半导体物理学(第七版) 电子工业出版社 刘恩科等..PPT

半导体物理学 半导体物理学 教材: 《半导体物理学》(第六版)，刘恩科等编著，电子工业出版社 参考书： 《半导体物理与器件》（第三版），Donald A.Neamen著，电子工业出版社 半导体物理学 课程考核办法 : 本课采用开卷笔试的考核办法。第九周安排一次期中考试。 总评成绩构成比例为：平时成绩10%； 期中考试45%；期末考试45% 半导体物理学 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 半导体物理学 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 半导体的纯度和结构 纯度 极高，杂质1013cm-3 结构 晶体结构 单胞 对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的最小单元 晶体结构 三维立方单胞 简立方、 体心立方、 面立方 练习 原子的能级 电子壳层 不同支壳层电子 1s；2s，2p；3s，2p，3d；… 共有化运动 Si原子的能级 电子的能级是量子化的 半导体、绝缘体和导体 半导体的能带 练习 半导体物理学 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 练习 练习 半导体物理学 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 热平衡状态 在一定温度下，载流子的产生和载流子的复合建立起一动态平衡，这时的载流子称为热平衡载流子。 半导体的热平衡状态受温度影响，某一特定温度对应某一特定的热平衡状态。 半导体的导电性受温度影响剧烈。 态密度的概念 能带中能量 附近每单位能量间隔内的量子态数。 能带中能量为 无限小的能量间隔内有 个量子态，则状态密度 为 态密度的计算 状态密度的计算 单位 空间的量子态数 能量 在 空间中所对应的体积 前两者相乘得状态数 根据定义公式求得态密度 空间中的量子态 在 空间中，电子的允许能量状态密度为 ，考虑电子的自旋情况，电子的允许量子态密度为 ，每个量子态最多只能容纳一个电子。 态密度 导带底附近状态密度（理想情况） 态密度 练习 费米能级 根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵循费米统计律 对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率 为 称为电子的费米分布函数 空穴的费米分布函数？ 费米分布函数 称为费米能级或费米能量 温度 导电类型 杂质含量 能量零点的选取 处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级 费米分布函数 当 时 若 ，则 若 ，则 在热力学温度为0度时，费米能级 可看成量子态是否被电子占据的一个界限 当 时 若 ，则 若 ，则 若 ，则 费米能级是量子态基本上被 电子占据或基本上是空的一 个标志 玻尔兹曼分布函数 当 时，由于 ，所以 费米分布函数转化为 称为电子的玻尔兹曼分布函数 玻尔兹曼分布函数 空穴的玻尔兹曼分布函数 玻尔兹曼分布函数 导带中电子分布可用电子的玻尔兹曼分布函数描写（绝大多数电子分布在导带底）；价带中的空穴分布可用空穴的玻尔兹曼分布函数描写（绝大多数空穴分布在价带顶） 服从费米统计律的电子系统称为简并性系统；服从玻尔兹曼统计律的电子系统称为非简并性系统 费米统计律与玻尔兹曼统计律的主要差别：前者受泡利不相容原理的限制 练习 导带中的电子浓度 在导带上的 间有 个电子 从导带底到导带顶对 进行积分，得到能带中的电子总数，除以半导体体积，就得到了导带中的电子浓度 导带中的电子浓度 导带中的电子浓度 价带中的空穴浓度 载流子浓度乘积 本征半导体载流子浓度 本征费米能级 本征载流子浓度 杂质半导体载流子浓度 杂质半导体载流子浓度 杂质半导体载流子浓度 n和p的其他变换公式 本征半导体时， 费米能级 对掺杂半导体， 费米能级 接近室温时 练习 半导体物理学 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MI