带靠近（为什么会向导带靠近？）；同样，随着受主掺杂浓度Na的增大，P型半导体的费米能级EF远离本征费米能级EFi向价带靠近（为什么会向价带靠近？）。 25.费米能级在能带中随温度的变化？

?Nd?由于，EF?EFi?kTln???ni??Na?;EFi?EF?kTln???ni??8? 温度升高时，本征载流子浓度ni增大，N型和P型半导体的费米能级都向本征费米能级靠近。为什么？

26.硅的特性参数： 在室温（T?300K时，）硅的

19?3导带有效状态密度Nc?2.8?10cm, 19?3价带的有效状态密度Nv?1.04?10cm； 10?3本征载流子浓度：ni?1.5?10cm

禁带宽度（或称带隙能量）Eg?1.12eV 27. 常用物理量转换单位

o1A?10?1nm?10?4?m?10?7mm?10?8cm?10?10m1mil?10?3in?25.5?m1in?25.4cm1eV?1.6?10?19J28.常用物理常数：

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Boltzmann,sconstantElectronicchargeFreeelectronrestmassPermeabilityoffreespacePermittivityoffreespacePlanck,sconstantk?1.38?10?23J/K?8.62?10?5eV/Ke?1.6?10?19Cm0?9.11?10?31kg?0?4??10?7H/m?0?8.85?10?14F/cm?8.85?10?12F/mh?6.625?10?34J?s?4.135?10?15eV?shh??1.054?10?34J?s2?M?1.67?10?27kgProtonrestmassSpeedoflightinvacuumc?2.998?1010cm/skTThermalvoltage(T?300K)Vt??0.0259VekT?0.0259eVSiliconandSiO2properties(T?300K)SiliconDieelectricconstantSiO2DieelectricconstantSiliconBandgapenergeySiliconMobilityofeletronSiliconMobilityofHoleSiliconelectronaffinity

?si?11.7?8.85?10?14F/cm?ox?3.9?8.85?10?14F/cmEg?1.12eV?n?1350cm/V?s?p?480cm2/V?s??4.01V2

Siliconintrnsiccarriercondentrationni?1.5?1010cm?3PropertiesofSiO2andSi3N4(T?300K)SiO2EnergygapDielectricconstantMeltingpoint29.电离能的概念：

受主能级与价带能量的差值称谓受主杂质电离能,即Ea?Ev； 导带能量与施主能级的差值称谓施主杂质电离能,即Ec?Ed； 问：

受主能级Ea在能带中的什么位置？

Si3N44.7eV 7.519000C?9eV3.9?17000C

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施主能级Ed在能带中的什么位置？ 结合下图用语言描述。

计算能使玻尔兹曼近似成立的最大掺杂浓度及费米能级的位置。

解：考虑T?300K时对硅进行了硼掺杂，假设玻尔兹曼近似成立的条件是EF?Ea?3kT，已知硼在硅中的电离能是Ea?Ev?0.045eV，假设本征费米能级严格等于禁带中央。在

T?300K时，P型半导体的费米能级在EFi与Ea之间，所以

Ec?EvE?Ev?EF?c??Ea?Ev???EF?Ea?22Eg?N????Ea?Ev???EF?Ea??kTln?a?2?ni?EFi?EF?N1.12?0.045?3?0.0259??0.0259lna2ni0.437?0.0259lnNani

?0.437??0.437?1017?3Na?niexp??1.5?10exp????3.2?10cm?0.0259??0.0259?EFi?EF?0.437eV17?3玻尔兹曼近似成立的最大掺杂浓度是Na?3.2?10cm

费米能级高于本征费米能级EFi?EF?0.437eV。

二． 半导体中的载流子输运现象与过剩载流子： 概念题：

30.半导体中存在两种基本的电荷输运机理，一种称谓载流子的漂移，漂移引起的载流子流

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动与外加电场有关；另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散，它是由杂质浓度梯度引起的（或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运）。

31.给半导体施加电场，载流子的漂移速度不会无限增大，而是在散射作用下，载流子会达到平均漂移速度。半导体内主要存在着两种散射现象：晶格散射和电离杂质散射。 32.载流子迁移率定义为载流子的平均漂移速度与所加电场的比值?p?vdpE,?n?vdn。电E子迁移率?n和空穴迁移率?p既是温度的函数，也是电离杂质浓度的函数。

33.当所加的电场很小时，载流子的平均漂移速度与电场成线性关系；当电场强度达到

104Vcm?1时，载流子的漂移速度达到饱和值107cms?1。

34.载流子的漂移电流等于电导率与电场强度的乘积（jdrf??E）电导率与载流子浓度、迁移率成正比；电阻率是电导率的倒数。

35.载流子的扩散电流密度正比于扩散系数Dn,Dp和载流子浓度梯度。

非均匀杂质掺杂的半导体，在热平衡时，会在半导体内产生感应电场。载流子的扩散系数与迁移率的关系称谓爱因斯坦关系：

Dn?n?Dp?p?kT?Vt。 q练习题： 36. Calculate the intrinsic concentration in silicon atT?350Kand at T?400K. The values of Nc and Nv vary as T3/2.As a first approxi

-mation, neglect any variation of bandgap energy temperature. Assume that the bandgap energy of silicon is 1.12eV.the value of at T?350K is

?350?kT?0.0259??0.0302eV ??300?the value of at T?400K is

?400?kT?0.0259??0.0345eV ?300??We find for T?350K,

??Eg???1.12?21919?350?22?6ni?NcNvexp??2.8?101.04?10exp?????????3.62?10cm??300??0.0302??kT?ni(350K)?1.9?1011cm?3For T?400K,We find

3??Eg???1.12?21919?400?24?6ni?NcNvexp??2.8?101.04?10exp?????????5.5?10cm? ?300??0.0345??kT?ni(400K)?2.34?1012cm?3

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