固态电子论 半导体物理 电子科学与技术专业课 半导体物理部分名词解释
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半导体物理考试重点题型:名词解释3*10=30分;简答题4*5=20分;证明题10*2=20分;计算题15*2=30分一.名词解释1、施主杂志:在半导体中电离时,能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。
2、受主杂志:在半导体中电离时,能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。
3、本征半导体:完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
实际半导体不可能绝对地纯净,本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。
4、多子、少子(1)少子:指少数载流子,是相对于多子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占少数,在导电中起到次要作用,则称它为少子。
(2)多子:指多数载流子,是相对于少子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占多数,在导电中起到主要作用,则称它为多子。
5、禁带、导带、价带(1)禁带:能带结构中能量密度为0的能量区间。
常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。
(2)导带:对于被电子部分占满的能带,在外电场作用下,电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去,形成电流,起导电作用,常称这种能带为导带(3)价带:电子占据了一个能带中的所有的状态,称该能带为满带,最上面的一个满带称为价带6、杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用,通常称为杂质的补偿作用。
7、电离能:使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能8、(1)费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。
(2)受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级(3)施主能级:被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级9、功函数:功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级EF 之差。
10、电子亲和能:真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差,也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
11、直/间接复合(1)直接复合:电子在导带和价带之间的直接跃迁,引起电子和空穴的复合,称为直接复合。
1.单电子近似:即假设每个电子是周期性排列且在固定不动的原子核势场及其它电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期势场。
2.电子共有化运动:电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原子转移到相邻的原子上去。
因而电子将可以在整个晶体中运动,这种运动称为电子的共有化运动。
电子的共有化运动只发生在能量相同的壳层,其中最外层电子的公有化运动最显著。
3.电子在晶体内的共有化运动:晶体中电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其它晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子在晶体内的共有化运动。
4.准自由电子:组成晶体的原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子近似,称为准自由电子。
5.本征激发:价带上的电子激发成为准自由电子。
亦即价带电子激发成为导带电子的过程称为本征激发。
6.有效质量的意义:它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及到半导体内部势场的作用。
7.间隙式杂质:杂质原子进入半导体后,杂质原子位于晶格原子间的间隙位置称为间隙式杂质。
通常外来杂质半径臂、比原晶格原子半径小很多。
8.替位式杂质:杂志原子进入半导体后,杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处,常称为替位式杂质。
