半导体器件物理 第四章总结
上栅极 VG ≤0
P+
第三个电极是栅极，它与沟道构成一个整 流结。 结型场效应器件本质上是一种电压控制电 阻器，其阻值能够随着扩展到沟道区的耗 尽层宽度的（器件的尺度：沟道长度为L， 宽度为Z，深度为2a）变化而变化。
W 源 W
L
n
VD ≥0
2a
P+
6
VDS对沟道的控制（假设VGS 一定） 由图 VGD = VGS - VDS * VDS很小时 → VGD VGS
① JFET的I-V关系曲线
JFET对应 不同的VG 有不同的 曲线
②双结型特性曲线
对应用不同基板电流Ib有不同的曲线
Ic Ib
饱和区
β=△Ic/ △Ib
Vce
5
4-1-3 JFET的工作原理
JFET由一个带有两个欧姆接触的异电沟道构成，一个欧姆接触起源极的作用，
另一个作漏极。当漏极加一个相对于源极的正电压时，电流从源到漏。
③ VG =－VP 时:
当栅源电压VG=-VP 时N沟道全夹断。
此时即使有漏源电 压VD ，亦不能产生 电流ID。
ID B
N 沟 道 结 型 场 效 应 管
d
A g
当VG=－VP时,N沟道的起 始状态为全夹断,管中已 没有自由电子，即此时N 沟道不存在,漏源间的电 阻为无穷大,所以即使有 VD,亦不会有ID。 C VG=0 VG=-1V VG=-2V VG=-3V
0 VG(V) 0
Vp
10V
29 VD
ID = f ( VG )|VD = C
当栅源电压为0 时,ID为最大。 ID(mA) 当栅源电压等 夹断电压时, ID为0。
由图上可以看出,当VG =0V时, 漏极电流ID 最大为IDSS,当VG =－VP 时,漏极电流ID为0 。 根据这两个数值可以大概画 出转移特性曲线。
的夹断电压越小，输出特 性曲线越往下。
VG
N
s 0
Vp
夹断电压
VD
25
|VG|越大,N沟道的 起始值越窄。
更小的漏源电压 VD 就使沟道预夹断。 ID B
C
VG=0 VG=-1V VG=-2V VG=-3V
N 沟 道 结 型 场 效 应 管
d
A g
P
N
P
VD
VG
s
0 Vp
VG=-4V
夹断电压
Байду номын сангаас
VD
26
管
VG=0
0
VD
17
①当VG = 0时: VD较小时,形成线性电阻段. VD稍大,形成可变电阻段 预夹断,预夹断处由于 VD= VP (夹断电压 )时,N沟道预夹断 电阻较大,所以电压几 乎全部降在此,因此电 当VD升至使N沟道刚开始 场很强。 夹断时(称为预夹断),在 ID B 夹断处电阻最大,这时 VD增大部分几乎全部降 ID d N 落在夹断处，这处的电 A 沟 场非常强，沟道其他处 道 电场基本不变,在预夹断 g 结 P P VD 的情形下，电子仍可被 型 拉过夹断处，因为电场 场 N 效 的方向是有助于电子运 应 s 动的。 管 V =0 G Vp 0 V
VDS > 0 (保证栅漏PN结反偏)
8
沟道电阻
R
L L L A q n N D A 2q n N D z (a w)
其中ND施主浓度 ，A截面积， W是耗尽层宽度。
如图所示：
在正常工作条件下，当加反偏于栅的PN结两侧时，使空 间电荷区向内部扩展，并使沟道中自由载流子耗尽，结 果是沟道的截面积减小，沟道电阻增大。
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d A
g
P
P
VD
N
s VG=0 0
①当VG = 0时: VD 较小时,形成线性电阻段. VD稍大,形成可变电阻段 电流还在增大,但增大的速 率减少,形成了曲线的非线 VD稍大时，PN结显著加 性段 ( AB段 ),这段称为 厚, N沟道电阻明显增大, 可变电阻区 ID B 且随着V 的增大而增大。 D ID d 但VD的增大的比例仍大 N A 于N沟道电阻增大,所以 沟 电流ID 还是在增大,但增 道 g 结 大的速率减少了，出现 P P VD 型 了曲线的弯曲段( A—B 场 段 )，这段曲线反映了 N 效 电阻在增大 应 s
P＋
N P
2
JFET结构示意图及电路符号
D G D
D
P+ N P+ G
G
D
N+ P N+ G
S
S S
S
N沟道JFET
P沟道JFET
3
④JFET的工艺
a）外延扩散工艺
N
P P-Si
外延生长
P
b）双扩散工艺
N P-Si
4
4-1-2 JFET的特征性曲线介绍
线性区 饱和区
IDS
VG=0 VG=-1 VG=-2 VG=-3 VG=-4 VDS
9
（a）当源· 栅连接到地电位，使漏电压置于
VD ，在X=0处,栅PN结两边电位为零。但
在X=L处，整个VD值都加在PN结上。此时
VG =0。 VD很小时，沟道内有一个很小的
漏电流ID，电流的大小为VD/R,这个“R”是
沟道电阻，电流随电压线性变化。
10
• （b）当VD增加时，W增加，且因电流通过 通过平均截面积逐步减小，因而沟道电阻 也增加。结果，电流增加的速度变慢。随 着漏电压的进一步增加，耗尽层宽度也增 加，最后两个耗尽层在漏极处相接。Vp为 夹断电压，载流子全部耗尽。源和漏被夹 断，或说被反偏置的耗尽层隔开。
