半导体物理名词解释

精品文档精品文档PAGEPAGE14精品文档PAGE迁移率参照：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反应了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的观点和参数之一。迁移率的表达式为：qm*可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。影响迁移率的主要因素有能带构造（载流子有效质量）、温度和各样散射机构。neupeunp2.剩余载流子参照答案：在非平衡状态下，载流子的散布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分，称为剩余载流子。非平衡剩余载流子浓度：nnn0,ppp0，且知足电中性条件：np。能够产生剩余载流子的外界影响包括光照（光注入）、外加电压（电注入）等。关于注入情形，经过光照或外加电压（如碰撞电离）产生剩余载流子：npni2，关于抽取情形，经过外加电压使得载流子浓度减小：npni2。3.n型半导体、p型半导体N型半导体：也称为电子型半导体.N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷）,使之取代晶格中硅原子的地点,就形成了N型半导体.在N型半导体中,自由电子为多子,空穴为少子,主要靠自由电子导电.自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（自由电子）的浓度就越高,导电性能就越强.P型半导体：也称为空穴型半导体.P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）,使之取代晶格中硅原子的位子,就形成P型半导体.在P型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子,主要靠空穴导电.空穴主要由杂质原子提供,自由电子由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（空穴）的浓度就越高,导电性能就越强..4.能带当N个原子处于孤立状态时，相距较远时，它们的能级是简并的，当N个原子相凑近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。当N很大时，分裂能级可看作是准连续的，形成能带。能带理论这是议论晶体（包括金属、绝缘体和半导体的晶体）中电子的状态及其运动的一种重要的近似理论。它把晶体中每个电子的运动当作是独立的在一个等效势场中的运动，即是单电子近似的理论；关于晶体中的价电子而言，等效势场包括原子实的势场、其他价电子的平均势场和考虑电子波函数反对称而带来的互换作用，是一种晶体周期性的势场。能带理论就是认为晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，并且共有化电子是在晶体周期性的势场中运动；结果获得：共有化电子的本征态波函数是Bloch函数形式，能量是由准连续能级组成的很多能带。有效质量盘旋共振空穴空穴是未被电子占有的空量子态，代表价带顶邻近的电子激发到导带后留下的价带空状态，是一种为议论方便而假定的粒子。深能级半导体中的深能级杂质原子对其价电子的束缚比较紧，则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处（即比较凑近禁带中央），故称为深能级杂质。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四、是深能级杂质电离后变为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减小，导电性能下降。10.激子在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，在导带内产生一个电子，进而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一同，这样形成的复合体称为激子。而11.有效能态密度对导带中不同能级上所有的电子，看作是处于导带底Ec，密度为Nc的能级上。这里的Nc就是电子有效能态密度，关于价带中的空穴同理。费米能级费米能级标志电子填充能级的水平。费米能级位于禁带之中（即位于价带之上，导带之下），费米能级是量子态是否被电子占有的分界限。