半導體物理名詞解釋

1、半導體物理名詞解釋金剛石型結構：金剛石結構是一種由相同原子構成的復式晶體，它是由兩個面心立方晶胞沿立方體的空間對角線彼此位移四分之一空間對角線長度套構而成。每個原子周圍都有4個最近鄰的原子，組成一個正四面體結構。閃鋅礦型結構：閃鋅礦型結構的晶胞，它是由兩類原子各自組成的面心立方晶格，沿空間對角線彼此位移四分之一空間對角線長度套構而成有效質量：粒子在晶體中運動時具有的等效質量，它概括了半導體內部勢場的作用。有效質量表達式為:d2Edk2電子所能具有的最高能量。準費米能級：統(tǒng)一的費米能級是熱平衡狀態(tài)的標志。當外界的影響破壞了熱平衡，使半導體處于非平衡狀態(tài)時，就不再存在統(tǒng)一的費米能級。但是可以認為，

2、分別就導帶和價帶中的電子講，他們各自基本上處于平衡狀態(tài)，導帶與價帶之間處于不平衡狀態(tài)。因為費米能級和統(tǒng)計分布函數(shù)對導帶和價帶各自仍是適用的， 可以引入導帶費米能級和價帶費米能級， 它們都是局部的費米能級。稱為“準費米能級”費米面：將自由電子的能量E等于費米能級Ef的等能面稱為費米面。費米分布：大量電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計分布。費米分布函數(shù)為：k0T1e施主能級：通過施主摻雜在半導體的禁帶中形成缺陷能級，被子施主雜質束縛的電子能量狀態(tài)稱為施主能級受主能級：通過受主摻雜在半導體的禁帶中形成缺陷能級，被受主雜質束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級。禁帶：能帶結構中能態(tài)密度為零的能量區(qū)間。價帶：半導體

3、或絕緣體中，在絕對零度下能被電子沾滿的最高能帶。導帶：導帶是自由電子形成的能量空間，即固體結構內自由運動的電子所具有的能量范圍N型半導體：在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導體。h2費米能級：費米能級是T=0K時電子系統(tǒng)中電子占據(jù)態(tài)和未占據(jù)態(tài)的分界線，是T=0K時系統(tǒng)中f(E)1EEFP型半導體：在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導體。簡并半導體：對于重摻雜半導體，費米能級接近或進入導帶或價帶，導帶/價帶中的載流子濃度很高，泡利不相容原理起作用，電子和空穴分布不再滿足玻耳茲曼分布，需要采用費米分布函數(shù)描述。

4、稱此類半導體為簡并半導體。非簡并半導體,摻雜濃度較低，其費米能級EF在禁帶中的半導體；半導體中載流子分布可由經典的玻爾茲曼分布代替費米分布描述時，稱之為非簡并半導體施主雜質：V族雜質在硅、錯中電離時，能夠施放電子而產生導電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質或n型雜質。受主雜質：W族雜質在硅、錯中能夠接受電子而產生導電空穴，并形成負點中心，所以稱它們?yōu)槭苤麟s質或p型雜質。替位式雜質：雜質原子取代晶格原子而位于晶格點處。間隙式雜質：雜質原子位于晶格原子的間隙位置。等電子雜質：當雜質的價電子數(shù)等于其所替代的主晶格原子的價電子數(shù)時，這種雜質稱為等電子雜質空穴：定義價帶中空著的狀態(tài)看成是帶正電荷的粒子

5、，稱為空穴意義a把價帶中大量電子對電流的貢獻僅用少量的空穴表達出來b金屬中僅有電子一種載流子，而半導體中有電子和空穴兩種載流子，正是這兩種載流子的相互作用，使得半導體表現(xiàn)出許多奇異的特性，可用來制造形形色色的器件理想半導體（理想與非理想的區(qū)別）：a原子并不是靜止在具有嚴格周期性的晶格的格點位置上，而是在其平衡位置附近振動b半導體材料并不是純凈的，而是含有各種雜質即在晶格格點位置上存在著與組成半導體材料的元素不同其他化學元素的原子c實際的半導體晶格結構并不是完整無缺的，而存在著各種形式的缺陷雜質補償：在半導體中，施主和受主雜質之間有相互抵消的作用通常稱為雜質的補償作用深能級雜質：非皿、V族雜質在