夹断电压
VD
19
①当VG = 0时: VD = VP (夹断电压 )时,N沟道预夹断 VD >VP (夹断电压 )时
ID
N 沟 道 结 型 场 效 应 管
ID B d A
g
P
P
VD
N
s VG=0 0 Vp
当VD >VP时,夹断层延伸, 夹断层电阻增大,VD 的增 量几乎全部降落在夹断 层，使得在N沟道上的电 压几乎不变，即夹断层 电阻的增大完全抵消了 VD的增大, 所以电流基 本保持不变，形成了曲 线的BC段。
制输入达到控制输出的作
用。当 VG=0 时,ID 是最大 的 , ID =IDSS （ 饱 和 漏 电
VG=-3V VG=-4V
Vp
夹断电压
VG=-VP=-5V VD
28
流）。
0
三、转移特性曲线
ID = f ( VG )|VD = C
ID(mA) IDSS
因为场效应管一般是工作在放 大区,其漏源电压一般都工作 在大于夹断电压的区域,所以 先在输出特性曲线上取 一个 大于夹断电压VP 的漏源电压 值 VD ,例如VD =10V。 C VG=0 ID B A VG=-1V VG=-2V VG=-3V VG=-4V VG=-VP=-5V
11
（c）VD进一步增大，漏极附近的耗尽层将扩展，p点向源移动（但P点 的电压保持不变），夹断后，再增加漏极电压，不会增加漏极电流，电 流处于饱和，电阻变的很大。 （c’） CD段 --雪崩击穿
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• （d）当栅极P+n结上外加反向偏压，耗尽层密度 增加，对小的VD ，沟道仍起电阻作用，但由于电 流通过截面积减小了，沟道电阻变得更大。当栅 压VG=-1时，初始电流比栅压VG =0时更小。当VD 增加到某一值时，两个耗尽层再次相接。加栅压 后，使开始夹断电压减小。
☆ 不易发生热电引起的破坏性栅极击穿
1
4-1 结型场效应管的结构及工作原理
4-1-1 JFET的基本结构
S G
P
D
①二个结一个沟道
②可以是PNP。也可以是是NPN 一般是用PNP结构，此种称为 n 沟道（p沟道）
e
N
P
b c
只是电子的迁移率比空穴高
N区沟道能提供更高的电导和速度 ③JEFT与三极管的区别（一般）
第四章 结型场效应晶体管
结型FET简述
☆ 分析研究早在1952年进行
☆ 这类器件用一个或一个以上的反向偏置PN结的耗尽 区去调制电流通过的截面积，其电流中只含一种极性的
载流子——单极型器件
单极型器件不存在少数载流子存储效应，有较高的开关 速度和截至频率。
☆ 更高的稳定性，更低的噪声，更好的抗辐射能力。
P
N
P
VD
VP
s
0 Vp
VG=-4V
夹断电压
VG=-VP=-5V VD
27
由曲线可知,场效应管若
用作放大时,应工作在恒
流区。在此区内,输入电
恒流区亦即放大区, ID随VG 线性变化。 I B C VG=0 VG=-1V VG=-2V
压 VG 的变化才能引起 ID 的 I D DSS 线性变化,即输出电流的 A 变化。这样才起到通过控
IDSS
ID B A
VG=0
VG=-1V VG=-2V VG=-3V VG=-4V VG=-VP=-5V
C
-VP
0 VG(V) 0
Vp
10V
30 VD
ID = f ( VG )|VD = C
当栅源电压为0 3.转移特性曲线 时,ID为最大。
当栅源电压等 ID(mA) 夹断电压时, ID为0。
IDSS
ID A
又由输出特性曲线得,在饱和 区内,不同的VD对ID 随VG的变 化基本不起影响,所以不同的 VD 对应于的 ID—VG 曲线是重 合的, 所以只需画出一条转 移特性曲线即可. C VG=0 B VG=-1V VG=-2V
V D =8V和V D =12V 的转移特性曲线 与V D =10V相同。
半导体器件物理4章半导体中的载流子输运现象
第四章半导体中载流子的输运现象在前几章我们研究了热平衡状态下，半导体导带和价带中的电子浓度和空穴浓度。
我们知道电子和空穴的净流动将会产生电流，载流子的运动过程称谓输运。
半导体中的载流子存在两种基本的输运现象：一种是载流子的漂移，另一种是载流子的扩散。
由电场引起的载流子运动称谓载流子的漂移运动；由载流子浓度梯度引起的运动称谓载流子扩散运动。
其后我们会将会看到，漂移运动是由多数载流子（简称多子）参与的运动；扩散运动是有少数载流子（简称少子）参与的运动。
载流子的漂移运动和扩散运动都会在半导体內形成电流。
此外，温度梯度也会引起载流子的运动，但由于温度梯度小或半导体的特征尺寸变得越来越小，这一效应通常可以忽略。
载流子运动形成电流的机制最终会决定半导体器件的电流一电压特性。
因此，研究半导体中载流子的输运现象非常必要。
4.1漂移电流密度如果导带和价带都有未被电子填满的能量状态，那么在外加作用下使载流子产生的运动称为“漂移运动”。
载流子电荷的净如果电荷密度为P的正方体以速度4运动，则它形成的电流密度为^drf = P U d（°」）其中°的单伎为C»cm~3, J drf的单位是Acm~2或C/cnr»s。
