Galerie de cartes mentales Physique et dispositifs des semi-conducteurs
La physique des semi-conducteurs est une discipline qui étudie les états atomiques et électroniques des semi-conducteurs ainsi que les processus électroniques internes de divers dispositifs semi-conducteurs. Est une branche de la physique du solide. L'étude des états atomiques dans les semi-conducteurs est basée sur la structure cristalline et la dynamique du réseau. Elle étudie principalement la structure cristalline et la croissance cristalline des semi-conducteurs, ainsi que les impuretés et divers types de défauts dans les cristaux.
Modifié à 2022-05-31 21:49:40Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
Physique et dispositifs des semi-conducteurs
Connaissances nécessaires pour l'auto-apprentissage
Mécanique quantique
mathématiques avancées
différentiel partiel
Dérivé
Quelques connaissances en physique collégiale
Notes sur les formules
1. Faites attention aux conditions aux limites et aux contraintes de la scène
2. Expressions
(1), le sens exprimé par la formule
(2) La signification des lettres
(3) Différents livres ont des expressions différentes, mais le sens peut être le même.
L'état du mouvement des électrons dans un cristal
structure en treillis solide
Matériau semi-conducteur
Classification
Élément Semi-conducteur
semi-conducteur composé
Classement des substances
Conductivité : conducteurs, semi-conducteurs, isolants
Forme : solide, liquide, gaz
treillis solide
Points de grille : faites attention au treillis
Treillis : toute la structure du treillis
vecteur de grille, vecteur de grille
Cellule unitaire : un petit nombre de points du réseau correspond à un petit nombre de cristaux Cellule unitaire : la plus petite cellule unitaire utilisée pour reproduire le cristal entier
Remarque : La possibilité de sélectionner une cellule unitaire de bord orthogonale est plus petite que la possibilité de sélectionner une cellule unitaire orthogonale.
structure de base en treillis
Cubes simples
cube centré sur le corps
cube à faces centrées
Plan cristallin, indice de Miller (décrit le plan)
Orientation cristallographique : l'orientation des lignes parallèles
Impuretés et défauts
Défauts ponctuels, défauts de ligne, défauts de surface
Impuretés de substitution, impuretés interstitielles
Mécanique quantique
Trois principes de base
quantification d'énergie
Dualité onde-particule : λ=h/p (λ reflète la nature des vagues, p reflète la nature des particules)
principe incertain
équation de Schrödinger
Fonction d'onde (remarque : onde de probabilité)
Électrons libres et électrons liés
Électrons libres : non soumis à aucune force extérieure
Électrons liés : électrons dans un puits de potentiel unidimensionnel infiniment profond, leur espace de mouvement est limité à l'intérieur du puits de potentiel unidimensionnel infiniment profond.
Électron unique : représente : atome H
Nombre quantique n
Nombre quantique angulaire ι=n-1
Nombre quantique magnétique|m|=n-1
Polyélectrons : leurs états quantiques sont discrets
État de mouvement électronique
formation de bandes d'énergie
communication électronique
Autorisé
groupe interdit
hybridation
sp hybride orbitale
Bande d'énergie cristalline infinie unidimensionnelle
Modèle Kronik-Panner
équation de Schrödinger
Conditions aux limites, conditions de solution non nulles
diagramme de bande d'énergie de l'espace k
transporteur
électronique
trou
Concentration de porteurs d'équilibre dans les semi-conducteurs
Fonction de densité d'état et fonction de libération de Fermi
fonction de densité d'état
Fonction de distribution de Fermi-Dirac
concentration de porteurs à l'équilibre
formule
Semi-conducteur intrinsèque : un semi-conducteur pur qui ne contient aucune autre impureté ni aucun défaut de réseau.
Produit de concentration de porteurs
Position intrinsèque au niveau de Fermi
1. Lorsque la masse électronique effective de l’électron et la masse électronique effective du trou sont égales, le niveau de Fermi intrinsèque est strictement au centre de la bande interdite.
2. Lorsque les deux sont déphasés, la fonction de densité d'état des électrons de la bande de conduction et la fonction de densité d'état des trous de la bande de valence sont asymétriques. Par conséquent, afin de rendre la concentration intrinsèque d'électrons et la concentration intrinsèque de trous égales, le Le niveau de Fermi intrinsèque est également. En conséquence, l'apparition et l'hyperactivité devraient se produire près du centre de la zone interdite.
3. En pratique, la masse effective des électrons dans la bande de conduction et la masse effective des trous dans la bande de valence des matériaux semi-conducteurs ne sont pas égales à proprement parler, la position du niveau de Fermi intrinsèque s'écarte du centre de la bande interdite. cette fois, mais l'écart est très faible pour diverses raisons, dans les calculs et applications futurs, cet écart est ignoré et le niveau de Fermi intrinsèque est approximativement considéré comme étant au centre de la bande interdite.
Concentration de porteurs de semi-conducteurs d'impuretés avec une seule impureté
Impuretés donneuses : générées du fait de l'introduction d'impuretés, sont appelées électrons donneurs, correspondant au dopage des impuretés donneuses.
