又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结,这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿,也称为电子雪崩现象。
雪崩击穿有正温度系数。而齐纳击穿有负温度系数。可以利用这一点减小温漂。
28. 说明肖特基二极管与PN结二极管电流输运机制的不同点;这种输运机制的不同,对 器件性能有何影响。
肖特基二极管和PN结二极管具有类似的电流—电压关系,即它们都具有单向导电性;但前者又具有区别于后者的一下显著特点:
首先,就载流子的运动形式而言,PN结正向导通时,由n区注入p区的电子或由p区注入n区的空穴,都是少数载流子,它们先形成一定的积累,然后靠扩散运动形成电流。这样引起电荷存储效应,严重影响pn结的高频性能。而肖特基二极管的正向电流,主要是由 半导体中的多数载流子进入金属形成的。它是多数载流子器件,不存在电荷存储效应。 因此,肖特基二极管比pn结二极管有更好的高频特性。
其次,对于同样的使用电流,肖特基二极管比pn结二极管具有更低的正向导通电压,一般为0.3V左右。
正因为有以上特点,肖特基二极管在高速集成电路、微波技术等多领域都有很重要的应用。
29.欧姆接触
欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
是金属-半导体接触的非整流接触,具有线性和对称的电流-电压关系,无整流特性;电阻很低,压降很小,且在结两边都能形成电流,不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的变化。
欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:
(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)
(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)
1.半导体表面薄层形成高掺杂,使半导体与金属接触时形成很薄的表面耗尽层以至发生隧道效应,具有较小的接触电阻; 2.半导体表面做粗糙,形成大量的复合中心,使表面耗尽区的复合成为控制电流的主要机构,降低接触电阻;
3.选择使用低势垒欧姆接触。
30.热电子发射效应
热电子发射效应:载流子具有足够的热能时,电荷流过势垒的过程。对Ge、Si、GaAs 等有较高载流子迁移率的半导体,它们的肖特基势垒电流输运机构主要是多数载流子的热发射。特基二极管的正向电流,主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的。这种电流的载流子靠的就是热电子发射。
31.镜像力降低效应
又称肖特基效应,金属与半导体接触时由于功函数的不同,在系统达到热平衡之后,在半导体表面区域产生净电荷。这种净电荷会在金属感应形成镜像电荷,二者形成镜像力,这种镜像力作用引起肖特基势垒降低的现象。
32.表面态
半导体表面由于体内周期场的终止形成不饱和键以及不可避免的沾污,在表面处引起局域化的电子状态。表面态可以是施主型,也可以是受主型。理想表面是指表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同,且表面上不附着任何原子或分子的半无限晶体表面(即晶体的自由表面)。当一块半导体突然被中止时,表面理想的周期性晶格发生中断,从而导致禁带中出现电子态(能级),该电子态称为表面态(Tamm state)
33.亲和势
真空能级与导带底能量差,即。导带底电子逸出体外所需要的最小能量。
34.表面势
金属与半导体接触,由于其功函数的不同,发生电子转移,从而产生接触电势差。当金属与半导体紧密接触(间距减小到原子间距)时,整个接触电势差全部降落在半导体表面,形成表面空间电荷区,使能带发生弯曲,引起半导体表面和内部之间存在电势差,即表面势。
35.肖特基势垒(高度)
金属-半导体结中从金属到半导体的势垒。
36. 高表面态密度钉扎
若n 型半导体表面存在受主型表面态,它们将从半导体体内夺取电子而带负电,使半导体表面形成正的空间电荷区即电子势垒。当半导体表面态密度很大时,表面势的变化引起表面态上的电子数目的变化比势垒区中电子数目的变化大很多倍,屏蔽了与金属接触的影响,使半导体内的势垒高度与金属功函数几乎无关,完全由表面态为电中性时的费米能级位置决定,这时的势垒高度被称为高表面态密度钉扎。
37.简并半导体