若体电荷是带正电荷的空穴，则电荷密度p = ep , e为电荷电量^=1.6X10-,9C（^仑），〃为载流子空穴浓度，单位为⑵尸。
则空穴的漂移电流密度打场可以写成：丿"爾=⑷）％（4.2）%表示空穴的漂移速度。
空穴的漂移速度跟那些因素有关呢？在电场力的作用下，描述空穴的运动方程为F = ma = eE（4.3）p£代表电荷电量，d代表在电场力F作用下空穴的加速度，加;代表空穴的有效质量。
如果电场恒定，则空穴的加速度恒定，其漂移速度会线性增加。
但半导体中的载流子会与电离杂质原子和热振动的晶格原子发生碰撞或散射，这种碰撞或散射改变了带电粒子的速度特性。
12第四章MS结
第四章
金属 — 半导体结
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安徽大学物理与材料科学学院
半导体器件物理
引言
• 金属—半导体形成的冶金学接触叫做金属—半导体结（M-S结）或金属－半导体 接触。把须状的金属触针压在半导体晶体上或者在高真空下向半导体表面上蒸 镀大面积的金属薄膜都可以实现金属—半导体结，前者称为点接触，后者则相 对地叫做面接触。 • 金属—半导体接触出现两个最重要的效应：其一是整流效应，其二是欧姆效应。 前者称为整流接触，又叫做整流结。后者称为欧姆接触，又叫做非整流结。 • 非整流结不论外加电压的极性如何都具有低的欧姆压降而且不呈整流效应。这 种接触几乎对所有半导体器件的研制和生产都是不可缺少的部分，因为所有半 导体器件都需要用欧姆接触与其它器件或电路元件相连接。
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半导体器件物理
4.1 肖特基势垒
4.1.1 肖特基势垒的形成（考虑金属与N-半导体）
qS －半导体功函数 qS qm
的。
qm －金属的功函数
S －半导体的电子亲和势。
假设半导体表面没有表面态，接触是理想的，半导体能带直到表面都是平直
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• 在实际的M-S接触中，当E0>EF时，界面态的静电荷为正，若E0<EF时 ，界面态的静电荷为负。
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4.3 镜像力对势垒高度的影响 镜像力降低肖特基势垒高度（肖特基效应）：
q2 q2 F 2 16k0 x2 4k0 2x
镜象力引起的电子电势能为：
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Ei x EF Ei x Ei 0 Ei 0 EF q ( x ) KT n(x) n i e xp n0e( x ) VT ni e xp n0e KT KT
半导体器件物理(第四章 双极型晶体管及其特性)
4.1 晶体管结构与工作原理 三极电流关系
I E I B IC
对于NPN晶体管，电子电流是主要成分。电子从发射极出发，通 过发射区到达发射结，由发射结注入到基区，再由基区输运到集电结 边界，然后又集电结收集到集电区并到达集电极，最终称为集电极电 流。这就是晶体管内部载流子的传输过程。 电子电流在传输过程中有两次损失：一是在发射区，与从基区注 入过来的空穴复合损失；而是在基区体内和空穴的复合损失。因此
* 0
可见，提高电流放大系数的途径是减小基区平均掺杂浓度、减 薄基区宽度Wb以提高RsB，提高发射区平均掺杂浓度以减小RsE。另外， 提高基区杂质浓度梯度，加快载流子传输，减少复合；提高基区载 流子的寿命和迁移率，以增大载流子的扩散长度，都可以提高电流 放大系数。
4.2 晶体管的直流特性 4.2.1 晶体管的伏安特性曲线 1.共基极晶体管特性曲线
' ine 1 jCTe 1 ine re 1 jCTe 1 jreCTe
re in e
iCTe
' in e
交流发射效率
1 0 1 jre CTe
CTe
re CTe e
发射极延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
2．发射结扩散电容充放电效应对电流放大系数的影响
虽然共基极接法的晶体管不能放大电流，但是由于集电极可以 接入阻抗较大的负载，所以仍然能够进行电压放大和功率放大。
4.1 晶体管结构与工作原理
（2）共发射极直流电流放大系数
IC 0 IB
（3）α0和β0的关系
C
IC
N
IB
B
I IC I I 0 C C E 0 I B I E IC 1 IC I E 1 0
北大半导体器件物理课件第四章5MOSFET的小尺寸效应
半导体器件物理
DIBL效应
特点：
• 沟道缩短，电 子势垒下降
• VDS 增加， 电子势垒下降
半导体器件物理
DIBL效应
• 有两种作用导致了势垒的下降：
– 沟道缩短，漏、源耗尽区的相互影响 – VDS增加，漏区发出的场强线的一部分穿透到源区
• DIBL效应对MOSFET特性的影响：
– VDS增加，有效阈值电压下降 – VDS增加导致势垒降低，表面更加耗尽，使沟道更
加吸引电子，沟道导电能力增强，等效于有效阈值 电压的下降。