通常外来杂质半径与原晶格原子半径大小比较相近。
9.杂质电离:电子脱离杂志电子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离。
10.施主电离:施主杂质释放电子的过程叫做施主电离。
11.受主电离:空穴挣脱受主杂志束缚的过程称为受主电离。
12.施主杂质:杂质电离时,能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称它们为施主杂质或n型杂质。
13.n型半导体:通常把主要依靠导带电子导电的半导体称为电子型或n型半导体。
14.受主杂质:杂质在纯净半导体中能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称它们为受主杂质或p型杂质。
15.施主能级:被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级。
共有化运动:在半导体中,由于原子之间的相互作用,电子不再局限于某个原子,而是可以在整个晶体中自由运动的现象能带特点:分裂的每一个能带称为允带。
允带间的能量范围称为禁带内层原子受到的束缚强,共有化运动弱,能级分裂小,能带窄,外层原子受束缚弱,共有化运动强,能级分裂明显,能带宽价带是指晶体中最低能量的,能带其中的电子通常被束缚在原子或分子中,不能自由移动导带是指晶体中能量较高的,能带其中的电子可以自由移动并参与导电禁带是指晶体中价带和导带之间的能量区域,其中不存在允许的电子能量状态允带是指晶体中允许电子存在的能量状态所组成的能带本征激发:价带上的电子被激发成为准自由电子,即价带电子激发成为导带电子的过程有效质量体现了晶格周期性势场的影响能带底部的有效质量大于零,能带顶部的有效质量小于零有效质量具有方向性能带宽,有效质量小,能带窄,有效质量大空穴:半导体中,由于电子的运动而形成的空位满带中的电子不导电施主杂质:为半导体材料提供导电电子的杂质受主杂质:为半导体材料提供导电空穴的杂质杂质电离:价电子脱离杂质原子成为自由电子的过程施主能级:被失主杂质束缚的电子的能量状态(多余电子的杂质能级)受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态(多余空穴的杂质能级)N型半导体:依靠导带电子导电的半导体P型半导体:依靠空穴导电的半导体浅能级杂质:施主或受主能级离导带底或价带顶很近,杂质电离能很小深能级杂质:杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。
杂质的补偿作用:半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时,施主杂质和受主杂质之间有相互抵消的作用ND>NA,ND-NA为有效施主浓度ND<NA,NA-ND为有效受主浓度弗伦克尔缺陷:间隙,原子和空位是成对出现的肖特基缺陷:只在晶体内形成空穴而无间隙原子空穴和替位原子都是点缺陷位错是线缺陷状态密度:在能带中能量E附近,每单位能量间隔内的量子态数有效质量大的能带状态密度大费米分布函数f(E):描述每个量子态被电子占据的几率随E的变化,f(E)=1/[1+exp((E-EF)/k0T)]费米能级EF是系统的化学势:指温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级载流子的复合:电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态,并向晶格放出一定能量,从而使导带中的电子和价带中的空穴不断减少热平衡状态:在一定的温度下,电子从低能量的量子态跃迁到高能量的量子状态及电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态这两个相反过程之间建立起动态平衡。
半导体物理中的名词解释引言半导体物理是研究半导体材料与器件特性及其应用的学科领域。
在这个领域中,涉及了许多专有名词和概念。
本文将对部分半导体物理中的名词进行解释,帮助读者更好地理解和掌握半导体物理的基础知识。
1. 半导体半导体是指在温度较低时具有介于导体和绝缘体之间电导率的物质。
其导电性能可以通过外加电场或温度的改变而变化。
在半导体中,电子的能带结构起着关键作用。
常见的半导体材料包括硅和锗。
2. 能带能带是描述电子能量状态的概念,常见的有价带和导带。
价带是较低能量的电子能级,而导带是较高能量的电子能级。
能带间的能隙是指两个能带之间的能量差异。
3. 底带和势垒底带是指位于能量较低的束缚态能级,例如价带。
势垒是指在能带之间建立的电势差。
在半导体中,势垒可以通过外加电场或杂质掺入来调节。
4. 载流子载流子是指在半导体中参与电荷输运的粒子,包括电子和空穴。
电子的运动带负电荷,而空穴则带正电荷。
