《半导体基本原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体基本原理.docx（4页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、半导体基本原理1能带结构和电子密度导体、半导体和绝缘体的电子能带结构如下图。可见导体的价带和导带是有重叠的，在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量， 集体定向流动形成电流，从能级图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级 上去。半导体的价带和导带之间有较窄的能隙，称为禁带，一般禁带宽度Eg 2eV ；绝缘体 的禁带则较宽，从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带（ Eg约为 36eV），共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。正是由于这种电 子结构的差异，才有导电性能的差异。当外电场非常强时，它们的共有化电子还是能越过禁 带跃迁到上面的空带中的，绝缘
2、体和半导体可能会发生击穿。导体、半导体和绝缘体的的能带结构由固体物理的知识，半导体中受激的电子浓度七是与导带中的有效态密度NC、导带底 的能级Ec、费米能级七和温度T等有关的，可用下式表述:n = N - exp( f)e CkT.是电子的有效质量，久是普朗克常数；当T = 300K时，硅 NC = 2.8x 1019/cm3，砷化镓 NC = 4.7 x 1017 /cm3。对于被激发的电子空穴浓度，也有:n = N exp(- f V)kT3/2其中价带中空穴的态密度N广2 m是空穴的有效质量；当T = 300K 时，硅 % = 1.04x 1019 /cm3，砷化镓七=7.0x 1018
3、 /cm3。2掺杂后的点缺陷的局域能级在本征半导体如Si( Eg = 1.09eV)或Ge( E； = 0.71eV)中进行不等价掺杂，形成 的点缺陷处在禁带中接近导带底或价带顶的局域能级上，使价电子受激到导带中或使空穴受 激到价带中变得容易，大大增加了受激的电子或空穴的数量。 Ge中加入VA族的气：由于Ge是VI族元素，外层有四个电子，而气是VA族， 外层有五个电子，进入Ge的晶格后，多余的电子成为非局域性的“准自由电子”，或者可以 说：形成的Av/缺陷的能级距导带底很近，容易受激而使该“准自由电子”跃迁到导带中， 对电导形成贡献，见下图。半导体的N型掺杂可以用As - + E As + e
4、来描述这一过程，此式中的E就是As -缺陷所处Ge DGeDGe的局域能级距离导带底的能隙，实验测出Ed = 0.0127eV Eg (Ge)。也就是说，由于A, 的掺杂，产生了局域能级，使得电子被激到导带中去变得容易了。类似于4，g这样能提供 “准自由电子”的缺陷叫“施主缺陷”，对应的气掺杂G是n型半导体。 G中加入IIIA族的B： B的外层有3个电子，B进入G的晶格后，容易使价带中的电子被激至一距离价带顶很近的局域能级上去，形成可缺陷，同时在价带内形成空穴， Ge见下图。半导体的P型掺杂用Ea表示Bg e缺陷所在能级与价带顶的能隙，测出的气=0.0104eV E，故Zn DZnZn DZnD D第二步难度较大。若将Ag +加入KCl中，生成Ag缺陷。此缺陷既可以给出电子到导带，也可以“吸引” 价带中的电子从而在价带中形成空穴，故称为“两性缺陷”(amphoteric defects)0表达式为：Ag x + E (6.4eV) Ag + e， Ag x + E (5.6eV) Ag + hK DKK AK