半导体器件物理
DIBL效应ห้องสมุดไป่ตู้
• 亚阈值特性：
– 亚阈值区导电机构主要是载流子的扩散
I Dsub
=
Z L
μnCOXη
⎛ ⎜
定量计算： 窄沟道效应
• 由于侧向扩展的不规则，定量计算比较复杂。在SPICE程 序中仅认为窄沟道效应是由于沟道宽度方向上的边缘电场 使总的耗尽电荷增加所致。 为便于计算，把
边缘场的影响夸大
成1/4圆柱体。
( ) ΔVT
=
π 2
Xd Z
γ
2φF − VBS
=π εS ε OX
DOX Z
2φF − VBS
左图：低掺杂衬底短沟 nMOST饱和区情形 反偏漏-衬pn结耗尽区的 扩展主要在p型衬底一侧
•有可能出现耗尽区宽度接近于或大于沟道长度 •起始于源区的场强线，就会有一部分终止于沟道
半导体器件物理
源漏穿通效应
• 考虑：栅源电压VGS不变，增大漏源VDS电压
– 漏-衬pn结耗尽区扩展，用于屏蔽增加的电场 – 对于终止于沟道的场强线来说，由于耗尽区已经没
半导体器件物理重要知识点
Ø 导出半导体表面载流子浓度表达式。
Ø 导出电流－电压特性〔李查德－杜师曼方程〕。
Ø 了解MIS肖特基二极管工作原理。
Ø 掌握结型二极管相比肖特基势垒二极管的主要特点。 Ø 了解肖特基势垒二极管的主要应用。
Ø 掌握欧姆接触概念和形成欧姆接触的条件。
第5页，本讲稿共14页
第三章 双极结性晶体管
Ø 理解理想双极结型晶体管的基本假设及其意义。 Ø 写出发射区、基区、集电区少子满足的扩散方程并解之求出少子分布。 Ø 掌握正向有源模式基区输运因子公式。 Ø 掌握正向有源模式基区电子电流公式。
Ø 了解E－M方程中四个参数的物理意义 Ø 根据E－M方程写出四种模式下发射极电流和集电极电流表达式。 Ø 理解并记忆BJT四种工作模式下的少子分布边界条件 Ø 画出BJT四种工作模式下少子分布示意图。
第8页，本讲稿共14页
第五章 结型场效应晶体管与MS场效应晶体管
Ø 画出JFET的基本结构示意图 。
Ø 熟悉JFET的基本工作原理。 Ø 熟悉沟道夹断、漏电流饱和、夹断电压等概念。 Ø 掌握理想JFET的基本假设及其意义。
Ø 导出夹断前JFET的I－V特性方程。 Ø 深入理解沟道夹断和夹断电压的含义。 Ø 掌握线性区条件和I－V特性。
第7页，本讲稿共14页
第四章 金属半导体结
Ø 了解金属—半导体接触出现两个最重要的效应
Ø 画出热平衡情况下的肖特基势垒能带图。 Ø 掌握肖特基势垒、内建电势差和空间电荷区宽度计算公式 。
Ø 画出加偏压的的肖特基势垒能带图，解释肖特基势垒二极管的整流特性。
Ø 理解界面态和镜像力对肖特基势垒高度的影响。
半导体物理1-8章重点总结
半导体重点总结（1-7章）绪论1. 制作pn 结的基本步骤。
（重点，要求能够画图和看图标出步骤）第一章． 固体晶体结构1. 半导体基本上可以分为两类：位于元素周期表IV 元素半导体材料和化合物半导体材料。
大部分化合物半导体材料是III 族和V 族化合形成的。
2. 元素半导体，如：Si 、Ge ； 双元素化合物半导体，如：GaAs （III 族和V 族元素化合而成）、InP 、ZnS 。
类似的也有三元素化合物半导体。
3. 固体类型：（a ）无定形（b ）多晶（c ）单晶 图见P6 多晶：由两个以上的同种或异种单晶组成的结晶物质。
多晶没有单晶所特有的各向异性特征 准晶体: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性。
似晶非晶。
4. 原胞和晶胞：原胞是可以通过重复形成晶格的最小晶胞。
晶胞就是可以复制出整个晶体 的小部分晶体。
5. （a ）简立方 1 个原子（b ）体心立方 2 个原子（c ）面心立方 4 个原子计算方法：顶点的一个原子同时被8个晶胞共享，因此对于所求晶胞而言只占有了该原子的1/8；边上、面心和体心原子分别同时被4,2,1个晶胞共享，对于所求晶胞而言分别占有了该原子的1/4,1/2,1/2.如此计算。
例如（c ）图中8*1/8+6*1/2=1+3=4. 6. 晶格常数：所取的立方体晶胞的边长。
单位为A ,1A=10^-8cm. 7. 原子体密度：原子个数/体积。
比如上图（c ）假设晶格常数为5A 。
求原子体密度。
8．密勒指数（取面与x,y,z 平面截距的倒数）：密勒指数描述晶面的方向，任何平行平面都有相同的密勒指数。
9. 特定原子面密度：原子数/截面面积。
计算方法：计算原子面密度时求原子个数的方法与求体密度时的方法类似，但是应当根据面的原子共用情况来计算。
其中有一种较为简便的算法：计算该面截下该原子的截面的角度除处以360，即为该面实际占有该原子的比例。
