第7章 金属和半导
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大工《半导体物理》考研重点第一章、半导体中的电子状态●了解半导体的三种常见晶体结构即金刚石型、闪锌矿和纤锌矿型结构;以及两种化合键形式即共价键和离子键在不同结构中的特点。
●了解电子的共有化运动;●理解能带不同形式导带、价带、禁带的形成;导体、半导体、绝缘体的能带与导电性能的差异;●掌握本征激发的概念。
●理解半导体中电子的平均速度和加速度;●掌握半导体有效质量的概念、意义和计算。
●理解本征半导体的导电机构;●掌握半导体空穴的概念及其特点。
●理解典型半导体材料锗、硅、砷化镓和锗硅的能带结构。
重要术语:1.允带2.电子的有效质量3.禁带4.本征半导体5.本征激发6.空穴7.空穴的有效质量知识点:学完本章后,学生应具备以下能力:1.对单晶中的允带和禁带的概念进行定性的讨论。
2.讨论硅中能带的分裂。
3.根据K-k关系曲线论述有效质量的定义,并讨论它对于晶体中粒子运动的意义。
4.本征半导体与本征激发的概念。
5.讨论空穴的概念。
6.定性地讨论金属、绝缘体和半导体在能带方面的差异。
第二章、半导体中的杂质和缺陷能级●掌握锗、硅晶体中的浅能级形成原因,多子和少子的概念;●了解浅能级杂质电离能的计算;●了解杂质补偿作用及其产生的原因;。
●了解锗、硅晶体中深能级杂质的特点和作用;●理解错误!未找到引用源。
-错误!未找到引用源。
族化合物中的杂质能级的形成及特点;●了解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质的概念;●了解缺陷(主要是两类点缺陷弗仑克耳缺陷和肖脱基缺陷)、位错(一种线缺陷)施主或受主能级的形成。
重要术语1.受主原子2.载流子电荷3.补偿半导体4.完全电离5.施主原子6.非本征半导体7.束缚态知识点:学完本章后,学生应具备如下能力:1.描述半导体内掺人施主与受主杂质后的影响。
2.理解完全电离的概念。
第三章热平衡时半导体中载流子的统计分布●掌握状态密度,费米能级的概念;●掌握载流子的费米统计分布和波尔兹曼统计分布;●掌握本征半导体的载流子浓度和费米能级公式推导和计算;●掌握非简并半导体载流子浓度和费米能级公式推导和计算、杂质半导体的载流子浓度以及费米能级随掺杂浓度以及温度变化的规律;●了解简并半导体及其简并化条件。
第6章 p-n 结1、一个Ge 突变结的p 区和n 区掺杂浓度分别为N A =1017cm -3和N D =5⨯1015cm -3,求该pn 结室温下的自建电势。
解:pn 结的自建电势 2(ln )D A D iN N kTV q n =已知室温下,0.026kT =eV ,Ge 的本征载流子密度1332.410 cm i n -=⨯代入后算得:1517132510100.026ln 0.36(2.410)D V V ⨯⨯=⨯=⨯ 4.证明反向饱和电流公式(6-35)可改写为20211()(1)i s n n p pb k T J b q L L σσσ=++ 式中npb μμ=,n σ和p σ分别为n 型和p 型半导体电导率,i σ为本征半导体电导率。
证明:将爱因斯坦关系式p p kT D q μ=和n n kT D qμ=代入式(6-35)得 0000()p n pnS p n n p npn pp nn p J kTn kTp kT L L L L μμμμμμ=+=+因为002i p p n n p =,02i n n n p n =,上式可进一步改写为221111()()S n p i n p i n p p p n n n pp nJ kT n qkT n L p L n L L μμμμμμσσ=+=+又因为()i i n p n q σμμ=+22222222()(1)i i n p i p n q n q b σμμμ=+=+即22222222()(1)i i i n p p n q q b σσμμμ==++ 将此结果代入原式即得证2222221111()()(1)(1)n p i i S p n p p n n p p nqkT b kT J q b L L q b L L μμσσμσσσσ=+=⋅⋅+++ 注:严格说,迁移率与杂质浓度有关,因而同种载流子的迁移率在掺杂浓度不同的p 区和n区中并不完全相同,因而所证关系只能说是一种近似。
第七章一、基本概念1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。
金属功函数:金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。
3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V sm D -=5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制,正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内,即空间电荷区。
表面空间电荷区=阻挡层=势垒层6.电子阻挡层:金属功函数大于N 型半导体功函数(Wm>Ws )的MS 接触中,电子从半导体表面逸出到金属,分布在金属表层,金属表面带负电。
半导体表面出现电离施主,分布在一定厚度表面层内,半导体表面带正电。
电场从半导体指向金属。
取半导体内电位为参考,从半导体内到表面,能带向上弯曲,即形成表面势垒,在势垒区,空间电荷主要有带正电的施主离子组成,电子浓度比体内小得多,因此是是一个高阻区域,称为阻挡层。
【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】7.电子反阻挡层:金属功函数小于N 型半导体功函数(Wm<Ws )的MS 接触,电子从金属流向半导体,半导体表面带负电,金属表面带正电,电场方向指向半导体。
从半导体内到表面,能带下弯曲,半导体表面电子浓度比体内高(N 型反阻挡层)。
8.半导体表面势垒(肖特基势垒)高度:s m s D W W qV qV -=-=9.表面势垒宽度:10.半导体表面势: 取半导体体内为参考电位,半导体表面的势能Vs 。
11 .表面态: 在半导体表面处的禁带中存在着表面态,对应的能级称为表面能级。
表面态一般分为施主型和受主型两种。
若能级被电子占据时呈中性,施放电子后呈正电性,成为施主型表面态;若能级空着的时候为电中性,接收电子后带负电,则成为受主型表面态。