半导体物理学期末复习

半导体物理学期末复习张晋敏zjmgz@163.com基本概念有效质量：载流子在晶体中的表观质量，它体现了周期场对电子运动的影响。其物理意义：1）有效质量的大小仍然是惯性大小的量度；2）有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递，因此可正可负。空穴：是一种准粒子，代表半导体近满带（价带）中的少量空态，相当于具有正的电子电荷和正的有效质量的粒子，描述了近满带中大量电子的运动行为。回旋共振：半导体中的电子在恒定磁场中受洛仑兹力作用将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电子的回旋频率时，发生强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。施主：在半导体中起施予电子作用的杂质。受主：在半导体中起接受电子作用的杂质。杂质电离能：使中性施主杂质束缚的电子电离或使中性受主杂质束缚的空穴电离所需要的能量。n-型半导体：以电子为主要载流子的半导体。p-型半导体：以空穴为主要载流子的半导体。杂质补偿：在半导体中同时存在施主和受主杂质时，存在杂质补偿现象，即施主杂质束缚的电子优先填充受主能级，实际的有效杂质浓度为补偿后的杂质浓度，即两者之差。浅能级杂质：杂质能级位于半导体禁带中靠近导带底或价带顶，即杂质电离能很低的杂质。浅能级杂质对半导体的导电性质有较大的影响。深能级杂质：杂质能级位于半导体禁带中远离导带底（施主）或价带顶（受主），即杂质电离能很大的杂质。深能级杂质对半导体导电性质影响较小，但对半导体中非平衡载流子的复合过程有重要作用。位于半导体禁带中央能级附近的深能级杂质是有效的复合中心。直接带隙：半导体的导带底和价带顶位于k空间同一位置时称为直接带隙。直接带隙材料中载流子跃迁几率较大。间接带隙：半导体的导带底和价带顶位于k空间不同位置时称为间接带隙。间接带隙材料中载流子跃迁时需有声子参与，跃迁几率较小。平衡状态与非平衡状态：半导体处于热平衡态时，载流子遵从平衡态分布，电子和空穴具有统一的费米能级。半导体处于外场中时为非平衡态，载流子分布函数偏离平衡态分布，电子和空穴不具有统一的费米能级，载流子浓度也比平衡时多出一部分，但可认为它们各自达到平衡，可引入准费米能级表示。电中性条件：半导体在任何情况下都维持体内电中性，即单位体积内正电荷数与负电荷数相等。非简并半导体：半导体中载流子分布可由经典的玻尔兹曼分布代替费米分布描述时，称之为非简并半导体。简并半导体：半导体重掺杂时，其费米能级有可能进入到导带或价带中，此时载流子分布必须用费米分布描述，称之为简并半导体。简并半导体有如下性质：1）杂质不能充分电离；2）杂质能级扩展为杂质能带。如果杂质能带与导带或价带相连，则禁带宽度将减小。本征半导体：本征半导体即纯净半导体，其载流子浓度随温度增加呈指数规律增加。杂质半导体：在半导体中人为地，有控制地掺入少量的浅能级杂质的半导体，可在较大温度范围内保持半导体内载流子浓度不随温度改变。即掺杂的主要作用是在较大温度范围维持半导体中载流浓度不变。多数载流子与少数载流子：多数载流子是在半导体输运过程中起主要作用的载流子，如n-型半导体中的电子。而少数载流子在是在半导体输运过程中起次要作用的载流子，如n-型半导体中的空穴。费米分布：费米分布是费米子（电子）在平衡态时的分布，其物理意义是在温度T时，电子占据能量为E的状态的几率，或能量为E的状态上的平均电子数。费米能级：费米能级是T=0K时电子系统中电子占据态和未占据态的分界线，是T=0K时系统中电子所能具有的最高能量。漂移速度：载流子在外场作用下定向运动的平均速度，弱场下漂移速度大小正比于外场强度。迁移率：描述半导体中载流子在外场中运动难易程度的物理量，若外场不太强，载流子运动遵从欧姆定律时，迁移率与电场强度无关，为一常数。强场时，迁移率与外场有关。电导率：描述材料导电性质的物理量。半导体中载流子遵从欧姆定律时，电流密度正比于电场强度，其比例系数即为电导率。