后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子
空穴：带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位
电子浓度 空穴浓度
n NC e
p NV e
( EC E f ) kT
( E f EV ) kT
其中NC、NV分别为等效态密度，Ef为费米能级
半导体器件
半导体、绝缘体和导体
半导体器件
平衡载流子浓度
导带中的电子浓度：
价带中的空穴浓度：
半导体器件
平衡载流子浓度
如果Ev+3kT<=EF<=Ec-3kT
半导体器件
n和p的其他变换公式
本征半导体时， n p ni
( Ei EC ) / kT ( EC Ei ) / kT
ni Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC e ni NV e
半导体器件
P型半导体
施主能级
受主能级
施主和受主的相互补偿
半导体器件
态密度
根据量子力学，当电子能量为E，且距带边不远时，态 密度为：
半导体器件
费米分布函数
在热平衡条件下，能量为 E的有效状态被电子占据 的几率为
半导体器件
平衡载流子分布
简单用态密度和费米-迪拉克分布函数的 乘积表示：
半导体模型
价键模型
空穴
电子
半导体器件
半导体的能带 （价带、导带和带隙〕
半导体器件
半导体的能带结构
导带 Eg
价带
价带：0K条件下被电子填充的能量的能带
导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带
带隙：导带底与价带顶之间的能量差
半导体器件
半导体中的载流子
电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚
半导体器件
有效质量
在一个电场中，电子和空穴的加速度为：
半导体器件
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As 受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带正电的离子。如Si中的B
As
B
N型半导体
一．半导体概要 二．载流子模型 9. BJT静态特性
10. BJT动态响应模型 11. MOS结构基础
三．载流子输运
四．pn结的静电特性
五．pn结二极管：I-V特性 六．pn结二极管：小信号导纳 七．pn结二极管：瞬态特性 八．BJT的基础知识
12. MOSFET器件基础
13. JFET 和 MESFET简介
半导体器件
半导体概要
微电子学简介:
固态电子学分支之一 微电子学 光电子学
研究在固体（主要是半导体〕材料上构成 的微小型化器件、电路、及系统的电子学 分支学科
半导体器件
半导体概要
微电子学研究领域
•半导体器件物理 •集成电路工艺 •集成电路设计和测试
微电子学发展的特点
向高集成度、低功耗、 高性能高可靠性电路方 向发展 与其它学科互相渗透， 形成新的学科领域： 光电集成、MEMS、生 物芯片
半导体器件
半导体及其基本特性
什么是半导体？ 固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体
半导体器件
半导体器件
半导体材料的纯度和结构
纯度
极高，杂质<1013cm-3
结构
半导体器件
晶体结构
单胞
对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的
最小单元
三维立方单胞

简立方、
体心立方、
面立方
半导体器件
半导体的结合和晶体结构
原子结合形式：共价键 形成的晶体结构： 构成一个正四面体， 具有 金 刚 石 晶 体 结 构
半导体器件
12. MOSFET器件基础
13. JFET 和 MESFET简介
载流子模型
半导体中有两类重要的载流子：
电子和空穴
本章将将介绍载流子的定义、性质、相 关术语、载流子分布等
半导体器件
量子化概念
电子的能级是量子化的
n=2 8个电子 +14 n=3 四个电子
H 半导体器件
n=1 2个电子 Si
半导体器件
举例
半导体器件
掺杂半导体
电中性条件：
半导体器件
特殊情况
半导体器件
举例
掺杂浓度分别为(a) 和 硅中的电子和空穴浓度？(b) 再掺杂 10 3 是多少？( ni 10 cm ) 的 的Na又
半导体器件
载流子浓度与温度的关系
半导体器件
小结
P47
半导体器件
半导体器件基础
金刚石结构
半 导 体 有:
•元 素 半 导 体 如Si、Ge •化 合 物 半 导 体 如GaAs、InP、ZnS
半导体器件
半导体器件基础
一．半导体概要 9. BJT静态特性
二．载流子模型
三．载流子输运
10. BJT动态响应模型 11. MOS结构基础
四．pn结的静电特性
五．pn结二极管：I-V特性 六．pn结二极管：小信号导纳 七．pn结二极管：瞬态特性 八．BJT的基础知识
半导体器件基础
教材:
半导体器件基础，Robert F. Pierret著，黄
如等译，电子工业出版社
参考书：
微电子技术基础---双极、场效应晶体管原
理，电子工业出版社，曹培栋编著
半导体器件
半导体器件基础
一．半导体概要 二．载流子模型 三．载流子输运 9. BJT静态特性
10. BJT动态响应模型 11. MOS结构基础

2 kT
NV N C e
E g 2 kT
本征费米能级
EC EV kT NV Ei E f ln 2 2 NC
半导体器件
n 对掺杂半导体， EF Ei kT ln n i
半导体器件
接近室温时
EF-Ei=kTln(ND/ni)
N C ni e ( EC Ei ) / kT NV ni e
( E F Ei ) / kT ( Ei E F ) / kT
( Ei EV ) / kT
n ni e
p ni e
半导体器件
本征载流子
本征载流子浓度
n p ni NV N C e
EC EV
半导体器件
载流子的特性
电荷 有效质量
An electron moves with a certain characteristic mass
(from F=ma) in vacuum In a solid, F=ma changes, so we can model this change via an “effective” mass