半导体物理(微电子器件基础 )知识点总结

1、第一章能带论：单电子近似法研究晶体中电子状态的理论金刚石结构：两个面心立方按体对角线平移四分之一闪锌矿纤锌矿：两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成（001）面ABAB顺序堆积禁带宽度：导带底与价带顶之间的距离脱离共价键所需最低能量本征激发：价带电子激发成倒带电子的过程有效质量（意义）：概括了半导体内的势场作用，使解决半导体内电子在外力作用下运动规律时，可以不涉及半导体内部势场作用空穴：价带中空着的状态看成是带正电的粒子准连续能级：由于N很大，每个能带的能级基本上可以看成是连续的重空穴带：有效质量较大的空穴组成的价带窄禁带半导体：原子序数较高的化合物导带：电子部分占满的能带，电子可以吸收

2、能量跃迁到未被占据的能级价带：被价电子占满的满带满带：电子占满能级半导体合金：IV族元素任意比例熔合能谷：导带极小值本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体应变半导体：经过赝晶生长生成的半导体赝晶生长：晶格失配通过合金层的应变得到补偿或调节，获得无界面失配位错的合金层的生长模式直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置允带：允许电子能量存在的能量范围.同质多象体：一种物质能以两种或两种以上不同的晶体结构存在的现象-Vr.第二章替位杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。间隙杂质：杂质原子

3、位于晶格的间隙位置。杂质浓度：单位体积中的杂质原子数。施主（N型）杂质：释放束缚电子，并成为不可动正电荷中心的杂质。受主（P型）杂质：释放束缚空穴，并成为不可动负电荷中心的杂质。杂质电离：束缚电子被释放的过程（N）、束缚空穴被释放的过程（P）。杂质束缚态：杂质未电离时的中性状态。杂质电离能：杂质电离所需的最小能量：浅能级杂质：施（受）主能级很接近导（价）带底（顶）。深能级杂质：施（受）主能级远离导（价）带底（顶）。杂质补偿：当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的互相抵消作用。多能级杂质：杂质多次电离，每次电离相应一个能级，称为多能级杂质。双性杂质：同种杂质在同一半导体

4、晶格位置上，既可释放电子呈施主性，又可接受电子呈受主性。位错：晶体沿某条线原子排列偏离周期排列，包括刃位错和螺位错。等电子杂质：杂质原子替代同族原子。等电子陷阱：等电子杂质形成的带电中心。第三章状态密度:就是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。费米分布：在热平衡状态下，电子按能量大小具有一定的统计分布规律，能量为EE的一个量子态被一个电子占据时的概率满足公式f（E）ek0T费米能级：Ef为一个类似于积分常数的一个待定常数，称为费米能级,Ef是系统的化学势。波尔兹曼分布：若E-Efk0T时，导带电子统计分布从服从费米分布退化为服从玻耳兹曼分布，一个量子态被一个电子占据时的概率满足公式（自己

5、填上）。杂质电离度：已电离的杂质分子占总的杂质分子的百分比。少子、少子浓度：如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它为少子。多子浓度是指多子占总的载流子数的百分。多子、多子浓度：半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称它为多子。多子浓度是指少子占总的载流子数的百分。热平衡半导体：是指半导体的电子系统有统一的费米能级，电子和空穴的激发与复合达到了动态np热平衡判据：0，药家度是恒定的0i，载流子的数量与能量都是平衡的。非简并半导体：载流子遵从经典的波尔兹曼统计分布的半导体就是非简并半导体饱和区（强电离区）：当温度升高至大部分杂质都可以电离时称为强电离，满足这

6、个条件的温度区间称为强电离区。简并半导体：发生载流子简并化，载流子遵从费米统计分布的半导体就是简并半导体强简并：载流子冻析效应：温度低于100K时，施主杂质只有部分电离，尚有部分载流子被冻析在杂质能级上，对导电没有贡献，这种现象叫做低温载流子的冻析效应。杂质能带：由许多杂质原子靠近、电子轨道相互重叠并成键后即组成晶体，则其中的电子状态即由原子中的能级状态转变为能带状态，即杂质能级展宽为杂质能带。禁带宽度变窄：当参杂浓度大于3*10八18每立方厘米时，载流子的冻析效应不再明显，杂质的电离能为0,电离率迅速上升至1,。使得禁带宽度由Eg减小为Eg，所以重掺杂时禁带宽度变窄，称为禁带变窄效应。带尾：

