下载文档原格式
第五章结•平衡态PN结；•PN结的伏安特性；•PN结的电容；•PN结的击穿特性；•PN结二极管的开关特性；•金-半肖特基接触和欧姆接触；•异质结：半导体器件的基本结构－PN结、金半结和异质结PN结空间电荷区•由于PN结两边载流子浓度不同造成载流子扩散运动，载流子扩散的结果在结附近出现了空间电荷区，该区域内电离施主和受主杂质的浓度远大于载流子浓度，有电离杂质产生的自建电场，阻止载流子进一步扩散。
•在空间电荷的区内有载流子的漂移流和扩散流，平衡情况下净电流为零。
平衡PN结能带图•空间电荷区内部各点不是电中性，但是整个空间电荷区正负电荷相等；•空间电荷区的电场使PN结两边出现电势差；•热平衡情况下费米能级保持水平；•空间电荷区以外均匀掺杂，是电中性区。
在该区域：导带、价带和费米能级之间的相对位置保持原样。
注意：P区电子的势能高于N区，空穴的势能正好相反，电势N区高于P。
⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV p p B D p n exp 00⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV n n B D n p exp 000exp F V V B E E p N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠0exp C F C B E E n N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠2l n B D ADik T N NVq n =正向电压下的窄势垒模型•势垒区（空间电荷区）很窄，势垒区两边边界处电子准费米能级保持水平；•势垒区以外的非平衡载流子扩散复合区由于非平衡载流子复合减少逐步趋于平衡，准费米能级趋向平衡费米能级。
该区域内非平衡少数载流子准费米能级变化大而非平衡多数载流子准费米能级变化很小。
从何入手计算伏安特性•假设理想情况包括：低掺杂的突变结、忽略势垒区复合、外加电压全部加在势垒区、小注入。
•因为外电压全部加在势垒区，所以选择势垒区边界计算电流。
•势垒边界的少子和多子都有扩散流和漂移流，非平衡少数载流子的漂移流非常小可以忽略。
•在忽略势垒区复合的情况下，势垒两边的非平衡少数载流子的扩散电流相加就是总电流。
价带附近的空状态，称为空穴。
可以把它看成是一个携带电荷（+q)、以与空状态相对应的电子速度运动的粒子。
空穴具有正的有效质量。
2.等电子陷阱与晶格基质原子具有相同价电子的杂质称为等电子杂质，等电子杂质取代晶格上的同族原子后，因为与晶格与原子的共价半径与电负性的显著差别，能够在晶体中俘获某种载流子成为带电中心，这种带电中心叫等电子陷阱3.准费米能级当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态，费米能级就不再是统一的，分别就价带和导带的电子而言，可以认为它们各自处于平衡状态，而导带和价带之间处于不平衡状态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带个子仍然是适用的，分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部费米能级，称为准费米能级。
4.激子在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。
空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。
5.二维电子气调制掺杂异质结势阱中的电子在与结平行的，平面(x-y)内作自由电子运动，实际就是在量子阱区内准二维运动，称为二维电子气。
6.复合中心的俘获截面第五章7.禁带变窄效应重掺杂时，杂质能带进入导带或价带，形成新的简并能带，简并能带的尾部深入到禁带中，称为带尾，从而导致禁带宽度变窄。
8.磁阻效应由于磁场的存在引起电阻的增加，称这种效应为磁阻效应。
9.表面电场效应在外加电场作用下，半导体表面层内发生的现象(空间电荷区,表面势,能带弯曲和载流子浓度的变化)。
重掺杂> 10的19次/cm3 ，这种强p型、强n型材料形成的p+-n+结称为隧道结。
2．导体中杂质和缺陷有哪些类型？杂质能级为什么位于禁带中？说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同？浅能级深能级，点缺陷，如空位、间隙原子等，线缺陷，如位错等，面缺陷，如层错、晶粒间界等。
Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结中二维电子气的磁输运性质的开题报告一、选题背景及意义随着半导体技术的不断发展，对于半导体异质结中二维电子气的研究日益重要。
异质结是由两种不同类型的半导体构成的，不同类型半导体的能量带结构不同，使得在界面处形成二维电子气。
这些材料的特殊性质和优异性能给它们在电子学、光学、磁学、能源和传感器等领域的应用带来了广泛的前景。
在半导体异质结中，存在着束缚的二维电子气。
当这些电子处于一个强磁场中时，就会出现一种称为量子霍尔效应的现象。
这种效应不仅本身拥有很大的学术研究价值，而且它还具有很多应用价值，比如用于建立分子电子学、高速计算机及相关芯片、新型智能传感器等。
因此，本论文将通过分析Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结中二维电子气的磁输运性质，为研究材料中局域电子能级的形成和本征、掺杂杂质对材料输运性质的影响提供参考。
二、研究内容和方法目前，研究者们主要利用约化密度矩阵理论、磁场下的电子波函数等方法探究材料中二维电子气的磁输运性质。
本论文将采用该方法，以Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结为研究对象，分析在外加垂直于二维电子气方向磁场作用下，二维电子气的输运性质。
通过对磁场下的电子波函数进行求解和分析，研究者们可以得到材料中电子的能级分布情况、能带结构以及电子波函数在磁化方向和垂直方向上的变化规律。
同时，通过计算外加磁场下的量子输运特性，比如霍尔电导、霍尔电阻等，可以探究材料的输运性质和电子的移动规律。
三、拟解决的关键问题本论文将主要解决以下两个问题：1. 在磁场作用下，Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结中二维电子气的能级分布和能带结构如何变化？2. 研究Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结中二维电子气的霍尔电导、霍尔电阻等量子输运特性，探究材料的输运性质和电子的移动规律。
四、预期结果通过对Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结中二维电子气的磁输运性质进行分析，可以得到材料中电子的能级分布情况、能带结构以及电子波函数在磁化方向和垂直方向上的变化规律。
同时，通过计算外加磁场下的量子输运特性，比如霍尔电导、霍尔电阻等，可以探究材料的输运性质和电子的移动规律。
二维电子气与HEMT器件自从进入信息时代，人们对信息传输速度的追求脚步就从未停止。
而材料科学研究的飞速发展使人们已经能够制造出许多崭新的材料，使器件达到了前所未有的水平，这就使得信息传输速度不断提升。
随着半导体异质结的研究趋于成熟，许多异质结的优良特性又一次提高了器件的水平。
两种材料禁带宽度的不同以及其他特性的不同使异质结具有一系列同质结所没有的特性，在器件设计上将得到某些同质结不能实现的功能。
异质结常具有两种半导体各自的pn结都不能达到的优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。
我们这里介绍的就是利用异质结的特性，制作出的超高速器件hemt。
一、二维电子气的形成存有许多方法可以生产异质层结构，比如人们熟识的mos结构的生产技术。
近年来，二维管制系统主要研究对象就是化合物半导体异质结构中的二维电子气（twodimensionalgas,2deg）系统。
2deg的大部分研究工作就是以gaas/algaas异质结构为基础的。
在gaas与algaas的界面处构成厚的导电2deg层。
为了介绍这个导电层就是怎么构成的，考量沿z方向（导电层所在的平面为x、y方向）的导带和价带的形状。
两个能隙宽度相同的半导体材料刚开始碰触时，宽带隙材料的费米能级低于窄带隙材料的费米能级。
结果电子从宽带隙材料中外溢，并使其仅剩正电荷，即为信士离子。
这些空间电荷产生静电势，它将引发界面能带伸展。
均衡以后相同材料的费米能级成正比。
电子的密度在界面处为一个锋利的峰（在那里电子的费米能级步入导带中），构成一个厚的导电层，通常被称作二维电子气。
在2deg中，典型的电子浓度范围为2×1011/cm2~2×1012/cm2。
这种结构在实际技术上的重要性就是可以生产场效应晶体管等低迁移率电子器件，如hemt 器件。
图1异质结二维电子气的形成上述异质结结构与硅mosfet对照，相等于gaas替代了si。
