半導(dǎo)體常用名詞定義.

1、#15728.半導(dǎo)體物理學(xué)(semic on ductor physics ) 半導(dǎo)體物理學(xué)是固體物理學(xué)的重要分支，是固體電子學(xué)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)的研究最早可追溯到1833 年，當(dāng)時(shí)法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀的電導(dǎo)率隨溫度升高而迅速增加。1873年史密斯發(fā)現(xiàn)光照能改變硒的電導(dǎo)率，1874 年布朗發(fā)現(xiàn)硫化鉛與一個(gè)探針接觸時(shí)呈現(xiàn)整流效應(yīng)。但對(duì)半導(dǎo)體中電子輸運(yùn)過程的深刻理解則歸因于量子力學(xué)的 創(chuàng)立及基于單電子理論的能帶模型的建立。20世紀(jì)30年代末，莫特、達(dá)維多夫和肖特基發(fā)展了金屬-半導(dǎo)體接觸 的整流理論。在此基礎(chǔ)上肖克利、布拉頓和巴丁發(fā)明了第一個(gè)固體放大器一一點(diǎn)接觸晶體管，并于1956年獲得 諾貝爾

2、物理學(xué)獎(jiǎng)。這一發(fā)明及其后來的結(jié)型晶體管的制作是半導(dǎo)體器件發(fā)展史上的劃時(shí)代突破，是固體電子學(xué)時(shí) 代的開始。20世紀(jì)50年代后期基爾比和諾伊斯發(fā)明了集成電路，實(shí)現(xiàn)了電路的微型化，引發(fā)了電子技術(shù)的革命。 1958年江崎玲於奈發(fā)現(xiàn)了 pn結(jié)二極管中的電子隧道現(xiàn)象，因此而獲得1973年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由兩種不同半導(dǎo) 體材料直接接觸構(gòu)成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)概念是1960年前后由克羅默和阿爾弗洛夫提出的。1982年克利青 (Klitzing )在超薄的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了基于反型層中二維電子運(yùn)動(dòng)的量子霍爾效應(yīng)并獲1985年諾貝爾物理學(xué) 獎(jiǎng)。其后崔琦和施特默在超高純半導(dǎo)體材料中又發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)。勞克林用量子流體

3、的理論進(jìn)行了解釋， 并與崔琦、斯特默(stormer)分享了 1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)展產(chǎn)生了更快的晶體管一一 高電子遷移率晶體管及性能更優(yōu)良的激光器一一雙異質(zhì)結(jié)激光器。克羅默和阿爾弗洛夫因此獲得2000年諾貝爾 物理學(xué)獎(jiǎng)。1970年江崎玲於奈和朱兆祥首先提出超晶格的概念。它是一種人造的周期性結(jié)構(gòu)，其中電子的運(yùn)動(dòng)在 一個(gè)方向上受到限制即電子在二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)稱為量子阱。如果電子的運(yùn)動(dòng)在兩個(gè)維度方向上均受到 限制時(shí)，這種結(jié)構(gòu)稱為量子線。若電子在三個(gè)維度方向上的運(yùn)動(dòng)均受到限制則稱為量子點(diǎn)。量子結(jié)構(gòu)中的電子能 態(tài)具有離散的而不是連續(xù)的結(jié)構(gòu)，因此載流子的分布是離散的。通過制

4、作量子結(jié)構(gòu)，不僅將材料的能帶變成離散 能級(jí)或子能帶，甚至可以改變能帶結(jié)構(gòu)，把間接帶隙變?yōu)橹苯訋叮虼藢⒋蟠蟾纳瓢雽?dǎo)體器件的性能。 量子阱、 量子點(diǎn)激光器及正在研究的單電子晶體管都是具有量子結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)的制備，量子效應(yīng)及 量子器件的研究正成為 21世紀(jì)半導(dǎo)體物理及器件物理研究的主導(dǎo)方向，并將引起以集成電路光電子器件及光電 集成為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)的新的革命。 #15729.半導(dǎo)體(semiconductor) 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種材料。其能量系統(tǒng)分為許可能帶和禁帶，禁帶處于價(jià)帶和導(dǎo)帶之間。半導(dǎo) 體的禁帶寬度較窄，在室溫下由熱激發(fā)就可能引起顯著的電離。熱電離產(chǎn)生自由

