半導體物理學期末復習

半導體物理學期末復習張晉敏zjmgz@163.com基本概念有效質(zhì)量：載流子在晶體中的表觀質(zhì)量，它體現(xiàn)了周期場對電子運動的影響。其物理意義：1）有效質(zhì)量的大小仍然是慣性大小的量度；2）有效質(zhì)量反映了電子在晶格與外場之間能量和動量的傳遞，因此可正可負?？昭ǎ菏且环N準粒子，代表半導體近滿帶（價帶）中的少量空態(tài)，相當于具有正的電子電荷和正的有效質(zhì)量的粒子，描述了近滿帶中大量電子的運動行為?；匦舱瘢喊雽w中的電子在恒定磁場中受洛侖茲力作用將作回旋運動，此時在半導體上再加垂直于磁場的交變磁場，當交變磁場的頻率等于電子的回旋頻率時，發(fā)生強烈的共振吸收現(xiàn)象，稱為回旋共振。施主：在半導體中起施予電子作用的雜質(zhì)。受主：在半導體中起接受電子作用的雜質(zhì)。雜質(zhì)電離能：使中性施主雜質(zhì)束縛的電子電離或使中性受主雜質(zhì)束縛的空穴電離所需要的能量。n-型半導體：以電子為主要載流子的半導體。p-型半導體：以空穴為主要載流子的半導體。雜質(zhì)補償：在半導體中同時存在施主和受主雜質(zhì)時，存在雜質(zhì)補償現(xiàn)象，即施主雜質(zhì)束縛的電子優(yōu)先填充受主能級，實際的有效雜質(zhì)濃度為補償后的雜質(zhì)濃度，即兩者之差。淺能級雜質(zhì)：雜質(zhì)能級位于半導體禁帶中靠近導帶底或價帶頂，即雜質(zhì)電離能很低的雜質(zhì)。淺能級雜質(zhì)對半導體的導電性質(zhì)有較大的影響。深能級雜質(zhì)：雜質(zhì)能級位于半導體禁帶中遠離導帶底（施主）或價帶頂（受主），即雜質(zhì)電離能很大的雜質(zhì)。深能級雜質(zhì)對半導體導電性質(zhì)影響較小，但對半導體中非平衡載流子的復合過程有重要作用。位于半導體禁帶中央能級附近的深能級雜質(zhì)是有效的復合中心。直接帶隙：半導體的導帶底和價帶頂位于k空間同一位置時稱為直接帶隙。直接帶隙材料中載流子躍遷幾率較大。間接帶隙：半導體的導帶底和價帶頂位于k空間不同位置時稱為間接帶隙。間接帶隙材料中載流子躍遷時需有聲子參與，躍遷幾率較小。平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài)：半導體處于熱平衡態(tài)時，載流子遵從平衡態(tài)分布，電子和空穴具有統(tǒng)一的費米能級。半導體處于外場中時為非平衡態(tài)，載流子分布函數(shù)偏離平衡態(tài)分布，電子和空穴不具有統(tǒng)一的費米能級，載流子濃度也比平衡時多出一部分，但可認為它們各自達到平衡，可引入準費米能級表示。電中性條件：半導體在任何情況下都維持體內(nèi)電中性，即單位體積內(nèi)正電荷數(shù)與負電荷數(shù)相等。非簡并半導體：半導體中載流子分布可由經(jīng)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。簡并半導體：半導體重摻雜時，其費米能級有可能進入到導帶或價帶中，此時載流子分布必須用費米分布描述，稱之為簡并半導體。簡并半導體有如下性質(zhì)：1）雜質(zhì)不能充分電離；2）雜質(zhì)能級擴展為雜質(zhì)能帶。如果雜質(zhì)能帶與導帶或價帶相連，則禁帶寬度將減小。本征半導體：本征半導體即純凈半導體，其載流子濃度隨溫度增加呈指數(shù)規(guī)律增加。雜質(zhì)半導體：在半導體中人為地，有控制地摻入少量的淺能級雜質(zhì)的半導體，可在較大溫度范圍內(nèi)保持半導體內(nèi)載流子濃度不隨溫度改變。即摻雜的主要作用是在較大溫度范圍維持半導體中載流濃度不變。多數(shù)載流子與少數(shù)載流子：多數(shù)載流子是在半導體輸運過程中起主要作用的載流子，如n-型半導體中的電子。而少數(shù)載流子在是在半導體輸運過程中起次要作用的載流子，如n-型半導體中的空穴。費米分布：費米分布是費米子（電子）在平衡態(tài)時的分布，其物理意義是在溫度T時，電子占據(jù)能量為E的狀態(tài)的幾率，或能量為E的狀態(tài)上的平均電子數(shù)。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)中電子所能具有的最高能量。漂移速度：載流子在外場作用下定向運動的平均速度，弱場下漂移速度大小正比于外場強度。遷移率：描述半導體中載流子在外場中運動難易程度的物理量，若外場不太強，載流子運動遵從歐姆定律時，遷移率與電場強度無關，為一常數(shù)。強場時，遷移率與外場有關。