半导体物理(背诵).docx

第一章
共价键: 由同种晶体组成的元素半导体 ,其原子间无负电性差,它们通过共用一对自旋相反而配对的价电子结合在一起
共价键的特点：饱和性、方向性。

电子共有化运动：由于相邻原子的“相似”电子壳层发生交叠，电子不再局限在某一个原子上而在整个晶体中的相似壳层间运动，引起相应的共有化运动。

定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用，使能级分裂形成能带。
定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中运动，其能量不连续形成能带。
能带 包括允带和禁带。
允带：允许电子能量存在的能量范围。
禁带：不允许电子存在的能量范围。
允带 又分为空带、满带、导带、价带。
空带：不被电子占据的允带。
满带：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：电子未占满的允带（有部分电子。）
价带:被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。

共价键理论主要有三点：
晶体的化学键是共价键，如 Si，Ge。
共价键上的电子处于束缚态，不能参与导电。
处于束缚态的价电子从外界得到能量，有可能挣脱束缚成为自由电子，参与导电。

能带理论与共价键理论的对应关系
能带理论 共价键理论
价带中电子 共价键上的电子
导带中电子 挣脱共价键的电子（变为自由电子）
禁带宽度 键上电子挣脱键束缚所需的能量
定量理论 定性理论

本征激发：共价键上的电子激发成为准自由电子，亦即价带电子吸收能量被激发到导带成为导带电子的过程，称为本征激发。

有效质量
自由电子只受外力作用；半导体中的电子不仅受到外力的作用，同时还受半导体 内部势场的作用
意义：有效质量概括了半导体内部势场的作用，使得研究半导体中电子的运动规律时更为简便（有效质量可由试验测定）

空穴：将价带电子的导电作用等效为正电荷的准粒子的导电作用

第二章
施主杂质（n型杂质）：杂质电离后能够施放电子而产生自由电子并形成正电中心的杂质
施主能级：施主电子被施主杂质束缚时的能量对应的能级称为施主能级。对于电离能小的施主杂质的施主能级位于禁带中导带底以下较小的距离。
施主杂质电离能：杂质价电子挣脱杂质原子的束缚成为自由电子所需要的能量

受主杂质：能够向（晶体）半导体提供空穴并形成负电中心的杂质
受主能级：空穴被受主杂质束缚时的能量状态对应的能级
受主杂质电离能：空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需的能量。

杂质补偿：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们底共同作用会使载流子减少，这种作用称为杂质补偿。在制造半导体器件底过程中，通过采用杂质补偿底方法来改变半导体某个区域底导电类型或电阻率。

点缺陷：是发生在一个原子尺度范围内的缺陷。如，空位、填隙原子、杂质原子等等。其中空位和填隙原子的产生主要是因为热起伏而引起的，因此它们又常称为热缺陷。

位错：是发生在晶体内部一条线附近的晶格周期性的破坏。

深能级杂质：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。
深能级杂质有三个基本特点：一是不容易电离，对载流子浓度影响不大；二是一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。三是能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低（在第五章详细讨论）。四是深能级杂质电离后以为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减少，导电性能下降。

第三章
状态密度：能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数

费米能级

费米分布函数的意义：它表示能量为E的量子态被一个电子占据的几率，它是描写热平衡状态下电子在允许的量子态上如何分布的一个统计分布函数；费米分布函数还给出空穴占据各能级的几率 ，一个能级要么被电子占据，否则就是空的，即被空穴占据

导带中电子浓度 价带中的空穴浓度

半导体材料制成的器件都有一定的极限工作温度，这个工作温度受本征载流子浓度制约：一般半导体器件中，载流子主要来源于杂质电离，而将本征激发忽略不计。在本征载流子浓度没有超过杂质电离所提供的载流子浓度的温度范围，如果杂质全部电离，载流子浓度是一定的，器件就能稳定工作。但是随着温度的升高，本征载流子浓度迅速地增加。例如在室温附近，纯硅的温度每升高8K左右，本征载流子的浓度就增加约一倍。而纯锗的温度每升高12K左右，本征载流子的浓度就增加约一倍。当温度足够高时，本征激发占主要地位，器件将不能正常工作。因此，每一种半导体材料制成的器件都有一定的极限工作温度，超过这一温度后，器件就失效了。

本征载流子浓度与温度和禁带宽度有关。温度升高时，本征载流子浓度迅速增加；不同的半导体材料，在同一温度下，禁带宽度越大，本征载流子浓度越大。

电中性条件：就是电中性的半导体，其负电数与正电荷相等。因为电子带负电，空穴带正电，所以对本征半导体，电中性条件是导带中的电子浓度应等于价带中的空穴浓度，
即n0＝p0，由此式可导出费米能级。

第四章
欧姆定律 电导率 σ＝1/ρ

微分形式

漂移运动：当外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用而沿电场的反方向作定向运动（定向运动的速度称为漂移速度）