在半导体中,载流子的浓度和运动性质对于电导率至关重要。
5. 禁带宽度和掺杂禁带宽度是指价带和导带之间的能隙。
掺杂是通过引入杂质来改变半导体的导电性能。
掺杂可以分为n型和p型掺杂,分别引入电子和空穴作为载流子。
6. PN结和二极管PN结是指将n型半导体和p型半导体相接触形成的结构。
PN结具有整流特性,发挥了二极管的作用。
当正向偏置时,电流可以流过结;而反向偏置时,电流则被阻塞。
7. MOS结和场效应晶体管MOS结是指金属氧化物半导体结。
它是指在绝缘体上形成金属-氧化物-半导体结构。
MOS结构被广泛应用于场效应晶体管中。
场效应晶体管是一种控制门电压来调节电流的半导体器件。
8. 肖特基结和肖特基二极管肖特基结是一种由金属和半导体形成的结。
肖特基结具有快速开关特性和低电压降,被用于高频和高速电子器件。
肖特基二极管是利用肖特基结制成的二极管。
9. 光电效应和光电二极管光电效应是指当光照射到半导体材料时,激发电子从价带跃迁到导带的现象。
第一章(1)晶态:固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。
(2)非晶态:固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性,或称为短程有序。
(3)准晶态:介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。
(4)单晶:原子呈周期性排列的晶体。
(5)多晶:由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的固体材料。
(6)原子价键:主要的原子价键有共价键、离子键、π键和金属键。
(7)共价键与非极性共价键:共价键是相邻原子间通过共用自旋方向相反的电子对电子云重叠)与原子核间的静电作用形成的,成键的条件是成键原子得失电子的能力相或是差别较小,或者是成键原子一方有孤对电子(配位体),另一方有空轨道(中心离如果相邻原子吸引电子的能力是一样的,则共用电子对不会发生偏移,这样的共价就是非极性共价键。
共价键的数目遵从8-N原则(8)空穴:光激发或热激发等激发因素会使原子键断裂而释放出电子,在断键处少掉1个电子,等效于留下一个带(+q)电量的正电荷在键电子原来所在的位置,这就是空穴(9)半导体的载流子:有两种载流子,带负电的电子和带正电的空穴。
(10)基态:在0K下,半导体中的电子空穴对产生之前的固体所处的状态。
(11)激发态:电子空穴对产生之后的固体所处的状态(12)光激发:光照产生电子空穴对的过程。
第二章(1)量子:热辐射的粒子形态。
(2)德布罗意波长:普朗克常量与粒子的动量p的比值。
(3)海森伯堡测不准原理:对于同一粒子,不可能同时确定其坐标和动量。
(4)量子化能级:束缚态粒子的分立的能级。
(5)波粒二象性:微观粒子有时表现为波动形态,而电磁波有时表现为粒子形态。
(6)光生载流子:光照产生的载流子。
(7)热生载流子:热激发产生的载流子(8)半导体能带结构:分为E-k图和E-x图。
(9)导带:价带上能量最低的允带(10)价带:价电子所在的允带。
(11)禁带:导带底与价带顶之间的能量区域(12)禁带宽度:导带底与价带顶之间的能量差。
本征激发的概念:价带上的电子激发成为准自由电子,即价带电子激发成为导带电子的过程,称为本征激发。
格波态密度:确定体积V的晶体,在ω附近单位频率间隔内的格波总数状态密度:状态密度就是在能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数平均自由时间:载流子在电场中作漂移运动时,只有在连续两次散射之间的时间内才作加速运动,这段时间称为自由时间。
自由时间长短不一,若取极多次而求得其平均值则称为载流子的平均自由时间。
载流子的散射:没有外场的作用,载流子作无规则的热运动。
载流子在半导体中运动时,不断地与热振动的晶格原子或电离的杂质离子发生碰撞,碰撞后载流子的运动速度的大小和方向发生了改变。
用波的概念,就是说电子波在半导体中传播时遭到了散射。
半导体中载流子的散射机制:晶格振动散射和电离杂质散射“准费米能级”概念:存在非平衡载流子时,导带和价带各自适用费米能级和统计分布函数,分别引入导带费米能级和价带费米能级,它们都是局部的费米能级,称为“准费米能级”直接复合:由电子在导带和价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合过程。
间接复合:非平衡载流子通过复合中心的复合。
非平衡载流子深入样品的平均距离,称为扩散长度。
空穴:空穴是几乎被电子填满的能带中未被电子占据的少数空的量子态,这少量的空穴总是处于能带顶附近,是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位,对应于价带顶的电子空位。