举例1：计算下图（a ）中所显示面所拥有的原子个数和原子面密度：该面截取了顶角四个原子和体心一个原子，顶角每个原子与面的截面角度为90度，90/360=1/4,体心原子与面的截面角度为360度，360/360=1，所以原子总数,1+1+1/4*4=2()223384 3.210510cm ρ-==⨯⨯个原子/举例2：第一次作业中有一道小题是计算硅晶体在晶面（1,1,1）的面密度，晶格常数为a ，如下图可以知道如图所示的等边三角形的边长为√2*a,三个角顶点截面角度为60度，所以该面实际占据这个三个点的比率都为1/6,三个面心点截面角度为180度，所以该面实际占据这个三个点的比率都为1/2.所以该面拥有原子数为3*1/6+3*1/2=1/2+3/2=2.等边三角形面积为√3/2*a^2,所以可以算出面密度为4/(√3a^2).10. 晶向：与晶面垂直的矢量（在非简立方体晶格中不一定成立）。
半导体物理知识点及重点习题总结
基本概念题：第一章半导体电子状态半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。
能带晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。
能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。
答：能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。
通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。
单电子近似：将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。
绝热近似：近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。
克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法答案：克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。
由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。
从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。
导带与价带有效质量有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。
它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。
其大小由晶体自身的E-k关系决定。
本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
空穴空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
它引起的假想电流正好等于价带中的电子电流。
空穴是如何引入的，其导电的实质是什么？答：空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
半导体物理知识点总结
半导体物理知识点总结一、半导体物理知识大纲核心知识单元A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）→半导体中的电子状态（第1章）→半导体中的杂质和缺陷能级（第2章）核心知识单元B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的计算方法）→半导体中载流子的统计分布（第3章）→半导体的导电性（第4章）→非平衡载流子（第5章）核心知识单元C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）→半导体光学性质（第10章）→半导体热电性质（第11章）→半导体磁和压阻效应（第12章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态本章各节内容提要：本章主要讨论半导体中电子的运动状态。
主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。
阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。
最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。
在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
（重点掌握）在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。
介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。
（重点掌握）在1.3节，引入有效质量的概念。
讨论半导体中电子的平均速度和加速度。
（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。
（重点掌握）在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。
（理解即可）在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构。