6、硅、錯的禁帶中產生的施主能級距離導帶較遠，他們產生的受主能級距離價帶也較遠，通常稱這種能級為深能級，相應的雜質為深能級雜質淺能級雜質：在半導體中、其價電子受到束縛較弱的那些雜質原子，往往就是能夠提供載流子（電子或空穴）的施主、受主雜質，它們在半導體中形成的能級都比較靠近價帶頂或導帶底，因此稱g(E)dZdE其為淺能級雜質遷移率：單位電場作用下，載流子獲得的平均定向運動速度，反映了載流子在電場作用下的輸運能力，是半導體物理中重要的概念和參數(shù)之一。遷移率的表達式為：g=qT/m*o可見，有效質量和弛豫時間（散射）是影響遷移率的因素?？昭ǖ臓恳L度：表征空穴漂移運動的有效范圍的參量就是空穴的牽引長度

7、點缺陷：是最簡單的晶體缺陷，它是在結點上或鄰近的微觀區(qū)域內偏離晶體結構的正常排列的一種缺陷。包括：間隙原子和空位是成對出現(xiàn)的弗倉克耳缺陷和只在晶體內形成空位而無間隙原子的肖特基缺陷。弗侖克耳缺陷：間隙原子和空穴成對出現(xiàn)導致的缺陷。肖特基缺陷：只在晶體內形成空位而無間隙原子時的缺陷?？昭ǎ涸陔娮訏昝搩r鍵的束縛成為自由電子，其價鍵中所留下來的空位?？瘴唬涸谝欢l件下，晶格原子不僅在其平衡位置附近振動，而且有一部分原子會獲得足夠的能量，脫離周圍原子對他的束縛，擠入晶格原子間隙間成為間隙原子，原來的位置便成為空位本征載流子：就是本征半導體中的載流子（電子和空穴），即不是由摻雜所產生出來的。非平衡載流子

8、半導體處于非平衡態(tài)時，比平衡態(tài)時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。p=n熱載流子：熱載流子：在強電場情況下，載流子從電場中獲得的能量很多，載流子的平均能量比熱平衡狀態(tài)時的大，因而載流子與晶格系統(tǒng)不再處于熱平衡狀態(tài)。溫度是平均動能的量度，既然載流子的能量大于晶格系統(tǒng)的能量，人們便引入載流子的有效溫度Te來描寫這種與晶格系統(tǒng)不處于熱平衡狀態(tài)時的載流子，并稱這種狀態(tài)載流子為熱載流子束縛激子：等電子陷阱俘獲載流子后成為帶電中心，這一中心由于庫侖作用又能俘獲另一種帶電符號相反的載流子從而成為定域激子，稱為束縛激子。漂移運動：在外加電壓時，導體或半導體內的載流子受電場力的作用，做定向運動。擴散運動：

9、當半導體內部的載流子存在濃度梯度時，引起載流子由濃度高的地方向濃度低的地方dnJndiffqDn一擴散，擴散運動是載流子的有規(guī)則運動。電子擴散電流dx狀態(tài)密度：就是在能帶中能量E附近每單位能量間隔內的量子態(tài)數(shù)。直接復合：導帶中的電子越過禁帶直接躍遷到價帶，與價帶中的空穴復合，這樣的復合過程稱為直接復合間接復合：導帶中的電子通過禁帶的復合中心能級與價帶中的空穴復合，這樣的復合過程稱為間接復合。俄歇復合：載流子從高能級向低能級躍遷發(fā)生電子-空穴復合時，把多余的能量傳給另一個載流子，使這個載流子被激發(fā)到能量更高的能級上去，當它重新躍遷回到低能級時，多余的能量常以聲子的形式放出，這種復合稱為俄歇復合，

10、顯然這是一種非輻射復合。陷阱中心：半導體中的雜質和缺陷在禁帶中形成一定的能級，這些能級具有收容部分非平衡載流子的作用，雜質能級的這種積累非平衡載流子的作用稱為陷阱效應。把產生顯著陷阱效應的雜質和缺陷稱為陷阱中心。復合中心：半導體中的雜質和缺陷可以在禁帶中形成一定的能級，對非平衡載流子的壽命有很大影響。雜質和缺陷越多，壽命越短，雜質和缺陷有促進復合的作用，把促進復合的雜質和缺陷稱為復合中心。等電子復合中心：等電子復合中心：在WV族化合物半導體中摻入一定量的與主原子等價的某種雜質原子，取代格點上的原子。由于雜質原子和主原子之間電負性的差別，中性雜質原子可以束縛電子或空穴而成為帶電中心，帶電中心會吸