在热力学温度0K时，能量高于费米能级的量子态基本是空的，能量低于费米能级的量子态基本上全部被电子所占有。关于N型半导体费米能级在禁带中央以上；混杂浓度越大，费米能级离禁带中央越远，越凑近导带底部关于P型半导体费米能级在禁带中央以下；混杂浓度越大，费米能级离禁带中央越远，越凑近价带顶部13.费米散布费米散布：f(E)1表示能量为E的能级被电子占有的几率，而1f(E)表示能级被空EEFeKT1穴占有的几率。声学波、光学波声学波：基元的整体运动。光学波：非共价键性化合物基元中原子的相对运动。声学波：频次较低，凑近声波频次。光学波：1频次较高，与红外光频次邻近。2有偶极矩，可与光波相互作用。散射体制（1）载流子散射的原因：只假如损坏晶格周期性势场，（即能够产生附加势场的因素），就都是散射载流子的本源。2）散射分为：晶格振动散射，杂质电离散射，还有等能谷散射，中性杂质散射，位错散射等。3）杂质电离散射半导体电离的施主或受主杂质是带电的离子，在他们周围有库伦势场，当载流子从离子周围经过时，由于库伦势场的作用，载流子会被散射。3电离杂质散射pNT2(N是电离杂质浓度)，随着温度升高，散射几率变小。4）使用条件：低温时比较重要5）晶格振动散射横声学波和横光学波不起作用。只有长波起作用长声学纵波：因为纵长声学波会使晶体产生体变——原子散布发生分密变化，则将导致禁带宽度随之发生变化，即能带极值在晶体中出现波动，进而使得载流子的势能发生了改变，即产生了周期性势场之外的附加势场——称为形变势，所以就将散射载流子。13Pm*T2ac长光学纵波：关于极性晶体（如砷化镓）中的载流子，纵长光学波散射作用较大，因为这种格波在晶体中会产生局部的极化电场——附加势场。1hPm*ekT使用条件：高温时比较重要间接复合电子和空穴经过禁带中的能级（复合中心）复合。复合中心指的是晶体中的一些杂质或缺陷，他们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级，即复合中心能级。在间接复合过程中，电子跃迁到负荷中心能级。然后再跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对消失。换一种说法是复合中心从导带俘获一个电子，再从价带俘获一个空穴，达成电子与空穴的复合。17．爱因斯坦关系18.连续性方程19.扩散长度公式：空穴的扩散长度LpDpp含义：Lp是空穴在一边扩散一边复合过程中其浓度减少到1/e时所扩散的距离。它标志着非平衡载流子深入样品的平均距离。扩散长度与非平衡少子的扩散系数和寿命相关系。热载流子在强电场作用下，半导体中载流子的平均动能显著超过热平衡载流子的平均动能。这种被显著加热了的载流子称为热载流子。相关现象往常称热电子现象。所谓热载流子，是指比零电场下的载流子拥有更高平均动能的载流子。零电场下，载流子通过吸收和发射声子与晶格互换能量，并与之处于热平衡状态，其温度与晶格温度相等。在有电场的作用存在时，载流子能够从电场直接获取能量，而晶格却不能。晶格只能借助载流子从电场间接获取能量，就从电场获取并积累能量又将能量传达给晶格的稳定之后，载流子的平均动能将高于晶格的平均动能，自然也高于其本身在零电场下的动能，成为热载流子。关于MOS器件，由于沟道存在热载流子，将惹起陷阱(氧化层陷阱、界面陷阱)产生，致使器件特性的退化。表现为漏电流减少，跨导减小，及阈值电压漂移等。耗尽近似在空间电荷中，与电离杂质浓度相比，自由载流子浓度能够忽略，这称为耗尽近似。载流子寿命是指非平衡载流子中非平衡电子衰减到原来数值的1/e所需的时间。载流子的寿命与复合率相关，复合率越大，寿命越短。23.扩散系数定义在单位时间内经过单位面积的载流子数目为扩散流密度其中D就是扩散系数，N是载流子密度。扩散系数与半导体中的密度差别相关。S.则陷阱效应杂质能级积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et中，使在Et上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较大的变化，从惹起n≠Δp，（怎样没有陷阱存在时，杂质半导体中产生非平衡载流子的n=p，如果存在陷阱，一部分非平衡载流子就会落入陷阱之中，只是是落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et中，并没有复合，进而使得n≠Δp）这种效应付瞬态过程的影响很重要。【间接复合效应是指非平衡载流子经过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级Et而渐渐消失的效应，Et的存在可能大大促使载流子的复合；别的，最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级邻近。