Министерство образования Российской Федерации Московский государственный институт электронной техники (Технический университет)

Ю.А.Парменов

Физика полупроводников

Учебное пособие

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов

высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Микроэлектроника и электроника"

Москва 2002

ББК 22.379 П18

УДК 537.311.322

Рецензенты: докт. физ.-мат. наук, проф. Г.Ф.Глинский, канд. техн. наук, доц. Г.Н.Виолина

Парменов Ю.А.

П18 Физика полупроводников. Уч. пособие. - М.: МИЭТ, 2002. - 132 с.: ил.

ISBN 5-7256-0280-X

Изложены фундаментальные сведения по физике полупроводников, знание которых необходимо для понимания физических процессов в твердотельных приборах. Рассмотрены свойства классического и квантового электронного газов, поведение электронов в кристалле на основе зонной теории твердого тела, раскрыты главные положения этой теории. Даются сведения по статистике электронов и дырок. Значительное внимание уделено кинетическим явлениям, процессам рекомбина- ции-генерации электронов и дырок. Анализируются основные уравнения, описывающие пространственное распределение носителей заряда.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих курс твердотельной электроники и обучающихся по направлению 654100 "Электроника и микроэлектроника" и специальности 200100 "Микроэлектроника и твердотельная электроника". Оно может быть полезно также для студентов, обучающихся по другим направлениям, в учебные планы которых входит изучение дисциплин, связанных с физическими основами микроэлектроники.

Учебное пособие

Парменов Юрий Алексеевич

Физика полупроводников

Редактор Л.М.Рогачева. Технический редактор Л.Г.Лосякова. Компьютерная верстка А.А.Григорашвили.

Подписано в печать с оригинала-макета 1.10.02. Формат 60×84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 7,66. Уч.-изд. л. 6,6. Тираж 150 экз. Заказ 227.

Предисловие

Настоящее учебное пособие написано на основе курсов лекций по физике полупроводников и полупроводниковых приборов, физическим основам микроэлектроники, твердотельной электроники и микроэлектроники, которые автор читал на протяжении ряда лет студентам различных факультетов Московского государственного института электронной техники.

Чтение указанных курсов предполагает изложение одним лектором как физики полупроводников, так и физики полупроводниковых приборов. Это позволило автору отобрать из всего объема материала по физике полупроводников именно тот минимум сведений, который в первую очередь необходим для последующего изучения физических процессов в твердотельных приборах.

В соответствии с поставленной задачей автор не стремился охватить все физические явления в полупроводниках. В пособие включены лишь главы, посвященные фундаментальным понятиям физики полупроводников, знание которых необходимо для понимания принципов работы любого полупроводникового прибора: свойства классического и квантового электронного газов, зонная теория твердого тела, статистика электронов и дырок, кинетические явления, процессы генерации-рекомбинации, основные уравнения, определяющие распределение носителей заряда в полупроводниках.

Уровень изложения материала предполагает, что читатель знаком с основными представлениями статистической физики, квантовой механики и кристаллографии. При этом автор стремился не перегружать пособие математическими выкладками, затрудняющими прочное усвоение физической стороны рассматриваемых явлений. Внимание читателя обращается в первую очередь на основные предположения излагаемой теории и пределы применимости ее результатов.

Поскольку наиболее важным полупроводником в настоящее время является кремний, в меньшей степени арсенид галлия и германий, именно этим полупроводникам уделяется в пособии главное внимание. Приводятся основные характеристики этих материалов, температурные зависимости параметров, устанавливается связь этих параметров с температурным диапазоном работы полупроводнико-