11、引和被束縛載流子符號相反的載流子，形成一個激子束縛態(tài)。愛因斯坦關系：對電子Dn/gn=k0T/q對空穴Dp/gp=k0T/q它表明非簡并情況下載流子的遷移率和擴散系數(shù)之間的關系。陷阱效應：雜質能級積累非平衡載流子的作用就稱為陷阱效應。回旋共振：一些物質如半導體中的載流子在一定的恒定磁場和高頻磁場同時作用下會發(fā)生抗磁共振。碑化錢負阻效應：當電場達到一定值時，能谷1中的電子可從電場中獲得足夠的能量而開始轉移到能谷2,發(fā)生能谷間的散射，電子的動量有較大的改變，伴隨吸收或發(fā)射一個聲子。但是，這兩個能谷不是完全相同的，進入能谷2的電子，有效質量大為增加，遷移率大大降低，平均漂移速度減小，電導率下降，產生

12、負阻效應耿氏效應：在半導體本體內產生高頻電流的現(xiàn)象稱為耿氏效應擴散長度：擴散長度是表征載流子擴散有效范圍的一個物理量，它等于擴散系數(shù)乘以壽命的平方勢壘電容：在外加正向偏壓增加時，將有一部分電子和空穴“存入”勢壘區(qū)，反之，當正向偏壓減小時，勢壘區(qū)的電場增強，勢壘區(qū)寬度增加，空間電荷數(shù)量增多，這就是有一部分電子和空穴從勢壘區(qū)“取出”。對于加反向偏壓的情況類似?？傊琾n結上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區(qū)的“存入”和“取出”作用，導致勢壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化，這和一個電容器的充放電作用相似，這種pn結的電容效應稱為勢壘電容擴散電容：正向偏壓時，有空穴從p區(qū)注入n區(qū)，于是在勢壘區(qū)

13、與n區(qū)邊界n區(qū)一側一個擴散長度內，便形成了非平衡空穴和電子的積累，同樣在p區(qū)也有非平衡電子和空穴的積累。當正向偏壓增加時，由p區(qū)注入到n區(qū)的空穴增加，注入的空穴一部分擴散走了。所以外加電壓變化時，n區(qū)擴散區(qū)內積累的非平衡空穴也增加，與它保持電中性的電子也相應增加。同樣，p區(qū)擴散區(qū)內積累的非平衡電子和與它保持電中性的空穴也要增加。這種由于擴散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化所產生的電容效應，稱為pn結的擴散電容pn結隧道效應：在簡并化的重摻雜半導體中，n型半導體的費米能級進入了導帶，p型半導體的費米能級進入了價帶。在重摻雜情況下，雜質濃度大，勢壘區(qū)很薄，由于量子力學的隧道效應，n區(qū)導帶的電子可能穿過

14、禁帶到p區(qū)價帶，p區(qū)價帶電子也可能穿過禁帶到n區(qū)導帶，從而有可能產生隧道電流。耗盡層近似：當勢壘高度遠大于koT時，勢壘區(qū)可近似為一個耗盡層。在耗盡層中，載流子極為稀少，他們對空間電荷的貢獻可以忽略；雜質全部電離，空間電荷完全由電離雜質的電荷形成。肖特基勢壘二極管：利用金屬-半導體整流接觸效應特性制成的二極管稱為肖特基勢壘二極管，它和pn結二極管具有類似的電流-電壓關系，即它們都有單向導電性，但前者又又區(qū)別于后者的以下顯著特點a就載流子的運動形式而言，pn結正向導通時，由p區(qū)注入n區(qū)的空穴或由n區(qū)注入p區(qū)的電子，都是少數(shù)載流子，他們先形成一定的積累，然后靠擴散運動形成電流。這種注入的非平衡載流

15、子的積累稱為電荷貯存效應，它嚴重地影響了pn結的高頻性能。而肖特基勢壘二極管的正向電流，主要是由半導體的多數(shù)載流子進入金屬形成的。它是多數(shù)載流子器件。因此，肖特基勢壘二極管比pn結二極管有更好的高頻特性b對于相同的高度，肖特基勢壘二極管的Jsd或Jst要比pn結的反向飽和電流Js大得多。歐姆接觸：金屬與半導體接觸時還可以形成非整流接觸，即歐姆接觸，它不產生明顯的附加阻抗，而且不會使半導體內部的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的改變（半導體重摻雜時，它與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸理想MIS結構：a金屬與半導體間功函數(shù)差為零b在絕緣層中沒有任何電荷且絕緣層完全不導電c絕緣層與半導體界面處不存在任何