一般来说，所有的杂质或缺陷能级都有某种程度的陷阱效应，而且陷阱效应是否建立还与一定的外界条件相关。】平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均行程。而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。它们的不同之处在于平均自由程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射相关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。杂质的扩散有哪两种种类空隙式扩散和替位式扩散【Na、K、Fe、Cu、Au在半导体中为空隙式杂质，扩散系数要比替位式杂质大6～7个数量级，掺入它们会污染器件，致使器件无法使用。】雪崩击穿、齐纳击穿以及，混杂浓度和禁带宽度对他们的影响齐纳击穿：在高混杂的情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压便可在耗尽层形成很强的电场，而直接损坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子—空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。也称为隧道击穿。齐纳击穿是暂时性的，能够恢复。齐纳击穿一般发生在低反压、高混杂的情况下。雪崩击穿：材料混杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样经过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下，使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，经过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子和空穴对。流过PN结的电流就急剧增大击穿崩现象。如此连锁反响，使得阻拦层中的载流子的数量雪崩式地增加，PN结，这种碰撞电离致使击穿称为雪崩击穿，也称为电子雪雪崩击穿有正温度系数。而齐纳击穿有负温度系数。能够利用这一点减小温漂。说明肖特基二极管与PN结二极管电流输运体制的不同点；这种输运体制的不同，对器件性能有何影响。肖特基二极管和PN结二极管拥有近似的电流—电压关系，即它们都拥有单向导电性；但前者又拥有区别于后者的一下显著特点：首先，就载流子的运动形式而言，PN结正向导通时，由n区注入p区的电子或由p区注入n区的空穴，都是少数载流子，它们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这样惹起电荷存储效应，严重影响pn结的高频性能。而肖特基二极管的正向电流，主假如由半导体中的多半载流子进入金属形成的。它是多半载流子器件，不存在电荷存储效应。因此，肖特基二极管比pn结二极管有更好的高频特性。其次，关于同样的使用电流，肖特基二极管比pn结二极管拥有更低的正向导通电压，一般为0.3V左右。正因为有以上特点，肖特基二极管在高速集成电路、微波技术等多领域都有很重要的应用。29．欧姆接触欧姆接触指的是它不产生显然的附加阻抗，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。是金属-半导体接触的非整流接触，拥有线性和对称的电流-电压关系，无整流特性；电阻很低，压降很小，且在结两边都能形成电流，不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的变化。欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：1）金属与半导体间有低的势垒高度(BarrierHeight)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N≧10EXP12cm-3)半导体表面薄层形成高混杂，使半导体与金属接触时形成很薄的表面耗尽层以至发生隧道效应，拥有较小的接触电阻；半导体表面做粗拙，形成大量的复合中心，使表面耗尽区的复合成为控制电流的主要机构，降低接触电阻；选择使用低势垒欧姆接触。热电子发射效应热电子发射效应：载流子拥有足够的热能时，电荷流过势垒的过程。