由两种不同的半导体材料形成的结,称为异质结直接带隙半导体材料:就是导带最小值(导带底)和价带最大值在k空间中同一位置间接带隙半导体材料:(如Si、Ge)导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命,用表示。
寿命标志着非平衡载流子的浓度减小到原值的1/e所经历的时间。
载流子有效质量的物理意义:直接把外力f和电子的加速度联系起来,而内部势场的作用则由有效质量加以概括,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。
1.迁移率 参考答案: 单位电场作用下,载流子获得的平均定向运动速度,反映了载流子在电场作用下的输运能力,是半导体物理中重要的概念和参数之一。
迁移率的表达式为:*q mτμ=可见,有效质量和弛豫时间(散射)是影响迁移率的因素。
影响迁移率的主要因素有能带结构(载流子有效质量)、温度和各种散射机构。
n pneu peu σ=+2.过剩载流子 参考答案:在非平衡状态下,载流子的分布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。
非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。
将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分,称为过剩载流子。
非平衡过剩载流子浓度:00,n n n p p p ∆=-∆=-,且满足电中性条件:n p ∆=∆。
可以产生过剩载流子的外界影响包括光照(光注入)、外加电压(电注入)等。
对于注入情形,通过光照或外加电压(如碰撞电离)产生过剩载流子:2i np n >,对于抽取情形,通过外加电压使得载流子浓度减小:2i np n <。
3. n 型半导体、p 型半导体N 型半导体:也称为电子型半导体.N 型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N 型半导体.在N 型半导体中,自由电子为多子,空穴为少子,主要靠自由电子导电.自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成.掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能就越强.P 型半导体:也称为空穴型半导体.P 型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位子,就形成P 型半导体.在P 型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子,主要靠空穴导电.空穴主要由杂质原子提供,自由电子由热激发形成.掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能就越强. 4. 能带当N 个原子处于孤立状态时,相距较远时,它们的能级是简并的,当N 个原子相接近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。
固态电子论名词解释库(个人意见,仅供参考<固体物理局部 >晶体:构成粒子(原子,分子,集团周期性排列的固体,具有长程有序性,有固定的熔点,具有自限性, 各向异性和解理性特点的固体。
布拉伐点阵:晶体的周期性结构可以看作相同的点在空间周期性无限分布所形成的系统,称为布拉伐点阵。
布拉伐格子:在空间点阵用三组不共面平行线连起来的空间网格称为布拉伐格子。
基元:布拉伐格子中的最小重复单位称为基元。
原胞:在布拉伐格子中的最小重复区域称为原胞。
晶胞:为了同时反响晶体的周期性和对称性,常常选取最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种单元称为晶胞。
倒格子:分别以 b1,b2,b3, 作为基矢,构成的网格称作倒格子,其中布里渊区:在倒格子中,以某个倒格点作为原点,作出它到其他所有倒格点的矢量的垂直平分面,这些面将倒空间分割成有内置外的相等区域,称为布里渊区。
五种晶体结合力方式:离子结合和离子晶体:共价结合和共价晶体:能把两个原子结合在一起的的一对为两个原子自旋相反配对的电子结构称为共价键。
金属结合和金属晶体:作用力来自带正电原子实和负电电子云的吸引力,电子云重叠产生强烈的排斥作用的排斥力结合的称为金属晶体。
氢键结合和氢键晶体:氢原子同时与两个电负性较大的原子想结合,一个属于共价键,另一个通过库仑作用结合的称为氢键。
范德瓦耳斯结合和分子晶体:靠电偶极矩的相互作用而结合的力称作范德瓦耳斯力。
主要的晶体结构类型:声子:晶格振动的一个频率为 wq 的格波等价于一个简谐振子的振动,其能量也可以表示为以下, Enl=(0.5+nhwq.能量单元是 hwq, 它是格波的能量量子,称之为声子。
点缺陷:在一个或几个原子尺寸范围内的微观区域内,晶格结构发生偏离严格周期性而形成的畸变区域。
