吉林大学半导体课件_第一章

说明与声明《半导体器件物理学习指导》是编者在吉林大学电子科学与学院为微电子学、光电子学、电子科学与技术等专业本科生讲授《半导体器件物理》课的过程中为便于学生学习和使用所用《半导体器件物理》教材（孟庆巨、刘海波、孟庆辉著，科学出版社2005年1月出版，2006年6月第三次印刷）而编写的与教材配套的辅导性学习参考材料。按照教材的内容和教学要求《半导体器件物理学习指导》包括以下四个方面的内容：一.重要名词、术语、概念和问题二.重要理论推导三.重要图四.重要习题解答说明与声明欢迎和感谢对《半导体器件物理学习指导》的使用。由于作者水平所限，编写时间仓促，错误之处在所难免，欢迎和感谢批评指正。《半导体器件物理学习指导》仅供师生教学使用，尚未作为文字出版物出版，但是《半导体器件物理学习指导》作为2005年吉林大学精品课和2005年吉林省精品课和2007年中华人民共和国教育部国家精品课《半导体器件物理与实验》课程的网上资源已经上网。任何未经本人允许而销售或在任何出版物中引用《半导体器件物理学习指导》中的任何材料的做法都将被视为是侵犯编者的知识产权的行为。《半导体器件物理学习指导》编者孟庆巨于吉林大学2006年6月30日第一章半导体物理基础一．名词、概念、术语与问题1.2载流子的统计分布导带电子浓度其中称为导带有效状态密度价带空穴密度其中称为价带有效状态密度导带电子浓度和价带空穴浓度之积式中为禁带宽度。与温度有关，可以把它写成经验关系式于是，其中为常数本征半导体n＝p于是，称为质量作用定律。利用和，也可以把电子和空穴浓度写成下面的形式只有一种杂质的半导体N型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度就等于施主浓度或T升高，费米能级逐渐远离导带底。P型半导体在杂质饱和电离的温度范围内，导带电子浓度为费米能级或杂质补偿半导体在的半导体中，相应的费米能级为和在的半导体相应的费米能级为1.5.3流密度和电流密度在漂移和扩散同时存在的情况下，空穴和电子的流密度分别为电流密度分别为在一维情况下，空穴和电子的电流分别为式中为电流垂直流过的面积。（1-135）（1-132）（1-133）（1-134）（1-136）（1-137）1.5.4非均匀半导体中的自建场半导体中的静电场和势非均匀半导体和自建电场电场定义为电势的负梯度电势与电子势能的关系为可以把电场表示为（一维）取表示静电势与此类似，定义为费米势。(1-138)（1-140）（1-141）（1-142）于是式中称为热电势.在热平衡情况下，费米势为常数，可以把它取为零基准，（1-145）（1-146）（1-143）（1-144）非均匀的杂质分布会在半导体中形成电场，称为自建电场。在热平衡情况下，由有和同样，对于型半导体，有（1-145）（1-146）（1-150）（1-151）（1-152）（1-153）1.6非平衡载流子在非平衡状态下可以定义和两个量以代替，使得式中和分别称为电子和空穴的准费米能级，和分别为相应的准费米势：（1-162）（1-163）修正的欧姆定律（1-166）式和（1-167）式称为修正的欧姆定律，其中分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散的综合效应。从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即）是电流为零的条件。处于热平衡的半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的费米能级。（1-166）（1-167）通过复合中心的复合:为简单计，假设复合中心对电子和空穴的俘获系数相等。净复合率可写成或表面复合（1-207）（1-208）（1-209）（1-210）半导体中的基本控制方程连续性方程利用电流密度表达式，式（1-211）式和（1-212）可以分别写成在一维情况下，（1-211）（1-212）（1-213）（1-214）（1-218）（1-219）泊松方程在饱合电离的情况下设空间电荷所形成的电势分布为，则与之间满足泊松方程式中=相对介电常数=自由空间电容率，其数值为方程（1-213）式、（1-214）式或（1-218）式、（1-219）式与（1-221）式构成半导体中的基本控制方程。当给定边界条件时，这些方程将给出确定的电荷分布、电流分布和电场分布。（1-220）（1-221）