本征半导体

本征半导体：完全纯净结构完整没有杂质和缺陷的半导体本征激发：电子吸收晶格热运动能量，从价带激发到导带的过程直接复合：导带电子放出能量，直接跳回价带与空穴复合引起的电子-空穴对的消失过程间接复合：导带中的电子首先被禁带中某一个中间能级所俘获，然后落入价带与空穴相复合。即电子与空穴通过所谓的复合中心进行的复合直接带隙：导带边和价带边处于K空间相同点间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点空间电荷区：在PN结中，对于P区，空穴离开后，留下了带负电的电离受主，这些电离的受主离子在PN结的P区一侧形成了一个负电荷区；同样对于N区，由于电子的离开，留下带正电的电离施主，这些电离后的施主离子在PN结的N区一侧形成了一个正电荷区，这样就在交界面的两侧形成带正负电荷的区域，称为……自建场：空间电荷区内的正负电荷形成一个电场，电场的方向有带正电的N区指向带负电的P区，这个电场称为……PN结击穿类型：热电击穿、隧道击穿、雪崩击穿其中雪崩击穿的条件是错误!未找到引用源。物理意义是一个载流子通过整个势垒区，碰撞电离产生了一对电子-空穴对时，PN结就发生了雪崩击穿。正向注入效应：PN结正向偏置，势垒区电场的削弱，打破了原平衡PN结载流子扩散运动和漂移运动的平衡状态，使载流子的扩散趋势大于漂移趋势，电子从N区扩散到P区，空穴从P区扩散到N区，正向PN结的这一重要现象称为正向注入效应。因为这种正向注入效应是由外加正向偏置的作用引起的，因此也称为非平衡载流子的注入。PN结反向抽取作用：把反向PN结空间电荷区具有的抽取(或收集)少子的重要作用称为……晶体小信号：意指交流电压和电流的峰值小于直流电压和电流的峰值MOS二极管定义、在外加零偏压是，金属功函数与半导体功函数之间没有能量差2、在任何偏置条件下，MOS结构中的电荷仅次于半导体之中，而且与邻近氧化层的金属表面电荷的数量大小相等，但符号相反。3、氧化膜是一个理想的绝缘体，电阻率为无穷大，在直流偏置条件下，氧化膜中没有电流通过基区自建场：由于基区内存在杂质浓度梯度，多事载流子空穴也必然有同样的分布梯度，显然，空穴的浓度梯度将引起空穴向浓度低的方向扩散，但是空穴一旦离开，基区中的单电中性就受到破坏。因此，基区中必然会产生一个电场Eb,使空穴做反方向的漂移运动，来抵消空穴的扩赛运动，以维持电中性，把这个电场称为缓变基区的自建电场晶体管在结构上要满足条件：1、具有PNP或NPN三层结构2、基区宽度要非常薄，薄的程度要远小于非平衡少子的扩散长度3、发射区的杂质浓度要远大于基区杂质浓度。晶体管的放大功能主要表现在两个方面：1、晶体管的电流放大及其放大倍数的大小2、阻抗转换及其转换比例的大小功函数：指每一种材料从它的费米能级与真空能级之间的能量差简答题：1、晶体管放大原理：正常工作时，发射结正向偏置，集电结反向偏置。由于正向偏置，发射结是由NP结组成，根据PN结特性将有大量电子从N区注入到P区并在基区边界积累形成一定的浓度梯度。电子靠浓度梯度向基区扩散，与基区中的空穴复合使中间的P区宽度不断缩小。当P区宽度大大小于少子电子扩散长度Ln时，两个PN结就会发生相互作用。从第一PN结注入的电子小部分在P区复合大部分到达第二个PN结即集电结反偏结。由于第二个结处于大电压反向偏置，空间电荷区存在很强的电场。当电子到达该电荷区附近时被强电场扫过空间电荷区到达N区并通过N区流出。晶体管的放大机理就是依靠它的发射极电流能够通过基区输运到达集电区实现的。1，发射区向基区注入电子。2，电子在基区中边扩散边复合。3，扩散到集电结的电子被集电区收集。2、PN结的单向导电性原因：从PN结伏安特性曲线看出，正反两个方向不对称。在正向偏压下，正向电流随正向电压的增加而快速增高，反映出正向PN结的正向电阻很小，导电性良好，电流很容易通过的正向导通特性；外加反向电压，反向电流很小，而且随电压的增加趋于一个饱和值，反映出反向电阻很大，导电性很差，电流很难通过的反向截止特性。在一个串有PN结的回路中电流只允许与PN结正向相应的单方向通过，这就是PN结整流的基本原理（由正向注入和反向抽取作用决定）3、平衡PN结：随着扩散的进行，空间电荷数量不断增加，自建场越来越强，直到电场强到使载流子的漂移运动和扩散运动大小相等方向相反从而达到平衡形成PN结，这时空间电荷的数量一定，空间电荷区的宽度一定不再继续扩展，称为热平衡状态下的PN结，它的三个主要特征：1、通过PN结的净电流为零2、在空间电荷区两侧正负空间电荷数量相等3、空间电荷区以外的N型区和P型区仍是电中性的。4、雪崩击穿和隧道击穿的区别：隧道击穿取决于穿透隧道的几率，而隧道几率又强烈地依赖于禁带水平距离。因此隧道击穿常发生在两边重掺杂的PN结中。