面缺陷:如果晶体中周期性遭到破坏的区域形成一条线,称这种一维缺陷为线缺陷。
刃型位错:螺型位错:半导体物理局部电子有效质量:在一维模型下,数学表达式 ,有效质量包含了内部势场各个方向的作用,内层电子能带越窄,有效质量越大,外层电子能带越宽,有效质量越小。
固态电子论半导体物理固体物理部分名词解释(精)固态电子论名词解释库(个人意见,仅供参考<固体物理部分 >晶体:构成粒子(原子,分子,集团周期性排列的固体,具有长程有序性,有固定的熔点,具有自限性, 各向异性和解理性特点的固体。
布拉伐点阵:晶体的周期性结构可以看作相同的点在空间周期性无限分布所形成的系统,称为布拉伐点阵。
布拉伐格子:在空间点阵用三组不共面平行线连起来的空间网格称为布拉伐格子。
基元:布拉伐格子中的最小重复单位称为基元。
原胞:在布拉伐格子中的最小重复区域称为原胞。
晶胞:为了同时反应晶体的周期性和对称性,常常选取最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种单元称为晶胞。
倒格子:分别以 b1,b2,b3, 作为基矢,构成的网格称作倒格子,其中布里渊区:在倒格子中,以某个倒格点作为原点,作出它到其他所有倒格点的矢量的垂直平分面,这些面将倒空间分割成有内置外的相等区域,称为布里渊区。
五种晶体结合力方式:离子结合和离子晶体:共价结合和共价晶体:能把两个原子结合在一起的的一对为两个原子自旋相反配对的电子结构称为共价键。
金属结合和金属晶体:作用力来自带正电原子实和负电电子云的吸引力,电子云重叠产生强烈的排斥作用的排斥力结合的称为金属晶体。
氢键结合和氢键晶体:氢原子同时与两个电负性较大的原子想结合,一个属于共价键,另一个通过库仑作用结合的称为氢键。
范德瓦耳斯结合和分子晶体:靠电偶极矩的相互作用而结合的力称作范德瓦耳斯力。
主要的晶体结构类型:声子:晶格振动的一个频率为 wq的格波等价于一个简谐振子的振动,其能量也可以表示为以下,Enl=(0.5+nhwq.能量单元是 hwq, 它是格波的能量量子,称之为声子。
点缺陷:在一个或几个原子尺寸范围内的微观区域内,晶格结构发生偏离严格周期性而形成的畸变区域。
面缺陷:如果晶体中周期性遭到破坏的区域形成一条线,称这种一维缺陷为线缺陷。
刃型位错:螺型位错:半导体物理部分电子有效质量:在一维模型下,数学表达式 ,有效质量包含了内部势场各个方向的作用,内层电子能带越窄,有效质量越大,外层电子能带越宽,有效质量越小。
半导体物理学名词解释1.能带:在晶体中可以容纳电子的一系列能2.允带:分裂的每一个能带都称为允带。
3.直接带隙半导体:导带底和价带顶对应的电子波矢相同间接带隙半导体:导带底和价带顶对应的电子波矢不相同4、施主杂质:能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心的杂质,称为施主杂质。
施主能级:被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级。
5、受主杂质:能够能够接受电子而在价带中产生空穴,并形成负电中心的杂质,称为受主杂质。
受主能级:被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。
6、本征半导体:本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
7、禁带宽度:导带底与价带顶之间的能量差。
8、禁带:(导带底与价带顶之间能带)9、价带:(0K 条件下被电子填充的能量最高的能带)10、导带:(0K 条件下未被电子填充的能量最低的能带)11、迁移率:表示单位场强下电子的平均漂移速度,单位cm^2/(V ·s)。
12、有效质量:的作用。
有效质量表达式为:,速度:13、电子:带负电的导电载流子,是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子,对应于导带中占据的电子空穴:带正电的导电载流子,是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位,对应于价带中的电子空位14、费米分布:大量电子在不同能量量子态上的统计分布。
费米分布函数为:15、漂移运动:载流子在电场作用下的运动。
扩散运动:载流子在浓度梯度下发生的定向运动。
16、本征载流子:就是本征半导体中的载流子(电子和空穴),即不是由掺杂所产生出来的。
17、产生:电子和空穴被形成的过程222*dk Ed h m n =E E Fe Ef 011)(-+=直接复合:导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带,与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为直接复合间接复合:导带中的电子通过禁带的复合中心能级与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为间接复合。
