影响半导体禁带宽度的因素有哪些?分别是怎么影响的?

影响半导体禁带宽度的因素有哪些?分别是怎么影响的?,第1张

我来回答一下,本人某电微电子科学与工程专业,有表述不当之处,望批评指正。影响半导体禁带宽度的因素主要有两种:温度与掺杂浓度。(以si、Ge、GaAs半导体为主)1、半导体禁带宽度具有负温度系数: 从原子到晶体,经过价键杂化(即:sp3杂化),一条原子能级一般对应多个能带。当温度升高时,晶体的原子间距增大,能带宽度虽然变窄,但禁带宽度却是减小的。(这里解释一下,虽然原子间距增大了,并且能带宽度变窄了,但是此时有多条能带,相对来说,禁带宽度是变小的);2、掺杂浓度升高时,由于杂质能级的出现,可能导致禁带宽度变窄:其实这一点从本质来解释是不太好理解的,我这里举个例子,再给出我个人的一些理解,希望可以帮助你理解这一点。例:在BJT中,发射区高掺杂会导致禁带宽度变窄。我个人理解是,有了杂质能级的加入,导电性增强,就像把禁带宽度一分为二,原先的阻碍减少了一部分,相当于禁带宽度变窄了。(纯属个人理解)

禁带宽度对于半导体器件性能的影响非常大,它直接决定着器件的耐压和最高工作温度;比如氮化镓禁带宽度很大,即便高温价带电子也很难吸收大于Eg的热辐射的能量跳变到导带,这样就能继续发挥半导体作用,同理因为跃迁能量较大,所以GaN更难被击穿,因此常用作高压耐高温器件,也有很高的抗辐射性能。另一方面,通过掺杂调节禁带宽度可以制作高电子迁移率晶体管(HEMT,High Electron Mobility Transistor)。这种器件及其集成电路都能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域,原因就在于它采用了异质结及其中的具有很高迁移率的所谓二维电子气来工作的;而高迁移率的原因部分在于禁带宽度不同的半导体组成异质结。相关的东西很多,我也在学习之中,互勉~


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