1。2 纳米半导体材料研究动态

1。2。1  半导体材料简介

1。2。2  纳米半导体材料发展

1。3  论文研究目的及内容

1。3。1  论文研究目的

根据上文介绍，纳米半导体材料的应用十分广泛，涉及领域也十分广泛，而纳米半导体的独特之处在于它的物理性质、化学性质不同于常规的半导体，因此半导体材料的物理特性分析显而易见是至关重要的。作为对纳米半导体材料的物理特性分析的基础，常规半导体的物理性质分析同样重要。

用Sentaurus Tcad软件对半导体材料进行建模和仿真，研究半导体的电特性，利用软件仿真出其电特性曲线，掌握半导体器件的基本概念和相关参数。

1。3。2  论文研究方法及主要内容

利用Sentaurus Tcad软件仿真半导体器件，首先要学习Sentaurus Tcad软件的基本应用。利用Sentaurus软件中添加SDE，对金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET，简称金氧半场效晶体管）进行建模，再在软件中添加Sdevice，进行仿真绘图，得到MOSFET电特性曲线。金属-氧化物半导体场效应晶体管是比较简单基础的仿真器件，在熟悉软件之后，继续对金属-半导体场效应晶体管（MESFET）进行建模和仿真。

在得到曲线之后，在软件中导出曲线，进行分析和学习，通过软件仿真实验，既学习软件的使用，也学习半导体器件的基本概念和电学特性。

2  半导体器件的特性和参数介绍

2。1  引言

1965年，摩尔在《电子学》杂志上发表了一篇评论报告，文章名为《让集成电路填满更多元件》。在摩尔绘制数据的时候，他发现了摩尔定律。摩尔定律精准的趋势分析得到了大家的认可。摩尔定律的发现，是半导体技术领域的又一大突破性进步。

半导体器件通常使用硅、锗、砷化镓等半导体材料，一般应用于整流器、振荡器、放大器等。半导体器件根据采用材料不同、制造工艺不同，可分为多种类别，例如晶体二极管，双极型晶体管，场效应晶体管。场效应管的放大信号功能的实现，是由于一块薄层半导体受到横向电场变化使得它的阻值发生了变化，源极和漏极接在半导体两端，栅极控制横向电场。场效应晶体管可分为两类，分别是结型场效应管（JFET）和绝缘栅极场效应管（MOS管）。

2。2  半导体物理的基础介绍文献综述

2。2。1  半导体中载流子的统计分布

在半导体中，载流子是电流载体。当达到热平衡状态的时候，一个电子的能量是不稳定的，但是电子群的能量趋势是稳定的，而且存在一定的分布规律[6]。当量子态能量为E时，一个电子占有一个量子态的概率f（E），即费米分布函数如下:

f（E）称为电子的玻尔兹曼分布函数，公式如下：

2。2。2  半导体的导电性

半导体的电导率用表示如下：

半导体的迁移率通常用来表示如下：

电导率与迁移率的关系式如下：

半导体的电阻率由载流子的浓度和迁移率控制，载流子浓度和迁移率也受到杂质浓度和温度影响，因此，半导体的电阻率也会受到杂质浓度和温度的影响[7]。

2。2。3  半导体表面

表面态是描述固体自由表面或者固体间接口附近局部性的电子能态。半导体表面一般位于基本禁带内部或者周围。氧化物半导体掺杂过度金属在半导体表面研究领域中是一个十分重要的方面[8]。

在半导体表面，电场强度表示如下：

表面电导的大小由表面层的载流子数量和迁移率决定。半导体表面层中总薄层电导为下式：