Impureté accepteur : Après dopage avec d’autres éléments, elle accepte les électrons dans la bande de valence pour l’ionisation et génère des trous dans la bande de valence.
Condition de neutralité de l'électricité : toutes les densités de charge chargées positivement présentes à l'intérieur d'un semi-conducteur uniformément dopé et équilibré thermiquement sont égales à toutes les densités de charge chargées négativement.
Semi-conducteur extrinsèque : semi-conducteur dopé
Semi-conducteur de compensation
Définition : Un semi-conducteur contenant à la fois des impuretés donneuses et acceptrices.
Classification
Semi-conducteur de compensation de type P : Na>Nd
Semi-conducteur de compensation de type N : Na<Nd
Semi-conducteur entièrement compensé : Na=Nd
Position au niveau de Fermi
1. Le niveau de Fermi se déplace des deux côtés de la bande interdite à mesure que la concentration de dopage augmente.
2. Le niveau de Fermi change également avec la température. À mesure que la température augmente, le niveau de Fermi des semi-conducteurs de type N et P se rapproche du centre de la bande interdite. Ce résultat est cohérent avec le comportement des semi-conducteurs dans la région d'excitation intrinsèque avec la température la plus élevée, car il satisfait. 10 = po, donc le niveau de Fermi se rapproche également du niveau de Fermi intrinsèque, qui est le centre de la bande interdite.
3. Lorsque le niveau de Fermi est situé au centre de la bande interdite, c'est un semi-conducteur intrinsèque.
Semi-conducteur dégénéré
concentration de porteurs
Classification : Lorsque la concentration d'impuretés dopées est faible (par rapport à Nc, Nv), on parle de semi-conducteur non dégénéré. Lorsque le degré d’impureté dopée est grand (supérieur à Nc, Nv), on parle de semi-conducteur dégénéré. Étant donné que celui entre les deux est appelé semi-conducteur faiblement dégénéré.
Effet de rétrécissement de la bande interdite : la position inférieure de la bande de conduction est abaissée et la largeur de la bande interdite est rétrécie.
transport par transporteur
Mouvement de dérive : Le porteur étant chargé, il se déplace sous l’action du champ électrique.
Diffusion et mobilité des porteurs
diffusion
Diffusion d'impuretés ionisées
Diffusion vibratoire sur réseau
Mobilité en fonction de la température et de la concentration de dopage
Résistivité : ρ=1/σ=1/e (Nμn Pμp)
Vitesse de saturation et forte mobilité de champ
mouvement de diffusion
Diffusion : Processus par lequel les porteurs se déplacent d'une zone à forte concentration vers une zone à faible concentration sous l'influence d'un gradient de concentration.
Relation Einstein
Mobilité : grandeur qui décrit la facilité avec laquelle les porteurs se déplacent sous l'influence d'un champ électrique externe.
Coefficient de diffusion : grandeur qui décrit la facilité avec laquelle les porteurs se déplacent sous l'influence de gradients de concentration.
La relation d'Einstein est la relation entre la mobilité des porteurs de Miao et le coefficient de diffusion
transporteurs excédentaires
Génération et recombinaison de porteurs
définition
Génération : génération de porteurs
Recombinaison : disparition des porteurs
taux de production et taux de recombinaison
Taux de génération : à quelle vitesse les porteurs sont générés
Taux de recombinaison : à quelle vitesse les porteurs disparaissent
Source : température, lumière, etc.
Facteurs affectant la recombinaison des porteurs : électrons, trous, etc.
Génération et recombinaison de porteurs sous équilibre thermique
Recombinaison de porteurs hors équilibre
nature
équation de continuité
équation de diffusion
Le transport bipolaire et ses équations
Définition : Les électrons en excès et les trous en excès seront étroitement liés à la dérive ou à la diffusion avec un seul coefficient de mobilité ou de diffusion.
équation de transport bipolaire
Équation de transport bipolaire sous petite injection
Pour les semi-conducteurs de type P, en supposant P0>>n0, de petites conditions d'injection : la concentration excessive de porteurs est bien inférieure à la concentration de trous de porteurs majoritaires à l'équilibre thermique, c'est-à-dire p0>>δn=δp. L’inverse est vrai pour les semi-conducteurs de type N.