5、電子和自由空穴，半導(dǎo)體的導(dǎo)電 過程依賴于這兩種載流子。在半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)將大大改變其導(dǎo)電能力，可制得摻雜半導(dǎo)體。如果材料中自由電 子密度大于自由空穴密度稱n型半導(dǎo)體，反之稱為p型半導(dǎo)體。未摻雜、無缺陷的半導(dǎo)體具有相等的自由電子和 自由空穴密度稱為本征半導(dǎo)體，而摻雜的半導(dǎo)體稱為非本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體一般是晶體材料，通常由四價(jià)或平均 為四價(jià)的原子組成的類金剛石材料，硅和錯(cuò)是常見的單質(zhì)半導(dǎo)體，砷化鎵是最常見的化合物半導(dǎo)體。 #15730.能帶(energy ba nd) 相鄰原子在組成固體時(shí)，其相應(yīng)的電子能級(jí)由于原子間的相互作用而分裂，由于固體中包含的原子數(shù)很大，分離 出來的能級(jí)十分密集，形成一個(gè)在能

6、量上準(zhǔn)連續(xù)的分布即能帶。由不同的原子能級(jí)所形成的允許能帶之間一般隔 著禁止能帶。 #15732.導(dǎo)帶(con duction band ) 根據(jù)能帶理論，固體中的電子態(tài)能級(jí)分裂為一系列的帶，在帶內(nèi)能級(jí)分布是準(zhǔn)連續(xù)的，帶與帶之間存在有能量間 隙。在非導(dǎo)體中，電子恰好填滿能量較低的一系列能帶，再高的各帶全部都是空的，在填滿的能帶中盡管存在很 多電子，但并不導(dǎo)電。在導(dǎo)體中，則除了完全填滿的一系列能帶外，還有只是部分地被電子填充的能帶，這種部 分填充帶中的電子可以起導(dǎo)電作用，稱為導(dǎo)帶。半導(dǎo)體屬于上述非導(dǎo)體的類型，但滿帶與空帶之間的能隙比較小。 通常把半導(dǎo)體一系列滿帶中最高的能帶稱為價(jià)帶，把半導(dǎo)體中一系

7、列空帶中最低的能帶稱為導(dǎo)帶。 #15733.價(jià)帶(vale nee band ) 半導(dǎo)體和絕緣體中能量較低的若干能帶是被電子填滿的，其中能量最高的能帶稱為價(jià)帶，價(jià)帶是和原子中最外層 軌道上的價(jià)電子的能級(jí)相對(duì)應(yīng)的。 #15735.帶隙(band gap ) 固體的能帶結(jié)構(gòu)中填充電子的最高能帶與最低空能帶之間的能量間隔。對(duì)半導(dǎo)體而言帶隙寬度即禁帶寬度。 #15736.深能級(jí)(deep level ) 距導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)的施主能級(jí)和離價(jià)帶頂較遠(yuǎn)的受主能級(jí)稱為深能級(jí)。相應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級(jí)雜質(zhì)。深能級(jí)雜質(zhì)能夠 產(chǎn)生多次電離，每次電離相應(yīng)地有一個(gè)能級(jí)，則在禁帶中引入若干個(gè)能級(jí)。而且，有的雜質(zhì)既能引入施主能級(jí)，

8、又能引入受主能級(jí)。深能級(jí)雜質(zhì)一般含量極少，而且能級(jí)較深，它們對(duì)載流子濃度和導(dǎo)電類型的影響沒有淺能級(jí) 雜質(zhì)顯著，但對(duì)于載流子的復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng)，故這些雜質(zhì)又稱為復(fù)合中心。非皿、V族雜質(zhì)在硅、錯(cuò)中 往往產(chǎn)生深能級(jí)。硅中的金雜質(zhì)，可測(cè)到二個(gè)深能級(jí)，一個(gè)是施主能級(jí)，另一為受主能級(jí)。金是典型的復(fù)合中心， 在制造咼速開關(guān)器件時(shí)，常有意摻入金以提咼器件的速度。 #15737.準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)(quasi-Fermi level ) 當(dāng)半導(dǎo)體材料中存在非平衡載流子時(shí)，導(dǎo)帶電子和價(jià)帶電子在各自能帶中熱躍遷概率大，而處于熱平衡狀態(tài)；導(dǎo) 帶電子與價(jià)帶電子之間，熱躍遷概率小，處于不平衡狀態(tài)。因此用電子準(zhǔn)費(fèi)米( Fer

