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1、半导体基础知识,一半导体材料,固体材料按其导电性能可分为三类 绝缘体 半导体 导体,典型的电阻率如下：,有哪些半导体？,元素半导体（element）：由一种材料形成的半导体物质。 化合物（compolund）半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 二元化合物 GaAs 砷化镓 SiC 碳化硅 Zns 硫化锌 GaN 氮化镓 三元化合物 AlGa11As 砷化镓铝 AlIn11As 砷化铟铝,孤立硅原子的图示,本征半导体,当半导体中的杂质远小于由热产生的电子空穴时，此种半导体称为本征半导体（Intrinsic Semiconductor）此时EF在禁带中央。,非本征半导体,当半导体被掺入杂质时
2、，本征半导体就成为非本征（extrinsic）半导体。,施主与受主,施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如，磷，砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能在半导体中产生一个空穴，这种杂质称为受主。如，硼，铝就是硅的受主。,N型半导体,以电子为多数导电载流子的半导体称为N型半导体，电子为多子，空穴为少子。,P型半导体,以空穴为多数导电载流子的半导体称为P型半导体，空穴为多子，电子为少子。,本征半导体的载流子浓度,ni=n0=p0 n0 p0= ni2 热平衡条件,非本征半导体的载流子浓度,一般情况下：,电阻率与杂质浓度的关系： n型半导体： p型半导体： 本
3、征半导体：,平衡载流子,处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的，这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。,n0 p0= ni2,非平衡载流子,处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，可以比他们多出一部分，多出这部分载流子称为非平衡载流子，用n和p 表示。,光照产生非平衡载流子,非平衡载流子的寿命,非平衡载流子平均生存的时间称为非平衡载流子的寿命。 由于相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的影响处于主导地位，因而非平衡载流子的寿命常称为少数载流子寿命。,复合理论,直接复合（direct recombination） 间接复合（indirect
4、recombination） 表面复合（surface recombination）,直接复合,由电子在导带与价带间直接跃进而引起的非平衡载流子的复合过程。,间接复合,非平衡载流子通过复合中心的复合。,表面复合,是指在半导体表面发生的复合过程 表面处的杂质和表面处特有的缺陷也在禁带形成复合中心能级，因而，就复合机构讲，表面复合仍然是间接复合。 实际测得的少子寿命应是体内复合和表面复合的综合结果。设这两种复合是单独平行发生的。用 表示体内复合，用 表示表面复合。 总的复合机率为： 称为有效寿命。,复合过程中能量的释放,载流子复合时，一定要释放多余的能量，放出能量的方法有三种： 发射光子，即伴随着
5、复合，将有发光现象，常称为发光复合或辐射复合。 发射声子，载流子将多余的能量传给晶格，加强晶格的振动（使硅体发热）。 将能量给予其它载流子，增加它们的动能，称为俄歇（Auger）复合,二P-N结,P-N结是怎么形成的？ 在一块n 型（或P型）半导体上，用适当的工艺方法把P型（或n型）杂质掺入其中，使不同区域分别具有n型和p型的导电类型，在二者的交界处就形成了p-n结。,2.P-N结的杂质分布,3.能带图（Band diagram）,4.平衡PN结的电场，电势和结宽（以突变结为例）,电荷分布：,5.不同偏压条件下，P-N结的能带图,P-N结的电流电压特性,理想特性，4个假设： 耗尽区为突变边界 小注入 耗尽区内无产生和复合 边界载流子浓度和结的静电势有关,P-N结理想曲线,引起理想曲线与实际曲线差别的主要原因有： 表面效应 势垒区中的产生及复合 大注入条件 串联电阻效应,非理想的P-N结电流电压特性,一般而言，扩散电流的特点是：它与 成正比 复合电流的特点是：它与 成正比 实际结果可以被表示成： n称为理想系数（ideality factor） 当理想扩散电流占优势时：n=1 当复合电流占优势时：n=2 当二者电流相差不大时：n在1和2之间 在更高的电流区域 n=2，这主要由串联电阻效率和大注入效率有关。,
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