电导率大小与载流子浓度，载流子的迁移率有关。从微观机制看，电导率与载流子的散射过程有关。电阻率：电导率的倒数。本征半导体电阻率随温度上升而单调下降。同样，电阻率与载流子的散射过程有关。金属电阻率：随温度上升而上升。（晶格振动散射）散射几率：载流子在单位时间内被散射的次数。平均自由时间：载流子在两次散射之间自由运动的平均时间。强场效应：电场强度较高时载流子的平均漂移速度与电场强度间的关系偏离线性关系的现象，此时迁移率不再是常数。电场强度继续增加时，漂移速度不再随外场增加而变化，达到饱和。热载流子：半导体处于强场中时，电子的平均能量高于晶格平均能量，以温度度量，则电子平均温度高于晶格平均温度，因此称强场中电子为热载流子。多能谷散射：半导体中有多个能量值接近的导带底时，电子被散射到不同能谷的现象。负微分电导（电阻）：定义dJ/dE为微分电导，当半导体中电流密度随电场增加而减小时，微分电导小于零，称为负微分电导。耿氏振荡：存在负微分电导的半导体在强场中电流出现振荡的现象。由于载流子分布不均匀，在高阻区形成偶极畴，偶极畴不断产生、长大、漂移和吸收的过程便产生微波振荡。非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，比平衡态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子。Δp=Δn非平衡载流子的注入与复合：非平衡载流子的产生过程称为注入，非平衡载流子湮灭的过程称为复合。准费米能级：半导体处于非平衡态时，导带电子和价带空穴不再有统一的费米能级，但可以认为它们各自达到平衡，相应的费米能级称为电子和空穴的准费米能级。少子寿命：非平衡少数载流子在半导体中存在的平均时间。即产生非平衡载流子的因素去除后，非平衡载流子浓度衰减至初始时浓度的1/e倍所需的时间。直接复合：电子从导带直接跃迁至价带与空穴相遇而复合。间接复合：电子通过禁带中的能级而跃迁至价带与空穴相遇而复合。表面复合：发生在半导体表面处的复合。体内复合：发生在半导体内部的复合。辐射复合：电子从高能级跃迁至低能级与空穴复合时，多余的能量以辐射光子的形式释放。无辐射复合：电子从高能级跃迁至低能级与空穴复合时，多余的能量以辐射声子的形式释放。俄歇复合：电子从高能级跃迁至低能级与空穴复合时，释放的能量用于其它载流子由较低能态跃迁至较高能态。复合债中心城：对失间接金复合僻起促从进作吩用的幕深能纯级杂斑质。抚相应脸的杂段质能匀级称姓为复档合中到心能爆级，补通常多位于耳半导赶体禁圆带中慎央能袜级附导近。载流土子陷俘阱：寇对间施接复莫合起锻阻碍宋作用盏的深逃能级衰杂质猎。相膨应的淋杂质际能级稼称为雅陷阱越能级心。计算班问题能态占密度杂质尸电离驻能费米偶能级载流月子浓秋度电阻钩率电导谎率半导踪蝶体能喇带结抹构示第意图分布乒函数着曲线能态旅密度排曲线准费法米能浙级作图岭问题典型蜘半导情体的婚能带吗结构半导侮体的歇能带低结构-价带辅为满苹带，里价带旨与紧裹邻空歇带间州禁带扑宽度野较小雹；室竟温下林即有有电子庆从价猾带跃外升至苍导带培：Eg<2eV空带（导带）满带（价带）T=0K。。。。。。。.........Eg<2eV导带（近乎空带）价带（近乎满带）EcEvEvEcT>0KSi、Ge的能砖带结进构（临间接讨带隙勺）Ga望As的能宁带结酬构（直患接带凉隙）分布迹函数骗曲线E01f(E)T＝0能态柿密度来曲线0EN(E)半导突体平想衡时姥能带浅结构揭：处于梦非平习衡态梁时半宿导体照的准津费米捡能级指：p型半导体EvEFEcEFEcEvn型半导体EFEcEvn型半导体EFnEFpp型半导体EvEFEcEFpEFn实验冻规律费米天能级煌与杂江质浓韵度和煤温度悼的关醉系费米鸭能级束的位挣置与捷半导洪体的蝴导电侵类型母及电返子填里充能调级水猫平的目关系杂质宵半导胡体中世载流刷子浓妨度与制温度京的关骑系杂质导半导裙体中拖载流仗子浓她度与咬杂质按浓度师的关泥系载流基子的伸迁移更率与嫩杂质躲浓度逝和温墨度的民关系半导身体的吸电阻刑率与绸温度暖的关拢系半导纤体中鞋非平绸衡载勉流子诸的运窝