简并半导体(degenerate semiconductor)是杂质半导体的一种,它具有较高的掺杂浓度,因而它表现得更接近金属。导带中量子态被电子占据(或价带中量子态被空穴占据)的概率比较大,必须考虑泡利不相容原理的限制。这时玻耳兹曼分布函数不再适用,而必须应用费米分布函数来分析能带中的载流子统计分布问题。这种情况称为载流子简并化,发生载流子简并化的半导体称为简并半导体。 ① 载流子浓度很高 ② 温度较低
③ 有效质量m*较小。 Ec-Ef<=0 简并
0< Ec-Ef<=2.3KT 弱简并 Ec-Ef>2.3KT 非简并
38.半导体激光器
工作原理
39.电导-霍尔效应联合测量法
利用霍尔系数和电导率的联合测量,可以用来确定半导体的导电类型和 载流子浓度。通过测量霍尔系数与电导率随温度的变化,可以确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的温度系数等基本参数。
霍尔效应是一种电流磁效应(如图1)。当半导体样品通以电流Is,并加一垂直于电流的磁场B,则在样品两侧产生一横向电势差UH,这种现象称为“霍尔效应”,UH称为霍尔电压,
UH?则:
RHISBd (1)
RH?对于P型半导体样品,
UHdIsB (2)
RH叫做霍尔系数,d为样品厚度。
1RH?qp (3)
式中q为空穴电荷电量,p为半导体载流子空穴浓度。 对于n型半导体样品,
1RH??qn (4)
式中为n电子电荷电量。
对于电子、空穴混合导电的情况,在计算RH时应同时考虑两种载流子在磁场偏转下偏转的效果。对于球形等能面的半导体材料,可以证明:
A(p?nb2)RH? (7)
q(p?nb)2式中 b??n?p ,μp、μn分别为电子和空穴的迁移率,A为霍尔因子,A的大
小与散射机理及能带结构有关。
从霍尔系数的表达式可以看出:由RH的符号可以判断载流子的型,正为P
型,负为N型。由RH的大小可确定载流子浓度,还可以结合测得的电导率算出
如下的霍尔迁移率μH
μH=|RH|σ
对于P型半导体μH=μP,对于N型半导体μH=μN
(8)
霍尔系数RH可以在实验中测量出来,表达式为
RH?UHdIsB (9)
式中UH、Is、d,B分别为霍尔电势、样品电流、样品厚度和磁感应强度。单位分别为伏特(V)、安培(A),米(m)和特斯拉(T)。但为与文献数据相对应,一般所取单位为UH伏(V)、Is毫安(mA)、d厘米(cm)、B高斯(Gs) 、则霍尔系数RH的单位为厘米3/库仑(cm3/C)。
但实际测量时,往往伴随着各种热磁效应所产生的电位叠加在测量值UH上,
引起测量误差。为了消除热磁效应带来的测量误差,可采用改变流过样品的电流方向及磁场方向予以消除。
2.霍尔系数与温度的关系
RH与载流子浓度之间有反比关系,当温度不变时,载流子浓度不变,RH不
变,而当温度改变时,载流子浓度发生,RH也随之变化。
实验可得|RH |随温度T变化的曲线。 3.半导体电导率
在半导体中若有两种载流子同时存在,其电导率σ为
σ=qpuP+qnun
实验中电导率σ可由下式计算出
σ=I/ρ=Il/Uσad
(11)
(10)
式中为ρ电阻率,I为流过样品的电流,Uσ、l分别为两测量点间的电压降和长度,a为样品宽度,d为样品厚度。
40.霍尔效应
载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转,电子或空穴在极板上聚集,从而在两极板之间出现电势差的效应叫做霍尔效应。
41.电子亲和能
电子亲和能是指真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差,也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。 电子亲和能有如下特点:
(1)大多数元素原子的第一电子亲和能是负值,少数是正值。这一点与电离能不同。 (2)第一亲和能值较小,与电离能相比,元素的第一电子亲和能的绝对值要小得多。 (3)第二电子亲和能是正值。这是因为使一个负一价的离子再结合一个电子必须克服负离子与电子间的静电排斥力,克服排斥力需要吸收能量。
42.硅的导带特点
硅的导带极小值发生在<100>轴0.8Kx处,有6个彼此对称的能谷,等能面是旋转椭球面,旋转轴是<100>轴, 可以表示成
42.锗的导带特点
锗的导带极小值发生在<111>方向的布里渊区边界上,有4个彼此对称的能谷,等能面是旋转椭球面,旋转轴是<111>轴,
43.砷化镓的导带特点 简明教程P42
44. 影响平带电压VFB 的因素。