固体材料表面与界面电子过程
67页1、第第 二二 章章固体材料表面与界面电子固体材料表面与界面电子固体材料表面与界面电子固体材料表面与界面电子过程过程过程过程3.1 3.1 半导体与半导体界面特性半导体与半导体界面特性-PN-PN结结3.2 3.2 金属与半导体的接触特性金属与半导体的接触特性3.3 3.3 表面势、表面态、表面电导表面势、表面态、表面电导3.4 MIS3.4 MIS结构结构3.5 PN3.5 PN结与功能器件结与功能器件3.6 3.6 晶界势垒及其电荷区2 电子运动状态:能量、运动的范围电子运动状态:能量、运动的范围 电子运动的特点:微质点、高速度运动电子运动的特点:微质点、高速度运动 不可能确定某电子在某空间位置不可能确定某电子在某空间位置用在空用在空 间出现的概率间出现的概率(电子云及密度电子云及密度)能量不连续能量不连续能级能级 决定电子运动状态是主要取决于对电子的作用势决定电子运动状态是主要取决于对电子的作用势(原子核、电子间原子核、电子间)具体电子运动状态是通过薛定鄂方程求出电子的波具体电子运动状态是通过薛定鄂方程求出电子的波函数及其对应的本征能量。函数及其对应的本征能量。电子的特点电子的特点3
2、无数电子形成一个系统以后,电子运动特性无数电子形成一个系统以后,电子运动特性(范围范围)能带能带当原子与原子结合成固体时,原子之间存在相互当原子与原子结合成固体时,原子之间存在相互作用,电子存在共有作用;作用,电子存在共有作用;原子能级分裂成能级示意图4能带理论简介能带理论简介 5 K空间:又称波矢空间,描述微观粒子运动状态的空间,K空间中的一个点对应着一个确定的状态K空间是以倒格子为基础的倒格空间在k空间中,电子能量En(k)函数关系6E Ek,k,能带结构(能量色散关系)能带结构(能量色散关系)SiSi立方立方晶系 晶体的能带结构(半导体,间接能隙)晶体的能带结构(半导体,间接能隙)价带价带导带导带价带顶价带顶导带底导带底7 半导体的基础知识半导体的基础知识 半导体;半导体;N-type P-typeN-type P-type半导体;导带;价带;禁带半导体;导带;价带;禁带本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流8v纯净的、不含杂质的半导体1.1 本征半导体9v杂质半导体分杂质半导体分:N型半导体和P型半导体两类vN型半导体 杂质
3、半导体半导体 结构图结构图10电子 正离子对施主杂质原子电离 电子 空穴对 热激发 载流子载流子杂质半导体半导体 N N型半导体中的多数载流子型半导体中的多数载流子(多子)多子)为为电子电子。空穴空穴为少数载流子(少子为少数载流子(少子)呈电中性 11v P P型半导体型半导体 结构图结构图杂质半导体半导体12 空穴 负离子对受主杂质原子电离 空穴 电子对 热激发 载流子载流子 P P型半导体中的多数载流子型半导体中的多数载流子(多子)多子)为为空穴空穴。电子电子为少数载流子(少子)为少数载流子(少子)杂质半导体半导体呈电中性 13v 扩散运动及扩散电流扩散运动及扩散电流扩散运动扩散运动:载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。扩散电流扩散电流:载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载流子运动方式及其电流载流子运动方式及其电流 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比浓度差 扩散运动 扩散电流扩散力14v 漂移运动和漂移电流漂移运动和漂移电流 漂漂移移运运动动:载流子在电场力作用下所作的 运动称为漂移运动。漂漂移移电电流流:载流子漂移运动所形成的电流称
4、为漂移电流。载流子运动方式及其电流载流子运动方式及其电流 漂移电流大小与电场强度成正比漂移电流大小与电场强度成正比电位差 漂移运动 漂移电流电场力153.1 PNPN结结1.pn结定义:结定义:把一块把一块p型半导体和型半导体和一块一块n型半导体结合型半导体结合在一起,由于在一起,由于P、N区载流子浓度不等,区载流子浓度不等,N区电子浓度向区电子浓度向P区区扩散,扩散,P区空穴向区空穴向N区扩散,结果在交界区扩散,结果在交界面处积累电荷形成电面处积累电荷形成电偶极层,将该结构称偶极层,将该结构称为为p-n结结 带负电荷的电离受主电离受主带正电荷电离施主带正电荷电离施主16 平衡平衡p-n结的能带图结的能带图 1)电子从费米能级高的n区流向费米能级低的p区,空穴则从p区流向n区,因而EFn下移,而EFp移,直至EFn=EFp时为止。这时p-n结中有统一的费米级能Ef2)空间电荷区内电势V(x)V(x):np降低电子电势能-qV(x)n p区不断升高p区的能带上移,n区能带下移,直至费米能级处处相等时,p-n结达到平衡状态。EFn和EFp分别表示n型和p型半导体的费米能级能带图特点:172
5、 PNPN结基本特性结基本特性带负电荷的带负电荷的电离受主电离受主带正电荷电离施主带正电荷电离施主电离施主与少量空穴的正电荷严格平衡电子电荷电离受主电离受主与少量电子少量电子的负电荷严格平衡空穴电荷电中性电中性负电荷区负电荷区正电荷区正电荷区空间电荷1)空间电荷空间电荷18d)对于空穴,情况完全相似。)对于空穴,情况完全相似。e)没有电流流过)没有电流流过p-n结。或者说流过结。或者说流过p-n结的净电流为零结的净电流为零 空间电荷区的特点:空间电荷区的特点:a)内建电场)内建电场 在内建电场作用下,载流子作漂移运在内建电场作用下,载流子作漂移运动。电子和空穴的漂移运动方向与它们各自的扩散运动。电子和空穴的漂移运动方向与它们各自的扩散运动方向相反。内建电场起着阻碍电子和空穴继续扩散动方向相反。内建电场起着阻碍电子和空穴继续扩散的作用。的作用。b)在无外加电压的情况下,载流子的扩散和漂移最终在无外加电压的情况下,载流子的扩散和漂移最终将达到动态平衡将达到动态平衡,c)电子的扩散电流和漂移电流的大小相等、方向相反电子的扩散电流和漂移电流的大小相等、方向相反而互相抵消而互相抵消。E19PNP
《固体材料表面与界面电子过程》由会员重生1****23分享,可在线阅读,更多相关《固体材料表面与界面电子过程》请在金锄头文库上搜索。
2024-05-08 14页
2024-05-05 135页
2024-05-05 55页
2024-05-05 65页
2024-05-05 25页
2024-05-05 18页
2024-05-05 25页
2024-05-05 25页
2024-05-05 32页
2024-05-05 35页