7、杂质能带进入了导带或者价带，并与导带或者价带相连，形成了新的简并能带，使得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。导带电子浓度：半导体导带中单位体积内电子的数量。价带空穴浓度：半导体价带中单位体积内空穴的数量。本征载流子浓度：是指本征半导体材料中自由电子和自由空穴的平衡浓度载流子、载流子浓度：载流子是指在半导体中运载电流的带电粒子一一电子和空穴，又称自由载流子。载流子浓度指单位体积的载流子数目第四章载流子漂移运动：电子在电场力下的运动散射：载流子在运动过程中与晶格原子或电离的杂质离子的碰撞散射几率：载流子在单位时间内被散射的次数电离杂质散射：载流子运动到电离杂质附近受到

8、库仑势场的作用。载流子的迁移率：平均速度与电场强度的比值载流子的平均自由时间：连续两次散射间自由运动的平均时间载流子的平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程长纵声学波散射：长纵声学波原子疏密的变化形成附近势场引起散射长纵光学波散射：长纵光学波形成极性光学波散射和光学波形变势散射。等能谷散射：载流子分布相同的能谷称为等同能谷，在这些等能谷中，电子可以从一个极值散射到附近的极值上称为等能谷散射。负微分电导:定义dJ/dE为微分电导，当半导体中电流密度随电场的增加而减小时，微分电导小于零，称为负微分电导。耿氏震荡:存在负微分电导的半导体在强场中电流出现震荡现象。由于载流子分布不均匀，在高阻区形

9、成偶极畴，偶极畴不断产生，长大，漂移和吸收的过程便产生微波震荡。第五章小注入:非平衡载流子浓度比平衡多子浓度低得多,比平衡少子浓度高得多。光注入:用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法。少子寿命（寿命:非平衡载流子的平均生存时间。复合中心:促进复合过程的杂志和缺陷。复合:导带电子跃迁到价带，使电子-空穴对消失的过程。直接复合:导带电子直接跃迁到价带与空穴复合间接复合:导带电子和价带空穴通过复合中心复合表面复合:半导体表面复合。俄歇复合:非平衡载流子从高能级向低能级跃迁复合过程中释放的能量使导带（或价带）中另一个载流子激发到更高能级，或使另一个载流子发射到半导体外。准费米能级:注入作用下，导

10、带电子、价带空穴在极短时间各自达到平衡，但导带电子与价带空穴不平衡，半导体没有统一费米能级，处于非平衡态。这种非平衡态用电子准费米能级，空穴准费米能级描述稳态:注入不随时间变化。最有效复合中心：当EtEi（禁带中央附近的深能级杂质），净复合率最大，称为最有效复合中心。陷阱:具有显著陷阱效应的杂质或缺陷称为有效陷阱。扩散流密度:载流子扩散方向上，单位时间内通过单位面积的载流子数。三种复合的区别:直接复合是辐射复合，所确定的寿命是半导体材料能获得的最大寿命（本征寿命），在窄直接带隙半导体、本征半导体中占支配地位；间接复合是辐射复合，不仅需要发射光子释放复合能量，还要吸收或发射一个适当的声子满足晶体

11、动量守恒，在间接带隙半导体复合中占支配地位；俄歇复合是无辐射复合，是三粒子过程，在窄禁带半导体、较高温度工作的半导体、大注入半导体中占支配地位；第六章：突变结：在交界面处，杂质浓度由N（p型）突变为N（n型），具有这种杂质分布的pn结。AD单边突变结：两边的杂质浓度相差很多。线性缓变结：杂质分布可以用x=x处的切线近似表示的pn结。j耗尽层近似：空间电荷密度就等于电离杂质密度。势垒电容：pn结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的“存入”和“取出”作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这种电容效应。扩散电容：由于扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。雪崩击穿：当反向