对Ge、Si、GaAs等有较高载流子迁移率的半导体，它们的肖特基势垒电流输运机构主假如多半载流子的热发射。特基二极管的正向电流，主假如由半导体中的多半载流子进入金属形成的。这种电流的载流子靠的就是热电子发射。镜像力降低效应又称肖特基效应，金属与半导体接触时由于功函数的不同，在系统达到热平衡之后，在半导体表面地区产生净电荷。这种净电荷会在金属感觉形成镜像电荷，二者形成镜像力，这种镜像力作用惹起肖特基势垒降低的现象。32.表面态半导体表面由于体内周期场的终止形成不饱和键以及不可防止的沾污，在表面处惹起局域化的电子状态。表面态能够是施主型，也能够是受主型。理想表面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(即晶体的自由表面)。当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中止，进而致使禁带中出现电子态（能级），该电子态称为表面态(Tammstate)33.亲和势真空能级与导带底能量差，即。导带底电子逸出体外所需要的最小能量。34.表面势金属与半导体接触，由于其功函数的不同，发生电子转移，进而产生接触电势差。当金属与半导体紧密接触（间距减小到原子间距）时，整个接触电势差全部降落在半导体表面，形成表面空间电荷区，使能带发生弯曲，惹起半导体表面和内部之间存在电势差，即表面势。35.肖特基势垒（高度）金属-半导体结中从金属到半导体的势垒。36.高表面态密度钉扎若n型半导体表面存在受主型表面态，它们将从半导体体内争夺电子而带负电，使半导体表面形成正的空间电荷区即电子势垒。当半导体表面态密度很大时，表面势的变化惹起表面态上的电子数目的变化比势垒区中电子数目的变化大好多倍，障蔽了与金属接触的影响，使半导体内的势垒高度与金属功函数几乎无关，完全由表面态为电中性时的费米能级地点决定，这时的势垒高度被称为高表面态密度钉扎。简并半导体简并半导体（degeneratesemiconductor）是杂质半导体的一种，它拥有较高的混杂浓度，因而它表现得更凑近金属。导带中量子态被电子占有(或价带中量子态被空穴占有)的概率比较大，必须考虑泡利不相容原理的限制。这时玻耳兹曼散布函数不再合用，而必须应用费米散布函数来剖析能带中的载流子统计散布问题。这种情况称为载流子简并化，发生载流子简并化的半导体称为简并半导体。①载流子浓度很高②温度较低③有效质量m*较小。Ec-Ef<=0简并02.3KT非简并38.半导体激光器工作原理39.电导-霍尔效应联合测量法利用霍尔系数和电导率的联合测量，能够用来确定半导体的导电种类和载流子浓度。经过测量霍尔系数与电导率随温度的变化，能够确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率的温度系数等基本参数。霍尔效应是一种电流磁效应（如图1）。当半导体样品通以电流Is，并加一垂直于电流的磁场B，则在样品两侧产生一横向电势差UH，这种现象称为“霍尔效应”，UH称为霍尔电压，RHISB（1）UHd则：UHdRHIsB（2）RH叫做霍尔系数，d为样品厚度。关于P型半导体样品，1（3）RHqp式中q为空穴电荷电量，p为半导体载流子空穴浓度。关于n型半导体样品，RH1（4）qn式中为n电子电荷电量。关于电子、空穴混淆导电的情况，在计算RH时应同时考虑两种载流子在磁场偏转下偏转的效果。关于球形等能面的半导体材料，能够

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：RHA(pnb2)（7）q(pnb)2式中bn，μp、μn分别为电子和空穴的迁移率，A为霍尔因子，A的大p小与散射机理及能带构造相关。从霍尔系数的表达式能够看出：由RH的符号能够判断载流子的型，正为P型，负为N型。由RH的大小可确定载流子浓度，还能够联合测得的电导率算出如下的霍尔迁移率μHμH=|RH|σ（8）关于P型半导体μH=μP，关于N型半导体μH=μN霍尔系数RH能够在实验中测量出来，表达式为UHdRHIsB（9）式中UH、Is、d，B分别为霍尔电势、样品电流、样品厚度和磁感觉强度。单位分别为伏特（V）、安培（A），米（m）和特斯拉（T）。但为与文件数据相对应，一般所取单位为UH伏（V）、Is毫安（mA）、d厘米（cm）、B高斯（Gs）、则霍尔系数R的单位为厘米33/库仑（cm/C）。H但实际测量时，往往陪伴着各样热磁效应所产生的电位叠加在测量值UH上，惹起测量误差。为了除去热磁效应带来的测量误差，可采用改变流过样品的电流方向及磁场方向予以除去。2．