Density of states 图中示出半导体中本征载 9v(E) 流子的状态密度、分布函 NCE 数、和载流子浓度实际的 分布 robability n=g(e)f(E)dE Holes I Electrons f 但在实际应用中,我们通常将载流子的分布等效为:电子主要分布在导 电底,而空穴主要分布在价带顶
图中示出半导体中本征载 流子的状态密度、分布函 数、和载流子浓度实际的 分布 ∫ = )()( dEEfEgn 但在实际应用中，我们通常将载流子的分布等效为：电子主要分布在导 电底，而空穴主要分布在价带顶
2.本征费米能级 费米能级是一个重要物理量,本征半导体的费米能级由下式决定 EC+E kT n E+E13 E=E +hm/如 在通常应用的室温条件下,由于半导体的禁带宽度远远大于kT,所 以,上式的第二项可忽略,即 e+e 本征费米能级位于禁带中央,等 效为N=N的情形 近似认为,本征费米能级位于禁带中央,和导带底及价带顶一样,均 可作为电势的参考点(很好的近似)
2. 本征费米能级 ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ + + = ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ − + == n VC p V VC C fi mm kT EE N EE kT N EE ln 43 2 ln 22 近似认为，本征费米能级位于禁带中央，和导带底及价带顶一样，均 可作为电势的参考点（很好的近似） 在通常应用的室温条件下，由于半导体的禁带宽度远远大于kT，所 以，上式的第二项可忽略，即 费米能级是一个重要物理量，本征半导体的费米能级由下式决定 2 VC i EE E + ≈ 本征费米能级位于禁带中央，等 效为NC＝NV 的情形
3)本征费米能级(E) 对于本征半导体来说,导带中的电子 源于价带中电子的激发。因此,在本 征半导体中,电子的浓度(n0)总是 等于空穴的浓度(p0)(通常用n表 多了了了郑了了 示)。在热平衡条件下,满足浓度分 布函数,费米能级为: hole Band Structure (Total (Ec-E E p-n T e 本征费米能级近似位于禁带中央。通常空穴有效质量大 于电子,因此,本征费米能级实际上在中带偏上的位置。通 常将本征费米能级作为半导体的能量参考点之一。 实际上,电子、空穴的浓度与费米能级和导带底和价带顶的能量差有关。其 中,本征费米能级是一个标尺:若费米能级高于本征费米能级,则电子多于 空穴,反之也成立
3）本征费米能级 （Ei） 对于本征半导体来说，导带中的电子 源于价带中电子的激发。因此，在本 征半导体中，电子的浓度（n0）总是 等于空穴的浓度（p0）（通常用ni表 示）。在热平衡条件下，满足浓度分 布函数，费米能级为： 本征费米能级近似位于禁带中央。通常空穴有效质量大 于电子，因此，本征费米能级实际上在中带偏上的位置。通 常将本征费米能级作为半导体的能量参考点之一。 ( ) E E C V Eg kT kT i VC V C n p n NNe NNe − − − === = 实际上，电子、空穴的浓度与费米能级和导带底和价带顶的能量差有关。其 中，本征费米能级是一个标尺：若费米能级高于本征费米能级，则电子多于 空穴，反之也成立
83.2非本征半导体 3,2.1半导体中的掺杂和杂质能级 杂质:在半导体晶体中存在其他原子或离子 缺陷:晶体按周期性排列的结构受到破坏 杂质和缺陷的引入,会使严格按周期性排列的晶体原子结构 发生变化,晶格的周期势场也受到破坏。由此使得本征半导 体中形成新的能级(导带和价带)。 根据能带论的计算,大多数杂质和缺陷在本征半导体中引入 的能级态能量在导带与价带间的禁带范围内( Energy Gap, forbidden gap); 由于这些禁带中的能级态上可以发生电子的占据和释放,因 此,对半导体的特性会产生很大的影响
杂质和缺陷的引入，会使严格按周期性排列的晶体原子结构 发生变化，晶格的周期势场也受到破坏。由此使得本征半导 体中形成新的能级（导带和价带）。 根据能带论的计算，大多数杂质和缺陷在本征半导体中引入 的能级态能量在导带与价带间的禁带范围内（Energy Gap ， forbidden gap）； 由于这些禁带中的能级态上可以发生电子的占据和释放，因 此，对半导体的特性会产生很大的影响。 杂质：在半导体晶体中存在其他原子或离子 缺陷：晶体按周期性排列的结构受到破坏 §3.2 非本征半导体 3.2.1半导体中的掺杂和杂质能级 半导体中的掺杂和杂质能级
3,2.1半导体中的接杂和杂质能级 半导体中的杂质 1)杂质的分类(根据在晶格中的位置) ·替位式杂质:杂质原子替代晶格原子 间隙式杂质:杂质位于晶格原子的间隙 2)半导体的掺杂 在半导体中通过可控操作、人为引入杂质的过程,是半导体技术 中重要的工艺步骤之 掺杂引入的杂质通常为替位式杂质,包括施主和受主杂质两种 扩散和注入是典型的掺杂工艺 杂质浓度:单位体积中杂质原子数,是掺杂的重要因子 ·半导体可通过掺杂实现对半导体性质的调制 Si半导体技术能够得到广泛应用的重要原因是:可通过选择掺杂杂质的 类型和浓度,对掺杂半导体的性能进行可控调制
2）半导体的掺杂 •在半导体中通过可控操作、人为引入杂质的过程，是半导体技术 中重要的工艺步骤之一 •掺杂引入的杂质通常为替位式杂质，包括施主和受主杂质两种 •扩散和注入是典型的掺杂工艺 •杂质浓度：单位体积中杂质原子数，是掺杂的重要因子 •半导体可通过掺杂实现对半导体性质的调制 半导体中的杂质 半导体中的杂质 1）杂质的分类（根据在晶格中的位置） •替位式杂质：杂质原子替代晶格原子 •间隙式杂质：杂质位于晶格原子的间隙 Si半导体技术能够得到广泛应用的重要原因是：可通过选择掺杂杂质的 类型和浓度，对掺杂半导体的性能进行可控调制 3.2.1半导体中的掺杂和杂质能级 半导体中的掺杂和杂质能级