第六章 半导体的物质结构和能带结构

6  异质结和纳米结构
1、试讨论用窄禁带n型半导体和宽禁带p型半导体构成的反型异质结中的能带弯曲情况,画出能带图。
答:
2、仿照第4章对pn同质结的讨论方法,完成突变pn异质结接触电势差表达式(6-5)和势垒宽度表达式(大花石上莲6-7)的推导过程。
解:p型和n型半导体中的杂质都是均匀分布的,其浓度分别为NA1ND2。势垒区的正负空间电荷去的宽度分别为(x0-x1)=d1(x2-x0)=d2。取x=x0为交界面,则两边势垒区中的电荷密度可以写成
势垒区总宽度为
势垒区的正负电荷总量相等,即
Q就是势垒区中单位面积上的空间电荷数值。因此上式可以简化为
V(x)代表势垒区中x点得电势,则突变反型异质结交界面两边的泊松方程分别为
ε1ε2分别为p型及n型半导体的介电常数。对以上两式分别积分一次得
C1C2是积分常数,有边界条件决定。因势垒区外是电中性的,电场集中在势垒区内,故边界条件为
注意,在交接面处的电场并不连续,但电位移连续[]。由边界条件定出
C1C2带入上式中得
对以上两个公式积分得
在热平衡条件下,异质结的接触电势差VD
VD在交界面p型半导体一侧的电势降为
VD在交界面n型半导体一侧的电势降为
在交接面处,电势连续变化,即,故
V1(x1)=0,则VD=V2铅球场地(x2),并带入上面的公式可得
因此,降D1D2分别带入得
,即得接触电势差V毛发湿度计D
进一步化简可知
将上述两式带入VD公式得
进一步可以求得势垒区宽度XD
3、仿照第4章对pn同质结的讨论方法,完成突变pn异质结微分势垒比电容表达式(6-8)的推导过程。
  解:势垒区总宽度为
  (1)
势垒区的正负电荷总量相等,即
  (2)
(1),(2)式可得
                (3)
势垒区宽度XD
  (4)
(4)带入(3)式可得
供水控制器      (5)
由微分电容定义C=dQ/dV,即可求得单位面积势垒电容和外加电压的关系为
4、已知纤锌矿结构GaNAlN的电子亲和能分别为4.1eV0.6eV,禁带宽度分别为3.39eV6.2eV。设固溶体AlxdownlinkerGa1-xN的电子亲和能和禁带宽度随组分比x线性变化,试按安德森定则求nn-GaN/Al0.2Ga0.8N同型异质结的ECEV,并画出能带示意图。
  解:导带底在界面处的突变EC为两种材料的电子亲和能之差,即:
  价带顶的突变自然就是两种材料禁带宽度之差的剩余部分,即
  固溶体AlxGa1-xN的禁带宽度EgAlGaN(X)由下式计算
  代入GaNAlN禁带宽度3.39eV6.2eV,计算可得
 
  固溶体AlxGa1-xN的电子亲和能随组分比x线性变化
  代入数据可得
  因此nn-GaN/Al0.2Ga0.8N同型异质结的EC
  因此nn-GaN/Al0.2Ga0.8N同型异质结的EV
5、用安德森定则计算一个用n-Gep-GaAs形成的异质结在室温下的△EC,△EVVD。已知GeGaAs的电子亲和能分别为4.13eV4.07eV掺杂浓度均为1016cm-3Ge300K时的ni=2.4×1013cm-3
  解:查表可知,GaAs的禁带宽度为1.43eVGe的禁带宽度为0.66eV
  根据安德森定则
  异质结在室温下的△EC
  异质结在室温下的△EV
  查表可知,掺杂浓度均为1016cm-3n-Gep-GaAs的功函数分别为4.31eV5.32eV
  代入公式可得VD
6、对用受主浓度为1×1015cm-3p-Ge和施主浓度为1×1014cm-3n-Si构成反型异质结,求其室温热平衡状态下的接触电势差VD和势垒区总宽度X及其在两边的分配VD1X1VD2X2,并据此画出能带图。已知GeSi的电子亲和能分别为4.13eV4.05eV,室
温下杂质完全电离。(我计算了一个结果,感觉不太对,就没计算其它结果
解:查表可知GeSi的功函数分别为4.57eV4.37eV
由接触电势差公式可知
由势垒区宽度公式可知
代入数据可得XD=1.72×10-2cm
结左边的空间电荷区宽度为
代入数据可得X1=
交界面p型半导体一侧的电势降为
代入数据可得VD1=
结右边的空间电荷区宽度为
代入数据可得X高温瞬时灭菌2=

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