（掌握能带结构特征）在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构。
（掌握能带结构特征）本章重难点：重点：1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。
半导体器件物理-MOSFET
4.0 MOS电容
小的正栅压情形
表面能带图:p型衬底(2)
(耗尽层)
小的正栅压——多子耗尽状态 且由半导体浓度的限制，形 成一定厚度的负空间电荷区 xd
EFS EFi
电场作用下，表面多子被耗尽，留下带负电的受主离子Na- ，不可动 能带变化： P衬表面正空穴耗尽，浓度下降，能带下弯， s >0 xd：空间电荷区（耗尽层、势垒区）的宽度
表面能带图:p型衬底(2)
阈值反型后， xd↑最大值XdT不再扩展：
表面处总的负电荷面密度Q`-=Q`dep+Q`inv 强反型后，若VG进一步↑→ΦS↑→表面处可动电子电荷浓度在ns =PP0 基础上指数增加→表面处负电荷的增加△Q-主要由△ns贡献→Qdep基 本不变→表面耗尽层宽度Xd基本不变，在阈值反型点开始 达到 最大XdT 强反型后，增加的VG基本上用于改变栅氧化层两侧压降VOX，反型 电荷Q`n=COX(VG-VT)增多，Фs改变量很小，耗尽层电荷近乎不变
|Q' SDmax | Q' ss
COX影响：COX越大，则VTN越小；
物理过程：COX越大，同样VG在半导体表面感应的电荷越多， 达到阈值反型点所需VG越小，易反型。 COX提高途径： 45nm工艺前，减薄栅氧化层厚度; 45nm工艺后，选择介电常数大的绝缘介质
2014-12-12 XIDIAN UNIVERSITY
4.0 MOS电容
表面能带图:p型衬底(1)
零栅压情形
零栅压—平带状态 理想MOS电容： 绝缘层是理想的，不存在任何电荷； Si和SiO2界面处不存在界面陷阱电荷； 金半功函数差为0。 系统热平衡态，能带平，表面净电荷为0
半导体物理笔记总结
半导体物理绪 论 一、什么是半导体导体 半导体绝缘体 电导率ρ <310- 9310~10- 910> cm ∙Ω此外，半导体还有以下重要特性1、 温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si ） 若温度从 30C 变为C20时，ρ增大一倍2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C 27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、 光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。
另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。
综上：● 半导体是一类性质可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。
二、课程内容本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。
预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体固体非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料）晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里（610-m ）按一定方式规则排列——称为长程有序。
单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。
多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。
非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距）存在结构有序——短程有序。
§1 化学键和晶体结构1、 原子的负电性化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。
电离能：失去一个价电子所需的能量。
亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。
(ⅡA 族和氧除外) 原子负电性=（亲和能+电离能）18.0⨯ （Li 定义为1）● 负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。
● 价电子向负电性大的原子转移ⅠA 到ⅦA ，负电性增大，非金属性增强同族元素从上到下，负电性减弱，金属性增强2、 化学键的类型和晶体结构的规律性ⅰ）离子晶体：(NaCl)由正负离子静电引力形成的结合力叫离子键，由离子键结合成的晶体叫离子晶体（极性警惕）● 离子晶体的结构特点：任何一个离子的最近邻必是带相反电荷的离子。