電導率：描述材料導電性質(zhì)的物理量。半導體中載流子遵從歐姆定律時，電流密度正比于電場強度，其比例系數(shù)即為電導率。電導率大小與載流子濃度，載流子的遷移率有關。從微觀機制看，電導率與載流子的散射過程有關。電阻率：電導率的倒數(shù)。本征半導體電阻率隨溫度上升而單調(diào)下降。同樣，電阻率與載流子的散射過程有關。金屬電阻率：隨溫度上升而上升。（晶格振動散射）散射幾率：載流子在單位時間內(nèi)被散射的次數(shù)。平均自由時間：載流子在兩次散射之間自由運動的平均時間。強場效應：電場強度較高時載流子的平均漂移速度與電場強度間的關系偏離線性關系的現(xiàn)象，此時遷移率不再是常數(shù)。電場強度繼續(xù)增加時，漂移速度不再隨外場增加而變化，達到飽和。熱載流子：半導體處于強場中時，電子的平均能量高于晶格平均能量，以溫度度量，則電子平均溫度高于晶格平均溫度，因此稱強場中電子為熱載流子。多能谷散射：半導體中有多個能量值接近的導帶底時，電子被散射到不同能谷的現(xiàn)象。負微分電導（電阻）：定義dJ/dE為微分電導，當半導體中電流密度隨電場增加而減小時，微分電導小于零，稱為負微分電導。耿氏振蕩：存在負微分電導的半導體在強場中電流出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象。由于載流子分布不均勻，在高阻區(qū)形成偶極疇，偶極疇不斷產(chǎn)生、長大、漂移和吸收的過程便產(chǎn)生微波振蕩。非平衡載流子：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。Δp=Δn非平衡載流子的注入與復合：非平衡載流子的產(chǎn)生過程稱為注入，非平衡載流子湮滅的過程稱為復合。準費米能級：半導體處于非平衡態(tài)時，導帶電子和價帶空穴不再有統(tǒng)一的費米能級，但可以認為它們各自達到平衡，相應的費米能級稱為電子和空穴的準費米能級。少子壽命：非平衡少數(shù)載流子在半導體中存在的平均時間。即產(chǎn)生非平衡載流子的因素去除后，非平衡載流子濃度衰減至初始時濃度的1/e倍所需的時間。直接復合：電子從導帶直接躍遷至價帶與空穴相遇而復合。間接復合：電子通過禁帶中的能級而躍遷至價帶與空穴相遇而復合。表面復合：發(fā)生在半導體表面處的復合。體內(nèi)復合：發(fā)生在半導體內(nèi)部的復合。輻射復合：電子從高能級躍遷至低能級與空穴復合時，多余的能量以輻射光子的形式釋放。無輻射復合：電子從高能級躍遷至低能級與空穴復合時，多余的能量以輻射聲子的形式釋放。俄歇復合：電子從高能級躍遷至低能級與空穴復合時，釋放的能量用于其它載流子由較低能態(tài)躍遷至較高能態(tài)。復合債中心城：對失間接金復合僻起促從進作吩用的幕深能純級雜斑質(zhì)。撫相應臉的雜段質(zhì)能勻級稱姓為復檔合中到心能爆級，補通常多位于耳半導趕體禁圓帶中慎央能襪級附導近。載流土子陷俘阱：寇對間施接復莫合起鍛阻礙宋作用盞的深逃能級衰雜質(zhì)獵。相膨應的淋雜質(zhì)際能級稼稱為雅陷阱越能級心。計算班問題能態(tài)占密度雜質(zhì)尸電離駐能費米偶能級載流月子濃秋度電阻鉤率電導謊率半導蹤蝶體能喇帶結抹構示第意圖分布乒函數(shù)著曲線能態(tài)旅密度排曲線準費法米能浙級作圖嶺問題典型蜘半導情體的婚能帶嗎結構半導侮體的歇能帶低結構-價帶輔為滿蘋帶，里價帶旨與緊裹鄰空歇帶間州禁帶撲寬度野較小雹；室竟溫下林即有有電子慶從價猾帶躍外升至蒼導帶培：Eg<2eV空帶（導帶）滿帶（價帶）T=0K。。。。。。。.........Eg<2eV導帶（近乎空帶）價帶（近乎滿帶）EcEvEvEcT>0KSi、Ge的能磚帶結進構（臨間接討帶隙勺）Ga望As的能寧帶結酬構（直患接帶涼隙）分布跡函數(shù)騙曲線E01f(E)T＝0能態(tài)柿密度來曲線0EN(E)半導突體平想衡時姥能帶淺結構揭：處于夢非平習衡態(tài)梁時半宿導體照的準津費米撿能級指：p型半導體EvEFEcEFEcEvn型半導體EFEcEvn型半導體EFnEFpp型半導體EvEFEcEFpEFn實驗凍規(guī)律費米天能級煌與雜江質(zhì)濃韻度和煤溫度悼的關醉系費米鴨能級束的位掙置與捷半導洪體的蝴導電侵類型母及電返子填里充能調(diào)級水貓平的目關系雜質(zhì)宵半導胡體中世載流刷子濃妨度與制溫度京的關騎系雜質(zhì)導半導裙體中拖載流仗子濃她度與咬雜質(zhì)按濃度師的關泥系載流基子的伸遷移更率與嫩雜質(zhì)躲濃度逝和溫墨度的民關系半導身體的吸電阻刑率與綢溫度暖的關攏系半導纖體中鞋非平綢衡載勉流子諸的運窩