霍尔系数与温度的关系RH与载流子浓度之间有反比关系，当温度不变时，载流子浓度不变，RH不变，而当温度改变时，载流子浓度发生，RH也随之变化。实验可得|RH|随温度T变化的曲线。3．半导体电导率在半导体中若有两种载流子同时存在，其电导率σ为σ=qpuP+qnun（10）实验中电导率σ可由下式计算出σ=I/ρ=Il/Uσad（11）式中为ρ电阻率，I为流过样品的电流，Uσ、l分别为两测量点间的电压降和长度，a为样品宽度，d为样品厚度。霍尔效应载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转，电子或空穴在极板上齐集，进而在两极板之间出现电势差的效应叫做霍尔效应。41.电子亲和能电子亲和能是指真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。电子亲和能有如下特点：1）大部分元素原子的第一电子亲和能是负值，少数是正当。这一点与电离能不同。2）第一亲和能值较小，与电离能相比，元素的第一电子亲和能的绝对值要小得多。3）第二电子亲和能是正当。这是因为使一个负一价的离子再联合一个电子必须战胜负离子与电子间的静电排挤力，战胜排挤力需要吸收能量。硅的导带特点硅的导带极小值发生在<100>轴0.8Kx处，有6个彼此对称的能谷，等能面是旋转椭球面，旋转轴是<100>轴，能够表示成锗的导带特点锗的导带极小值发生在<111>方向的布里渊区边界上，有4个彼此对称的能谷，等能面是旋转椭球面，旋转轴是<111>轴，砷化镓的导带特点简洁教程P42影响平带电压VFB的因素。隧道二极管为什么双异质结半导体激光器比同质结半导体激光器有低得多的阈值电流密度异质结就是由带隙及折射率都不同的两种半导体材料组成的PN结。同质结就是同一种半导体形成的结。双异质结是利用不同折射率的材料对光波进行限制，利用不同带隙的材料对载流子进行限制。拿P-P-N型双异质结激光器来说，注入到“结”界面处的载流子受到异质结的阻拦，形成很好的侧向限制，产生所谓的超注入现象。这就像是十字路口堵车同样，这些载流子挤在一块，致使密度显著增加，只需加很小的泵浦电压即能够实现粒子束反转。而同质结激光器则没有这种情况，它的能带图不像双异质结的那样在“结”处有褶皱，而是平展的，载流子不会在“结”处拥堵，密度远小于双异质结在“结”处的载流子密度。这致使了泵浦时它们阈值电流密度的差别。耿氏效应耿氏效应（Gunneffect）是1963年，由耿氏(J．B．Gunn)发现的一种效应。当高于临界值的恒定直流电压加到一小块N型砷化镓相对面的接触电极上时，便产生微波振荡。在N型砷化镓薄片的二端制作优秀的欧姆接触电极，并加上直流电压使产生的电场超过3kV/cm时，由于砷化镓的特殊性质就会产生电流振荡，其频次可达10^9Hz，这就是耿氏二极管。这种在半导体本体内产生高频电流的现象称为耿氏效应。砷化镓的能带构造中，导带有两个能谷，两能谷的能隙为0。36eV。把砷化镓材料置于外电场中时，外电场的作用使体内电子在能谷之间跃迁，致使其电导率随电场的增加时而增加，时而减小，进而形成了体内的高频振荡现象。48.PN结反向偏压下偏离实际的因素重混杂禁带宽度变窄的原因杂质能级都在禁带中，以N型半导体为例，杂质能级凑近导带，热激发后能够提供电子作为载流子。可是随着混杂浓度增加，杂质提供的电子变多，可是每个能级上能够提供的态密度是一定的，所以杂质能级就会变成一个能带并向导带延长，如果混杂浓度足够高，杂质能带就有可能和导带连在一同了形成一个整体的能带，进而看起来就是禁带宽度变小，距离为价带到杂质能级的最低能级之差了当杂质原子增多，原子间的间距减小，电子共有化现象发生。电子以前能够在所有杂质原子同一能级自由运动，随着原子增多，间距减小，电子能够在所有原子所有能级自由运动，这就表现为能级分裂，扩展成能带，所以禁带减小。能级分裂的程度与杂质材料和混杂浓度相关。当浓度超过一定值后，能级扩展成能带，进一步增加浓度，对能带宽度影响不大，可是对中间的分裂能级之间的间隔有点影响，影响很小。所以禁带宽度趋于稳定值。等电子杂质当杂质的价电子数等于其所替代的主晶格原子的价电子数时，这种杂质称为等电子杂质.所谓等电子杂质是与基质晶体原子拥有相同数量价电子的杂质，它们替代了格点上的同族原子后，基本上仍是电中性的。可是由于原子系数不同，这些原子的共价半径和电负性有差别，因而他们能俘获某种载流子而形成带电中心。这个带电中心就称为等电子陷阱。只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性和共价半径方面拥有较大差别时，才能形成等电子陷阱51.