文档介绍：目录
绪论…………………………………………………………………...………... …. .. 2
第一章半导体晶体结构和缺陷………………………………………………..……2
半导体的晶体结构……………………………………………….………2
晶体的晶向与晶面……………………………………………….………4
半导体中的缺陷………………………………………………….………6
第二章半导体的能带与杂质能级……………………………………………….…7
半导体中电子共有化运动与能带……………………………..……….…7
半导体中的 E( k ) ~ k 关系有效质量和 k 空间等能面……………....…11
Si、Ge 和 GaAs 的能带结构………………………………………...……14
本征半导体和杂质半导体………………………………………………15
第三章半导体中的平衡与非平衡载流子……………………………………….…19
导带电子浓度与价带空穴浓度…………………………………………19
本征载流子浓度与本征费米能级………………………………….……21
杂质半导体的载流子浓度………………………………………………23
简并半导体及其载流子浓度……………………………………………26
非平衡载流子的产生与复合准费米能级…………………..…………28
非平衡载流子的寿命与复合理论………………………….……………29
第四章半导体中载流子的输运现象………………………………………………32
载流子的漂移运动与迁移率……………………………………………32
半导体中的主要散射机构迁移率与平均自由时间的关系…...………33
半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系……………………36
载流子的扩散运动爱因斯坦关系……………………………….……40
连续性方程………………………………………………...……………42
第五章半导体表面…………………………………………………………………42
半导体表面和表面能级…………………………………………………42
Si-SiO2 系统中的表面态与表面处理……………………………………43
表面能带弯曲与反型…………………………………………....………45
表面复合……………………………………………………...…………46
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绪论
自然界物质有气态、液态、固态和等离子体态等几种形态。如果按照固体的导电能力(用
电阻率ρ或电导率σ描述)不同,可以区分为导体、半导体和绝缘体,如表 所示。
导体、半导体和绝缘体的电阻率范围
材料导体半导体绝缘体
-3 -3 9 9
电阻率ρ(Ωcm) <10 10 ~10 >10
可见半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,此外半导体还具有一些重要特性,主要
包括:(1)温度升高使半导体导电能力增强,电阻率下降。例如室温附近的纯硅(Si),温度每
增加 8℃,电阻率ρ相应地降低 50%左右;(2)微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力。
以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质(比如磷)为例,%,
但电阻率ρ在室温下却由大约 214,000Ωcm 降至 以下;(3)适当波长的光照可以改变
半导体的导电能力。如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜,无光照时的暗电阻为几十 MΩ,
当受光照后电阻值可以下降为几十 KΩ。此外,半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用
而改变。
概括起来,半导体的性质容易受到温度、光照、磁场、电场和微量杂质含量等因素的影
响而发生改变,而正是半导体的这些特性使其获得了广泛的应用。目前硅(Si)和砷化镓(GaAs)
是半导体器件和集成电路生产中使用最多的半导体材料。
作为后面学习各种半导体器件原理的基础,本章以元素半导体硅(Si)和锗(Ge)为对象,比
较系统地介绍了半导体物理基础方面的相关知识。在简单介绍了半导体的晶体结构和缺陷,
定义了晶向和晶面之后,讨论了半导体中的电子状态与能带结构,介绍了杂质半导体及其杂
质能级。在对半导体中载流子统计的基础上分析了影响因素,讨论了非平衡载流子的产生与
复合。对半导体中载流子的漂移运动和半导体的导电性进行了讨论,介绍了载流子的扩散运
动,建