zhuǎn)換到導(dǎo)帶最低處時，不僅需要能量轉(zhuǎn)換(≥Eg)，也需要動量轉(zhuǎn)換(≥pC)。間接帶隙半導(dǎo)體：能量/eV0pc2用能帶理論解釋金屬、半導(dǎo)體及絕緣體的電導(dǎo)率之間的巨大差異：電子在最高能帶或最高兩能帶的占有率決定此固體的導(dǎo)電性。價帶導(dǎo)帶填滿的價帶空導(dǎo)帶部分填滿的導(dǎo)
2、帶EgEg≈9eV金屬價帶導(dǎo)帶半導(dǎo)體絕緣體3熱平衡情況下，無論對于本征還是非本征半導(dǎo)體，該式都成立，稱為質(zhì)量作用定律。只要滿足近似條件（EC-EF>3kT或EF-EV>3kT），下式即可成立只要滿足近似條件，np的乘積為本征載流子濃度（和材料性質(zhì)有關(guān)，與摻雜無關(guān)）的平方。熱平衡狀態(tài)半導(dǎo)體的基本公式。若施主與受主同時存在，則由較高濃度的雜質(zhì)決定半導(dǎo)體傳導(dǎo)類型。費米能級調(diào)整以保持電中性，即總負(fù)電荷（包括導(dǎo)帶電子和受主離子）必須等于總正電荷（包括價帶空穴和施主離子）。一般凈雜質(zhì)濃度
3、ND－NA
4、比本征載流子濃度ni大
5、，因此7下圖顯示施主濃度ND為1015cm-3時，硅的電子濃度對溫度的函數(shù)關(guān)系圖。低溫，晶體中熱能不足以電離所有施主雜質(zhì)。有些電子被凍結(jié)在施主能級，因此電子濃度小于施主濃度。溫度上升，完全電離的情形即可達(dá)到（即nn=ND）。溫度繼續(xù)上升，電子濃度基本上在一段長的溫度范圍內(nèi)維持定值，此為非本征區(qū)。溫度進一步上升，達(dá)到某一值，此時本征載流子濃度可與施主濃度相比，超過此溫度后，半導(dǎo)體便為本征的。半導(dǎo)體變成本征時的溫度由雜質(zhì)濃度及禁帶寬度值決定。電子濃度n/cm-38最重要的兩種散射機制：影響遷移率的因素：晶格散射：當(dāng)
6、晶體溫度高于0K時，晶格原子的熱振動隨溫度增加而增加；在高溫下晶格散射變得顯著，遷移率因此隨著溫度的增加而減少。雜質(zhì)散射：是一個帶電載流子經(jīng)過一個電離雜質(zhì)所引起的。由于庫侖力的交互作用，帶電載流子的路徑會偏移。μI隨著T3/2/NT而變化，其中NT為總雜質(zhì)濃度。散射機制平均自由時間遷移率第三章漂移運動：小電場E施加于半導(dǎo)體，每一個電子上受到-qE的作用力，且在各次碰撞之間，沿著電場的反向被加速。因此，一個額外的速度（漂移速度）成分將加到熱運動的電子上。9n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體電導(dǎo)率愛因斯坦關(guān)系式當(dāng)濃度梯度與電場同
7、時存在時，總電流密度即為漂移及擴散成分的總和，因此總傳導(dǎo)電流密度為適用：低電場狀態(tài)。高電場時，μnE及μpE應(yīng)以飽和速度vs替代。10在熱平衡下，pn=ni2。如果有超量載流子導(dǎo)入半導(dǎo)體中，pn>ni2，稱此狀態(tài)為非平衡狀態(tài)。凈復(fù)合率俄歇復(fù)合：電子-空穴對復(fù)合所釋放出的能量及動量轉(zhuǎn)換至第三個粒子而發(fā)生的，此第三個粒子可能為電子或空穴。半導(dǎo)體表面，假如載流子具有足夠的能量，它們可能會被發(fā)射至真空能級，這稱為熱電子發(fā)射過程。電子親和力qχ為半導(dǎo)體中導(dǎo)帶邊緣與真空能級間的能量差；功函數(shù)q?s為半導(dǎo)體中費米能級與真空能
8、級間的能量差。假如一個電子的能量超過qχ，它就可以被熱電子式發(fā)射至真空能級。連續(xù)性方程是描述半導(dǎo)體物質(zhì)內(nèi)當(dāng)漂移、擴散及復(fù)合同時發(fā)生時的總和效應(yīng)的方程式。11第四章p-n結(jié)：由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸形成的結(jié)。整流性：只容許電流流經(jīng)單一方向。p-n結(jié)形成前p型和n型半導(dǎo)體材料分離。費米能級在p型材料中接近價帶邊緣，在n型中則接近導(dǎo)帶邊緣。p型，空穴為多子，電子為少子；n型剛好相反。12p型和n型半導(dǎo)體結(jié)合空穴離開p側(cè)，結(jié)附近部分受主離子NA-未能夠受到補償，因受主被固定在半導(dǎo)體晶格。結(jié)附近部分施主離子ND+，在
9、電子離開n側(cè)時未能得到補償。負(fù)空間電荷在接近結(jié)p側(cè)形成，正空間電荷在接近結(jié)n側(cè)形成?？臻g電荷區(qū)域產(chǎn)生了一電場（內(nèi)建電場）：由正空間電荷指向負(fù)空間電荷。熱平衡時，整個樣品上的費米能級是常數(shù)（亦即與x無關(guān)）。13熱平衡時，p型和n型中性區(qū)的總靜電勢差即為內(nèi)建電勢Vbi無外加偏壓，橫跨結(jié)的總靜電勢是Vbi。從p端到n端其對應(yīng)的電勢能差是qVbi。p端加一相對于n端的電壓VF，p-n結(jié)正偏?？邕^結(jié)的總靜電勢減少VF，即Vbi-VF。因此，正偏降低耗盡區(qū)寬度。在n端加上相對于p端的電壓VR，p-n結(jié)反偏，總靜電勢增加VR
10、，即Vbi+VR。反向偏壓會增加耗盡區(qū)寬度。反偏，耗盡層勢壘電容為主要結(jié)電容。正偏，對結(jié)電容會產(chǎn)生顯著的附加電容（即擴散電容）。14pn結(jié)理想電流-電壓特性的假設(shè)：①耗盡區(qū)為突變邊界，且假設(shè)在邊界之外，半導(dǎo)體為電中性。②邊界的載流子濃度和跨過結(jié)的靜電電勢有關(guān)。③小注入情況，亦即注入的少子濃度遠(yuǎn)小于多子濃度，即在中性區(qū)邊界上，多子濃度因加上偏壓而改變的量可忽略。④耗盡區(qū)內(nèi)無產(chǎn)生和復(fù)合電流
