半导体物理期末总结

载流子:晶体中荷载电流(或传导电流）的粒子，如电子和空穴。

空穴：在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自

由电子,同时共价键上留下的空位。（价带中不被电子占据的空状态,价带顶附近空穴有效质

量>0）

杂质的补偿作用:受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到N受主能级后,

A

施主能级上还有N-N个电子，在杂质全部电离的条件下，它们跃迁到导带中成为导电电子，

D

A

这时,n=N—N≈N，半导体是n型的；同理p型。

D

A

D

等电子陷阱：与基质晶体原子具有同数量价电子的杂质原子，它们替代了格点上的同族原子

后，基本上仍是电中性的。由于原子序数不同，这些原子的共价半径和电负性有差别,因而

它们能俘获某种载流子而成为带电中心。

本征半导体：晶体具有完整的（完美的）晶格结构,无任何杂质和缺陷。

有效质量（物理意义？）:电子受到外力+原子核势场和其它电子势场力，引入有效质量可以

把加速度和外力直接联系。根据势场的作用由有效质量反映，m*的正负反应了晶体内部

n

势场的作用。

分布函数:能量为E的一量子态被一个电子占据概率为

杂质电离：当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子

;当电子从价带激发到受主

能级时产生价带空穴等.

费米能级的意义：当它和温度T、半导体材料的导电类型n、p，杂质的含量以及能量零点

选取有关。E是一个很重要的物理参数，只要知道E数值，在特定T下，电子在各量子态

F

F

上的统计分布就完全确定.统计理论表明，热力学上费米能级E是系统的化学势.费米能级位

F

置直观地标志了电子占据量子态情况。固体物理中处于基态的单个Fermi粒子所具有的最大

能量—Fermi粒子所占据的最高能级的能量.费米能级标志了电子填充能级的水平。对一系统

而言,E位置较高，有较多的能量较高的量子态上有电子。

F

杂质散射和格波散射：（1）杂质电离后是一个带电离子，施主电离后带正电，受主电离后带

负电。在电离施主或受主周围形成一个库仑势场，局部地破坏周期性势场，是使载流子散射

的附加势场。（2）Ｔ定，晶格中原子都各自在其平衡位置附近作微振动.晶格中原子的振

动都是由若干不同的基波—格波按照波的叠加原理组合而成，声学波声子往往起着交换动量

的作用,光学波交换能量。非弹性散射，主要是长波。

复合中心和陷阱中心：(1)对于有效复合中心,r≈r，电子陷阱:r>r;空穴陷阱：r>r（2）复

n

p

n

p

p

n

合中心和电子陷阱中电子的运动途径不同.复合中心的电子直接落入价带与空穴复合；电子

陷阱中的电子要和空穴复合,它必须重新激发到导带，再通过有效复合中心完成和空穴的复

合。（3）位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心对于电子陷阱：E以上的能级，越

F

接近E，陷阱效应越显著。杂质能级最利于陷阱作用的形成。

F

电阻率与温度的关系:

AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供,它随温度升高而增加;散射

主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以,电阻率随温度升高而下降。BC段：

温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格

振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低,所以，电阻率随温度升高而增大(1分).C

段:温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻的影

响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。

PN结的整流特性：单向导电性.肖克莱方程：

表面态:电子被局域在表面附近，这样的电子状态称为表面态。每个表面原子对应禁带中一

个表面能级，这些能级组成表面能带。（还要会算)

MIS结构的电场特性，四种状态：

热平衡下，费米能级应保持定值.随着向表面接近，价带顶逐渐移近甚至高过费米能级，价

带中空穴浓度随之增加。表面层出现空穴堆积而带正电荷。越接近表面空穴浓度越高，堆积

的空穴分布在最靠近表面的薄层内。

越近表面，费米能级离价带顶越远，价带中空穴浓度随之降低.表面处空穴浓度比体内低得

多，表面层的负电荷基本上等于电离受主杂质浓度.表面层的这种状态称做耗尽。

表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来半导体衬底导电类型（空穴）相反的层--—反

型层。

施主杂质，受主杂质（举例）：(1）施主杂质电离过程:As有5个价电子，其中的四个价电子

与周围的四个Ge原子形成共价键,还剩余一个电子,同时As原子所在处也多余一个正电荷，

称为正离子中心，所以,一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个

多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，

成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心.

（2）受主杂质电离过程:Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键,还缺少一个

电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成

一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子,其效果是形成一个负电中心和一个

空穴，空穴束缚在Ga原子附近,但这种束缚很弱,很小的能量就可使空穴摆脱束缚,成为在晶

格中自由运动的导电空穴,而Ga原子形成一个不能移动的负电中心.

迁移率：表示单位场强度下电子的平均漂移速度，表征半导体电迁移能力的重要参数。

功函数(计算）:真空电子能级与半导体的费米能级之差称为半导体功函数。影响功函数的因

素是掺杂浓度、温度和半导体的电子亲和势。

空间电荷区：pn结形成过程中，多数载流子的相互扩散使达到平衡后(1分）,在pn结附近p

区一侧出现了由电离受主构成的一个负电荷区（1分），在n区出现由电离施主构成的正电

荷区，称为空间电荷(1分）。他们存在的区域称为空间电荷区(1分).

理想半导体:(1)原子在格点上固定。(2)杂质不存在(工艺流程中引入；人为掺杂；温度的影响

等。（3)无缺陷（点缺陷；线缺陷；面缺陷）

扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离,材料的扩散系数有标准数据,扩散长度测量是

测量寿命方法之一.

直接复合、间接复合：（1)电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合

②电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。

PN结的导通：PN结正偏，势垒区变窄,内建电场减弱，多子扩散大于少子漂移,多子扩散形

成较大的正向电流I，PN结导通。

电导率和迁移率的关系：

PN结的势垒高度和宽度:平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差V称为接触电势差或内建

D

电势差。相应的电子电势能之差qV称为pn结的势垒高度.

D

非平衡载流子寿命及意义：非平衡载流子的平均生存时间，(1/τ:单位时间内非平衡载流子

的复合概率)，寿命标志非平衡载流子浓度减小到原值1/e经历的时间。

！！！

准费米能级：当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态时，就不再存在统一的

费米能级。引入准费米能级，非平衡状态下的载流子浓度用与平衡载流子浓度类似公式表达.

欧姆定律微分形式：

电子浓度和温度关系图的分析P74：

能带产生的原因（允带、禁带、空带、满带、导带和价带）：

杂质半导体载流子浓度与温度的关系：

电中