第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日第二章半导体物理和器件物理基础2.1半导体及其基本特性导体106－104绝缘体10-10半导体104－10-10各种物质的电导率(Ω．cm)－１第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日半导体的特点各种物质的电阻率(Ω.cm)10-610-410-210-010210410610810101012101410161018银半导体
镍
玻璃
第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日半导体的特点电导率温度系数杂质作用显著正２种载流子光电导效应光电子效应光生伏特效应第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日半导体材料元素半导体（IV族）SiGe化合物半导体（III-V族）GaAs多元化合物AlGaAs有机半导体AlGaAs第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日硅晶体的平面结构IV族元素，外层电子４共价键第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日硅的金刚石结构:面心立方晶格常数：5.4?10-8cm原子序号１４原子量２８熔点１４２０℃密度2.33原子密度：5?1022/cm3第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.2.载流子2.2.1能带单原子的能级多原子的能级分裂形成能带导带禁带价带满满空空1s2s2p第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日金属导体Eg=0绝缘体Eg很大10eV以上半导体Eg适中在0.1-5eV典型半导体禁带宽度Si1.1Ge0.67GaAs1.43第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日本征激发：高电阻率激发的概率绝对温度禁带宽度EXP(-Eg/kT)以硅为例，室温kT=0.026eVEg=1.1eV所以EXP(-Eg/kT)=3*10-19很小。每立方厘米有5E22原子有1500个导带电子第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日本征激发特点电子=空穴室温下Si电子和空穴的浓度为ni=1.5*1010/cm3第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日SiPSiSiSiSiBSiSiSi很容易获得自由的电子P等V族元素提供这样的电子施主杂质很容易接受自由的电子让这个空穴跑出去B等III族杂质提供这样的空穴受主杂质第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日施主能级V族元素，P,As,SbP0.044eV受主能级III族元素BB0.045eV杂质能级第13页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.2.3费米能级电子占有几率为1/2的能级位置,是一个电子分布状态的指标电子占有概率：f(E)=1/{1+exp[(E-Ef)/kT]}当E=Ef时,f(E)=0.5当EEf时,f(E)接近1当EEf时,f(E)接近0第14页，共25页，星期日，2025年，2月5日费米能级的位置本征半导体，费米能级位于禁带的中央Ef=Ei，体现n=p杂质半导体，费米能级偏离禁带的中央，N型半导体，Ef=kTln(Nd/ni)+Ei费米能级位于禁带的上半部，Nd越大，距离Ei越远P型半导体，Ef=-kTln(Na/ni)+Ei费米能级位于禁带的下半部，Na越大，距离Ei越远第15页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.2.2平衡载流子：处于热平衡状态下电子n=niexp[(Ef-Ei)/kT]空穴p=niexp[(Ei-Ef)/kT]这里k波尔兹曼常数=1.38*10-23J/K绝对温度室温T=300,kT=0.026eV例题：n型半导体，Ef距禁带中央0.4eV,求n,p解：Ef-Ei=0.4eV，kT=0.026eV，ni=1.5*10(cm-3)n=nie[(Ef-Ei)/kT]=1.5*101