12、偏压很大时，载流子获得了很大的动能，能够把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴，如此下去的连锁反应成为载流子的倍增效应，由此大量载流子迅速增大了反向电流，从而发生pn结击穿。隧道击穿：pn结加反向偏压，势垒区能带发生倾斜，使n区导带底比p区价带顶还低，使p区价带中大量的电子隧道穿过势垒到达n区导带中去，使反向电流急剧增大。热击穿:流过pn结的反向电流要引起热损耗，对应于一定的反向电流所消耗的功率也增大，产生大量的热能。隧道结：由重掺杂的p区和n区形成的pn结通常称为隧道结。小注入下，载流子在五个区运动情况分析：1正向偏压：注入电子在中性P区与势垒区交界处堆积，浓度比P区内部高，

13、产生流向P区内部的电子扩散流。非平衡电子扩散过程中与P区空穴复合，经过几个扩散长度后，全部复合。注入空穴在中性N区与势垒区交界处堆积，浓度比N区内部高，产生流向N区内部的空穴扩散流。非平衡空穴扩散过程中与N区电子复合，经过几个扩散长度后，全部复合。反向偏压：势垒区电场强度增加，空间电荷增加，势垒区边界向中性区移动。势垒区与中性N区交界处空穴被势垒区强电场驱向P区，势垒区与中性N区交界处电子被驱向P区（少子抽取）。中性P区、中性N区少子与之形成浓度梯度，不断补充被抽取的载流子，构成反向扩散电流。由于少子浓度低，浓度梯度小，反向电流小。反向偏压较大时，势垒区交界处少子浓度近似为零，少子浓度梯度不随

14、外加偏压变化，反向扩散电流不随反向电压变化（饱和）。第七章：半导体功函数：半导体中能量等于费米能级的电子逸出到真空所需最小能量。电子亲和能：使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。接触电势差：当金属和半导体接触时，电子从功函数较小材料逸出到功函数较大材料，接触面附近产生阻止电子继续转移的接触电势差。表面态：原子周期排列在表面中断，表面存在未饱和共价键（悬挂键），对应的电子量子态（表面态）和表面能级定域在表面。电子占据时为电中性、无电子时带正电的表面态为施主型表面态。无电子时为电中性，有电子时带负电的表面态为受主型表面态。扩散理论：1、表面空间电荷区宽度远大于载流子平均自由程；2、表面空间

15、电荷内载流子全部耗尽；3、均匀掺杂非简并半导体；4、表面势垒高度远大于k0T热电子发射理论近似：1、阻挡层宽度远小于载流子平均自由程；2、半导体进入金属的电子只占半导体总电子很小一部分，半导体内电子浓度与电流密度无关；3、金属中能量高于势垒顶的电子都能到达半导体；4、平衡势垒高度肖特基二极管的特点：1、正向电流由半导体多子注入金属形成，注入电子在金属中不积累，直接漂移流走，高频特性好；2、正向导通电压0.3V左右，比PN结二极管低；3、制作工艺简单；4、制作MS结构后，不能有高于金属-半导体合金温度的工艺；形成金属与半导体欧姆接触：在实际生产中主要是利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触。选

16、WmWs的金属与重掺杂n型半导体或WmWs的金属与重掺杂p型半导体接触。表面最外层格点原子有一个未配对电子，称为未饱和键或悬挂键。被局限在表面附近的这些电子状态被称为表面态，对应的能级称为表面能级。理想表面就是指表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同，且表面上不附着任何原子或分子的半无限晶体表面。MIS结构：由中间以绝缘层隔开的金属板和半导体衬底组成。理想情况：1.金属与半导体功函数差为零；2.绝缘层内没有电荷（完全不导电）；3.绝缘层半导体界面不存在界面态。当在金属和半导体之间加电压后，在半导体中，电荷必须分布在一定厚度的表面层内，这个带电的表面层称做空间电荷区。xExO,强反型正电压使表面处费米能级高于禁带中央能级一倍费米势，表面电子浓度等于或超过半导体内空穴浓度，形成与衬底导电类型相反的反型层。反型层和P型衬底形成感应PN结，表面受主离子空间宽度达到最大。D、络0,表面本征正向电压增加