复合率:单位时间单位体积内复合的电子-空穴对数。
18、散射:载流子与其它粒子发生弹性或非弹性碰撞,碰撞后载流子的速度的大小和方向发生了改变。
1.有效质量:定义:222
*dk E
d m n
为电子的有效质量。
在能带顶有效质量为正值,在能带底有效质量为负值。
他概括了半导体内部的势场作用。
使得在解决半导体内部电子受外力作用下的运动规律时,可以不用考虑半导体内部势场的作用。
有效质量与能量对于k 的二次微商成反比,内层电子能带窄,有效质量大,外层电子能带宽,有效质量小。
2.空穴:是价带顶部附近的电子激发到导带后留下的价带空状态 带正电荷 当温度不为零时,共价键上一个电子挣脱共价键的束缚进入晶格间隙形成导电电子,在原共价键处形成空状态,为了满足电中性,该空状态带一个正电荷。
当另一个共价电子填这个空位…相当于空位在移动,把这个带一个单位正电荷的空位称为空穴 用空穴的概念,可以把价带大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达了。
3.施主杂质:V 族元素在硅、锗中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称此类杂质为施主杂质或n 型杂质。
相关的:
施主杂质向导带释放电子的过程为施主电离
施主杂质未电离之前是电中性的称为中性态或束缚态;电离后成为正电中心称为离化态或电离态
使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的最小能量称为施主电离能,施主电离能为ΔED
被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级,记为ED ,。
4.施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子,同时向导带提供电子,使半导体成为主要依靠导带电子导电的n 型半导体(也称电子型半导体)。
5.受主杂质:III 族元素在硅、锗中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称此类杂质为受主杂质或p 型杂质。
相关的:
受主杂质释放空穴的过程称为受主电离
使空穴挣脱束缚成为导电空穴所需要的最小能量称为受主电离能,记为ΔEA
空穴被受主杂质束缚时的能量状态称为受主能级,记为EA
受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子,同时向价带提供空穴,使半导体成为主要依靠空穴导电的p 型半导体(也称空穴型半导体)。
5.深能级杂质:非Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si 、Ge 的禁带中产生的施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。
杂质电离能大,能够产生多次电离。
深能级:施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。
深能级的基本特点:
1、含量极少,而且能级较深,不易在室温下电离,对载流子浓度影响不大;
2、一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级。
3、能级位置利于促进载流子的复合,其复合作用比浅能级杂质强,使少数载流子寿命降低,称这些杂质为复合中心杂质。
(在第五章详细讨论)
4、深能级杂质电离后对载流子起散射作用,使载流子迁移率减少,导电性能下降。
6.浅能级杂质:电离能小的杂质称为浅能级杂质。
所谓浅能级,是指施主能级靠近导带底,受主能级靠近价带顶。
7.杂质补偿:半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时,它们的共同作用会使载流子减少,这种作用称为杂质补偿。
8.费米能级:EF是费米函数
()
1
ex p
1
+
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛-
=
T
k
E
E
E
f
F
中的一个待定参数,具有能
量的量纲,称为费米能级或费米能量。
与EF相关的因素:①半导体导电的类型;②杂质的含量;③与温度T有关;④能量零点的选取。
费米能级是一个参考量。
在费米能级之下的能带被电子占据的概率大于不被电子占据的概率;在费米能级之上的能级不被电子占据的概率大于被电子占据的概率。
9.低温载流子冻析效应:对含有杂质的半导体,当温度低于某一温度时,杂质只有部分电离,尚有部分载流子被冻析在杂质能级上,对导电没有贡献,这种现象成为低温载流子冻析效应。
10.禁带变窄效应:由于杂质能级扩展为杂质能带,将使杂质电离能减少,如当杂质浓度大于某一数值后,杂质电离能为零,电离率上升到1。