因为重掺杂的PN结，其势垒区宽度Xm比较窄，且反偏时变化不大，但禁带水平距离d的数值随反向偏压升高而显著减小；相反，对于低掺杂的PN结，在反偏时虽然势垒升高，但空间电荷区宽度Xm也变宽，d值随反向偏压升高而减小的程度并不明显，所以低掺杂不容易发生隧道击穿；而雪崩击穿是碰撞电离的结果，载流子能量的增加需要一个加速过程，因此对势垒区有一个宽度的要求，这与隧道击穿的情况正好相反。所以，PN结的掺杂浓度不太高时，往往常发生雪崩击穿。5、MOS工作原理：当外加一足够大正电压与栅极时，MOS结构将被反型，以至于在两个N+型区域形成表面反型层即沟道，源极和漏极通过这一导电的表面N型沟道相互连接，并可允许大流通过。MOS场效应晶体管工作原理最关键的是加上一定的电压表面形成导电沟道，导电沟道将源区和漏区连通，然后在UDS的作用下，产生明显的漏电流IDS，实现了电压对电流的控制。6、有效质量（原因）：电子在晶体中运动时，它们除了与自由电子一样受外加电场的作用外，还要受晶格原子和其他电子的作用，因此在同一电场的作用下，晶体中的电子与自由电子的运动不完全相同。将晶格原子和其他电子对晶体中电子的作用等效为这些电子具有的不同质量，换言之，有效质量是概括了晶体本身对电子运动的影响之后，用来表征晶体中电子行为的一个量。在有效质量代替了电子的实际质量之后，晶体中电子与空穴的运动规律基本上可按经典粒子来处理，因此有效质量是非常有用的概念。7、空穴：价带电子激发到导带去之后留下的空位。当原来填满电子的价带中有一些电子激发到导带去之后，价带中就有一些能级完全没有了电子或只有一个电子，这对于可容纳两个电子的能级来说，就出现了空位。在外加电场的作用下，邻近能级上的电子就可以跃入这些空位，而这些电子原来的能级上留下新的空位，然后其他电子又可以再跃入那些新的空位。因此对于一个空位的价带来说，就会有比较多的电子沿电场作用力的方向运动，同样起到了传导电流的作用。在具体处理价带导电问题时，用带正电荷（+q）的粒子运动来等效，这种粒子称为空穴。满带上的一些电子跃迁到导带后，满带中出现一些电子的空位，称为空穴。满带变为近满带。空穴是一个假想的的带正电粒子，有正电粒子导电特性，实际是不存在的，是为了描述价带中电子移动对电流的贡献而引入的。为了方便分析，引入空穴的有效质量概念。8、硅能带的形成过程（1）当原子间的距离较大时，每个孤立的原子均有其分离的能级，此时只考虑外层的价电子，每个原子的3s能带中有2N个状态，也有2N个电子，因此3s能带是全满的；3p能带中有6N个状态，而只有2N个3p电子，这时他的3p能带是不满的。（2）当原子与原子间的距离缩短时，硅原子的3s及3p轨道将彼此重叠，各个简并的能级分裂，形成能带；（3）当原子间距离接近金刚石晶格中原子间的平衡距离5.43A。。时，合并的能带将再度分裂成为两个能带。把两个能带之间的区域称为禁带。9、PN结正偏反偏工作原理：从P区指向N区，显然与内电场的方向相反，这时外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱。内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强，形成较大的扩散电流（扩散电流由多子的定向移动形成，）。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，PN结对正向电流呈低电阻状态，这种情况在电子技术中称为PN结的正向导通。PN结反向偏置时，外加电场与空间电荷区的内电场方向一致，同样会导致扩散与漂移运动平衡状态的破坏。外加电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，使空间电荷区变宽，内电场增强，造成多数载流子扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。但由于常温下少数载流子恒定且数量不多，故反向电流极小。电流小说明PN结的反向电阻很高，通常可以认为反向偏置的PN结不导电，基本上处于截止状态，这种情况在电子技术中称为PN结的反向阻断。只要温度不发生变化，反向电流趋于恒定，因此反向电流又称为反向饱和电流。10、三体解释：绝缘体、半导体、导体有不同的能带。绝缘体禁带宽度很大，室温下的热能或外加电场并不足以使价带顶部的电子激发到导带，从而具有很大的电阻，无法传导电流；半导体的禁带宽度较窄，室温下的热能可将价带顶的一部分电子激发到导带中去，结果使原先空着的导带变为半满带，而价带也变成半满带，这时导带和价带中的电子都可以参与导电，因而具有一定的导电能力；导体的能带具有两种可能：一种是它的价带没有被电子完全填满，另一种是它根本就没有禁带，其价带与导带相重叠，两种可能中的电子在室温下都很容易参与导电。