application
Niveau quasi-Fermi
FE
FE
EFn-EFp=qV
Jonction PN
Selon la répartition des impuretés de part et d'autre de la jonction métallurgique
Nœud de mutation (lorsque la concentration d'un côté est bien supérieure à celle de l'autre côté - nœud de mutation unilatéral)
jonction linéaire
porteur d'équilibre
De nombreux enfants
Zone P : trou pp0=NA
Zone N : électron nn0=ND
Jeune fils
Zone P : électron np0
Zone N : trou pn0
Région de charge d'espace (N pointe vers P)
Les impuretés ionisées positives et négatives ont des charges égales
À l'état d'équilibre, le trou net et la densité de courant électronique sont 0 -> Dérivation de Vbi
Potentiel général intégré de jonction PN
Potentiel intégré de jonction abrupte
A température ambiante, Si Vbi 0,8V
Ge Vbi 0,35V
approximation de l'épuisement (porteurs complètement diffusés) région d'épuisement
La distribution du champ électrique dans la région de charge d'espace peut être dérivée de l'approximation de l'épuisement
Dérivation de la largeur de la région d'épuisement
Utilisez Vbi pour représenter la largeur de la région d'épuisement
Largeur de la zone d'appauvrissement de la jonction de mutation unilatérale
zone neutre d'approximation neutre
Les formules dérivées ci-dessus pour les jonctions PN équilibrées peuvent être étendues au cas où il existe une tension externe. Si l'on suppose que la tension externe tombe entièrement sur la région d'appauvrissement, alors Vbi dans la formule doit seulement être remplacé par Vbi-. V Remarque : 1. La direction de référence de la tension appliquée est opposée à Vbi, et V<=Vbi 2. Lorsque V s'approche de Vbi, une situation de courant importante se produit et la chute de tension dans la région quasi neutre ne peut être ignorée.
Diagramme de bande d'énergie de jonction PN équilibrée et distribution de porteurs dans la région de charge d'espace
Diagramme de bande d'énergie
zone barrière
Distribution des porteurs dans la région de charge d'espace
concentration de porteurs à l'équilibre
n0(x)
p0(x)
Mouvement des porteurs dans la jonction PN avec tension de polarisation externe
À l'équilibre
La diffusion équivaut à la dérive
Biais direct V>0
La hauteur de la barrière devient q(Vbi-V)
La diffusion est supérieure à la dérive
La barrière de potentiel diminue linéairement avec la tension appliquée, mais la distribution des porteurs minoritaires change de façon exponentielle avec la position du niveau d'énergie (distribution de Boltzmann)
Étant donné que la source du courant direct est constituée d’électrons de la région N et de trous de la région P, qui sont tous deux des multiplicateurs, le courant direct est important.
densité de courant direct
densité de courant de trou
densité de courant électronique
Biais inverse V<0
La hauteur de la barrière devient q(Vbi-V)
La dérive est supérieure à la diffusion
Puisqu'il y a un nombre limité de porteurs minoritaires à proximité de l'interface, le courant inverse saturera.
Puisque la source du courant inverse est le porteur minoritaire, le courant inverse est très faible et saturé.
La raison pour laquelle le courant inverse est très faible et saturé
densité de courant inverse
densité de courant de trou
densité de courant électronique
Caractéristiques idéales de courant et de tension CC à jonction PN
Idées de solutions
Sans tenir compte de la zone barrière potentielle, Jn et Jp sont des constantes.
Jn(xn)=Jn(-xp)
Jp(xn)=Jp(-xp)
Répartition des naissances minoritaires
Distribution des porteurs minoritaires sous tension de polarisation externe, loi des nœuds
Courant de diffusion
Facteurs affectant le courant de saturation inverse
Type de materiau
Concentration de dopage
température
Effet de la recombinaison actuelle dans la région barrière sur les caractéristiques IV de la jonction PN
La région barrière génère un courant de recombinaison
avant
J=Jdp Jdn Jr
inverse
J=Jdp Jdn Jg
Calcul du courant composite
grand effet d'injection
petites conditions d'injection
Conditions d'injection importantes
Grande concentration de courant d'injection
Champ électrique auto-construit sous forte injection
Contacts et hétérojonctions métal-semi-conducteur
contact semi-conducteur métallique
Fonctions de travail des métaux et des semi-conducteurs
Contact métal-semi-conducteur idéal
Remarque : couche barrière Couche anti-barrière
Propriétés idéales des contacts semi-conducteurs
Les performances du conducteur de la structure formée de métal et de semi-conducteur n'ont rien à voir avec la tension de polarisation externe et sont toujours à faible impédance.
Les semi-conducteurs métalliques utilisent principalement des polyons, et ceux qui utilisent des polyons relèvent de la théorie de l'émission thermoionique ; La jonction pn homogène utilise des porteurs minoritaires et utilise l'effet de stockage de la jonction pn.
Relation courant-tension
Contact ohmique : lorsque le semi-conducteur est connecté à l'électrode positive de l'alimentation électrique, la quantité de courbure de la bande d'énergie est réduite et les électrons peuvent facilement traverser la barrière de potentiel et circuler du métal vers le semi-conducteur.
Hétérojonction
Classification
hétérojonction d'inversion
homojonction
Son diagramme de bande d'énergie
Champ électrique intégré à hétérojonction à inversion brusque et largeur de la région de charge d'espace
homojonction mutante
Caractéristiques courant-tension des hétérojonctions
Modèle de transport actuel dans une hétérojonction d'inversion mutante
barrière à hétérojonction
Caractéristiques courant-tension de la jonction pn de mutation de barrière de crête négative : La valeur du courant électronique est inférieure à la valeur du courant de trou.
Barrière de pic positif : à l'interface d'hétérojonction, la position du pic de barrière du semi-conducteur de type N avec une grande bande interdite est plus haute que le bas de la bande de conduction du semi-conducteur de type P avec une grande bande interdite en dehors de la zone de barrière.
Modèle de transport actuel dans les homohétérojonctions mutantes