16、界面態(tài)深耗盡狀態(tài)：在金屬和半導體之間加一脈沖階躍或高頻正弦波形成的正電壓時，由于空間電荷層內的少數(shù)載流子的產生速率跟不上電壓的變化，反型層來不及建立，只有靠耗盡層延伸向半導體深處而產生大量受主負電荷以滿足電中性條件。因此，這種情況時，耗盡層的寬度很大，可遠大于強反型的最大耗盡層寬度，且其寬度隨電壓幅度的增大而增大，這種狀態(tài)稱為深耗盡狀態(tài)Si-SiO2系統(tǒng)各種電荷：a二氧化硅層中的可動離子。主要是帶正電的鈉離子，還有鉀、氫等正離子b二氧化硅層中的固定電荷c二氧化硅層中的電離陷阱電荷。是由于各種輻射如X射線、丫射線、電子射線等引起異質結：有兩種不同的半導體單晶材料可超過組成的結，則稱為異質結異質結

17、的特點：a能帶發(fā)生了彎曲，出現(xiàn)“尖峰”和“凹口”b能帶在交界面處不連續(xù)，有一個突變異質pn結的超注入現(xiàn)象：指在異質pn結中有寬禁帶半導體注入到窄禁帶半導體中的少數(shù)載流子濃度寬帶半導體中多數(shù)載流子濃度間接帶隙半導體：導帶極小值和價帶極大值沒有對應于相同的波矢，例如像錯、硅一類半導體，價帶頂位于K空間原點，而導帶低則不在k空間原點，這種半導體稱為間接帶隙半導體非豎直（直接）躍遷：在非豎直（直接）躍遷中，電子不僅吸收光子，同時還和晶格交換一定的振動能量，即吸收或放出一個聲子光電探測器件工作原理及用途：有光照引起半導體電導率增加的現(xiàn)象稱為光電導。大量實驗證明，半導體光電導的強弱與照射波長有密切的關系，

18、所謂光電導的光譜分析，就是指對應于不同的波長，光電導響應靈敏度的變化關系。因此，可以通過測量光電導的光譜分布來確定半導體材料光電導特性，根據(jù)這一原理可制成光電探測器。用途：PbS、PbSe和PbTe是重要的紅外探測器材料,CdS除了對可見光有響應外，還可有效地用于短波方面，知道半導體太陽電池的基本原理：當用適當波長的光照射非均勻半導體（的作用（不加外電場），半導體內部產生電動勢（光生電壓）由內建電場引起的光電效應，稱為光生伏特效應。根據(jù)這一能直接轉變?yōu)殡娔芄怆姵兀ü怆姸O管）的基本原理：當用適當波長的光照射強的內建電場，結兩邊的光生少數(shù)載流子受該場的作用，各自向相反的方向運動,光生電動勢，如將

19、pn結與外電路接通，只要光照不停止，就會有淵源不斷的電流過電路，pn結起到了電源的作用半導體發(fā)光器件的基本原理：半導體的電子可以吸收一定能量的光子而被激發(fā)。同樣，處于激發(fā)態(tài)的電子也可以向較低的能級躍遷，以光輻射的形式釋放出能量，也就是電子從高能級向低能級x光短波pn結等）時，由于內建電場,如將pn結短路，則出現(xiàn)電流。這種原理可制成太陽能電池，將太陽輻射pn結時，由于pn結勢壘區(qū)內存在較pn結兩端產生躍遷，伴隨著發(fā)射光子，這就是半導體的發(fā)光現(xiàn)象。（產生光子發(fā)射的主要條件是系統(tǒng)必須處于非平衡狀態(tài)，即在半導體內需要有某種激發(fā)過程存在，通過與非平衡載流子的復合，才能形成發(fā)光半導體激光器件的基本原理：處在激發(fā)態(tài)E2的原子數(shù)大于處在激發(fā)態(tài)E1的原子數(shù)，則在光子流hv12照射下，受激輻射將超過吸收過程。這樣由系統(tǒng)發(fā)射的能量為hv12將大于進入系統(tǒng)的同樣能量的光子數(shù)，這鐘現(xiàn)象稱為光量子放大。通常把處于激發(fā)態(tài)E2（高能級）的原子數(shù)大于處在激發(fā)態(tài)E1（低能級）的原子數(shù)的這種反常情況，稱為“分布反轉”或“粒子數(shù)反轉”。激光的發(fā)射，必須滿足a形成分布反轉，使受激輻射占優(yōu)勢b具有共振腔，以實現(xiàn)光量子放大c至少達到閾值電流密度，使增益至