这是因为杂质能带进入了导带或价带,并与导带或价带相连,形成了新的简并能带,使能带的状态密度发生了变化,简并能带的尾部伸入到禁带中,称为带尾。
导致禁带宽度由Eg减小到Eg`,所以重掺杂时,禁带宽度变窄了,称为禁带变窄效应。
11.简并半导体:费米能级进入能带内部时,必须用费米分布函数来分析导带中的电子或价带中的空穴的统计分布问题,称为载流子的简并化,发生载流子简并化的半导体称为简并半导体.此类半导体导带电子或价带空穴数量多,其分布只能用费米函数描述,其特征是费米能级接近导带底或价带顶,甚至进入导带或价带之中。
非简并半导体:费米能级进入能带内部时,必须用费米分布函数来分析导带中的电子或价带中的空穴的统计分布问题,称为载流子的简并。
没有发生载流子的简并的半导体称为非简并半导体。
此类半导体导带电子或价带空穴数量较少,其分布可以用玻尔兹曼分布函数来描述,其特征是,费米能级远离导带底和价带顶处于禁带之中。
12.陷阱效应:处于非平衡态时,由于非平衡载流子的出现,杂质能级上电子数目也会改变,表明杂质能级具有收容非平衡载流子的能力。
杂质能级这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。
13.准费米能级:在热平衡情况下可以用统一的费米能级EF描述半导体中电子在能级之间的分布,当有非平衡载流子存在时,不再存在统一的费米能级,在这种情况下,处于非平衡状态的电子系统和空穴系统,可以定义各自的费米能级,称为准费米能级,它们都是局部的费米能级,包括导带(电子)准费米能级EFn和价带(空穴)准费米能级EFP。
14.少数载流子的注入:在金属和n型半导体的整流接触上加正向电压时,就有空穴从金属流向半导体,这种现象称为少数载流子的注入。
15.欧姆接触:金属与半导体形成的非整流接触,这种接触不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的变化。
16.光生伏特效应:用适当的波长的光照射非均匀半导体如pn结,金属——半导体接触,由于势垒区存在内建电场的作用会使得半导体内部产生电动势,即光生电压。
如果将pn结两端短路会有光生电流产生,这种现象称之为光生伏特效应。
17.激子:如果光子的能量hv小于Eg(Ec-Ev),价带中的电子吸收能量后虽然可以跃出价带,但是不能进入导带成为自由电子。
禁带中的电子仍受价带中空穴引力的制约,与之形成新的系统。
我们把这一新的系统称为激子。
18.光电导效应:光吸收可以识使半导体中产生非平衡载流子,因而使得半导体的电导率发生变化的现象称之为光电导效应。
19.直接(间接)跃迁:在半导体本证吸收中,价带中的电子仅仅(不仅仅)只吸收一个光子的能量,而不涉及(同时)与晶格振动交换能量就跃迁到导带中成为自由电子的过程。
20.金属(半导体)功函数:表示一个起始能量为费米能级的电子,从金属(半导体)内部逸出到真空的过程所需要的最小能量。
21.载流子的散射:实际晶体中存在各种晶格缺陷和晶体原子振动会在理想的周期性势场上附加一个势场,他可以改变载流子的状态。
这种附加势场改变载流子状态的现象就是载流子的散射。
22.直接复合,间接复合
直接复合:电子由导带直接跃迁到价带空穴处,是电子和空穴成对的消失,其逆过程是电子由价带受到激发直接到达导带产生电子-空穴对。
间接复合:又称为通过复合中心复合。
所谓复合中心是指晶体中的各种杂质或缺陷,它们在禁带中引人离价带顶和导带底都比较远的局部化能级,即复合中心能级。
23.晶体:构成粒子周期性排列的固体。
具有长程有序性,具有固定熔点,具有自限性和各向异性,具有解理性。
24.布拉伐点阵:晶体的周期性排列可以看作是无数的点在空间的周期性排布,称为布拉伐点阵。
25.晶胞:为了较好的同时反映晶体的结构和周期性,常常选用最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种重复单元称之为晶胞。
硅导带底等能面的描述:
硅导带底等能面极小值位于【100】对称的6个方向上;在第一布里渊区0.85倍处;导带底等能面是位于<100>方向上的六个旋转椭球;沿<100>方向是纵向有效质量ml,与<100>方向垂直的各方向为横向有效质量mt。
锗导带底等能面的描述:
锗导带底等能面极小值位于【111】对称的8个方向上;在第一布里渊区的边界处;导带底等能面是位于<111>方向上的八个半椭球;沿<111>方向为纵向有效质量ml,其他与<111>方向垂直的各方向为横向有效质量mt。
五种晶体结合方式:离子结合,金属结合,共价结合,氢键结合,范德瓦尔斯结合。
对于含有N个原胞的L维晶格,若每个晶格中含有n个原子,则:
1.波矢数目=N(即原胞的数目)。
2.每个波矢对应Ln个w,其中有声学波L支,光学波LN-L支;
3.总的格波数为LNn,即晶体中所有原子的自由度之和。
4.晶格的振动可用LNn个格波描述。
每个原子的运动都是这些原子在每个格波所描述的简谐运动的迭加。