载流子散射：载流子在半导体中运动时，因受到各种粒子或准粒子（例如，杂质原子、声子——晶体原子热振动的能量量子等）的“碰撞”，而不断改变运动速度大小和方向的现象。

第五章
非平衡载流子逐渐消失这一过程称为非平衡载流子的复合。单位时间单位体积内净复合消失的电子－空穴对数称为非平衡载流子的净复合率。类似有：单位时间单位体积内复合消失的电子－空穴对数称为非平衡载流子的复合率；单位时间单位体积内产生的电子－空穴对数称为非平衡载流子的产生率。

准费米能级：当半导体的热平衡状态被打破时，新的热平衡状态可通过热跃迁实现，但导带和价带间的热跃迁较稀少，导带和价带各自处于平衡态，因此存在导带费米能级和价带费米能级，称其为“准费米能级”

陷阱效应：当半导体处于非平衡态时，杂质能级具有积累非平衡载流子的作用，即具有一定的陷阱效应

扩散：粒子从高浓度向低浓度区域运动
产生原因：浓度分布不均匀

爱因斯坦关系式

非平衡载流子的寿命：非平衡载流子平均生存的时间。由于在半导体材料及各种半导体器件（包括半导体集成电路）中，相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子起着十分重要的作用，因而非平衡载流子寿命常称为少数载流子寿命，简称为少子寿命或寿命。非平衡载流子在复合过程中按指数规律衰减，寿命标志着非平衡载流子浓度减小到原值的1/e所经历的时间。寿命越短、衰减越快。

第六章
Pn结形成：p型半导体和n型半导体结合在一起，在交界面处其杂质分布不均匀，形成 pn 结。
典型制造过程：合金法 、扩散法

理想pn结条件：
小注入条件－注入的少子浓度比平衡多子浓度小得多
突变耗尽层条件－注入的少子在p区和n区是纯扩散运动
通过耗尽层的电子和空穴电流为常量－不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用
玻耳兹曼边界条件－在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分布

第七章
金属功函数的定义: 真空中静止电子的能量 E0 与 金属的 EF 能量之差，即
半导体功函数的定义: 真空中静止电子的能量 E0 与 半导体的 EF 能量之差，即

接触电势差：金属和半导体接触而产生的电势差 Vms.

肖特基势垒二极管与二极管的比较
相同点：单向导电性
不同点
1.正向导通时，pn结正向电流由少数载流子的扩散运动形成，而肖特基势垒二极管的正向电流由半导体的多数载流子发生漂移运动直接进入金属形成，因此后者比前者具有更好的高频特性
2.肖特基势垒二极管的势垒区只存在于半导体一侧
3.肖特基势垒二极管具有较低的导通电压，一般为0.3V，pn结一般为0.7V

少数载流子的注入：在金属和n型半导体的整流接触上加正电压时，就有空穴从金属流向半导体。这种现象称为少数载流子的注入。

欧姆接触：是指这样的接触它不产生明显的附近阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。

第八章
MIS结构
理想情况
金属与半导体间功函数差为零
绝缘层内没有任何电荷且绝缘层完全不导电
绝缘体与半导体界面处不存在任何界面态

第九章
异质结是指不同物质之间的界面（结），而半导体异质结构专指不同单晶半导体之间的晶体界面。从能带论的角度来看，异质结指不同禁带宽度的半导体界面 。

特点：1、在异质结晶体管中用宽带一侧做发射极会得到很高的注入比，因而可获得较高的放大倍数。
2、如果在异质结中两种材料的过渡是渐变的，则禁带宽度的渐变就相当于存在着一个等效的电场，使载流子的渡越时间减小，器件的响应速度增加。
3、禁带宽度的渐变也能使作用在电子和空穴上的力的方向相反，因而能分别控制电子和空穴的运动。
4、同型异质结是一种多数载流子器件，速度比少子器件高，更适合做成高速开关器件。

第十章
光生伏特效应：用适当波长的光照射非均匀半导体，例如P-N结和金属-半导体接触等，由于势垒区中内建电场（也称为自建电场）的作用，电子和空穴被分开，产生光生电流或者光生电压。这种由内建电场引起的光-电效应，称为光生伏特效应。

产生激光的条件和过程
激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成。
利用泵浦源能量将工作物质中的粒子从低能态激发到高能态，使处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数，构成粒于数的反转分布，这是产生激光的必要条件。
当高能态粒子从高能态跃迁到低能态而产生辐射后，它通过受激原子时会感应出同相位同频率的辐射，这些辐射波沿由两平面构成的谐振腔来回传播时激发出更多的辐射，从而使辐射能量放大。
受激和经过放大的辐射通过部分透射的平面镜输出到腔外，产生激光。
激光具有空间的及时间的相干性

第十二章

热磁效应
1.爱廷豪森效应

10 / 10