9、mi)能級(jí)(E和空穴準(zhǔn)費(fèi)米 (Fermi)能級(jí)(Ef)p分別描述非平衡半導(dǎo)體材料中電子濃度 n和空穴濃度p： 用e-（呂F）” n = Ncekt （用尸）曠呂* p =kt 其中NC、NV為導(dǎo)帶和價(jià)帶的有效態(tài)密度，Ec、E,為導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)哪芰?。（EF）nM（Ef）p準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)概念的引入對(duì) 分析實(shí)際半導(dǎo)體器件工作原理十分重要。 #15739.載流子（carrier ） 指荷載電流的粒子，它們?cè)陔妶?chǎng)作用下能作定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。金屬中只有電子一種載流子，在電介質(zhì)中是正、 負(fù)離子，半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子。有兩種載流子參與導(dǎo)電是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。在金屬和電介質(zhì)中， 載流子數(shù)目一般不變，在

10、半導(dǎo)體中它們的數(shù)目隨其中的雜質(zhì)含量和外界條件（如加熱、光照等）的變化而顯著變 化。 #15740.多數(shù)載流子（majority carrier ） 半導(dǎo)體的電導(dǎo)依賴兩種載流子，即導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴。在摻雜半導(dǎo)體中，居多數(shù)的一種載流子對(duì)電導(dǎo) 起支配作用，稱為多數(shù)載流子。如 n型半導(dǎo)體中電子為多數(shù)載流子，p型半導(dǎo)體中空穴為多數(shù)載流子。 #15741.少數(shù)載流子(minority carrier ) 同一種半導(dǎo)體材料中與多數(shù)載流子帶相反電荷的載流子。如n型半導(dǎo)體中的空穴和p型半導(dǎo)體中的電子均為少數(shù) 載流子。熱平衡條件下，非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中電子濃度n與空穴濃度p滿足 其中m為本征載流子濃度，Eg為

11、禁帶寬度。T為溫度。因此在本征激發(fā)尚不顯著的溫度范圍內(nèi)，多數(shù)載流子濃度 可以近似認(rèn)為與摻雜濃度相等，基本不隨溫度而改變。少數(shù)載流子濃度隨溫度升高而迅速增加。對(duì)于同種半導(dǎo)體， 摻雜濃度越高，少數(shù)載流子濃度越低。對(duì)于相同摻雜濃度，材料的禁帶寬度Eg越大，少數(shù)載流子濃度越低。雖然 熱平衡少數(shù)載流子對(duì)電導(dǎo)的作用較小，但非平衡少數(shù)載流子對(duì)電導(dǎo)的作用較小，但非平衡少數(shù)載流子，如pn結(jié) 正向注入的非平衡少數(shù)載流子，對(duì)器件的工作起支配作用。 #15742.載流子壽命(carrier lifetime ) 在熱平衡條件下，電子不斷地由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，與此同時(shí)，它們又不停地因復(fù)合而消失。平 衡時(shí)，

12、電子與空穴的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，從而使半導(dǎo)體中載流子的密度維持恒定。載流子間的復(fù)合使載流子逐漸 消失，這種載流子平均存在的時(shí)間，就稱之為載流子壽命。 #15743.非平衡載流子壽命(non equilibrium carrier lifetime) 當(dāng)半導(dǎo)體由于外界作用注入非平衡載流子時(shí)，它處于非平衡狀態(tài)。載流子間的復(fù)合使非平衡載流子逐漸消失。在 注入非平衡載流子濃度不是太大的簡(jiǎn)單情況下，非平衡載流子按下列規(guī)律消失： n=( n)exp(-t/ t )。顯然, 式中t即為非平衡載流子平衡平均存在的時(shí)間，通常稱為非平衡載流子壽命。由于在非平衡狀態(tài)下，非平衡少 子的影響起主導(dǎo)作用，因而 t又稱為非平

13、衡少子壽命，而1/ T表示非平衡載流子的復(fù)合率。非平衡載流子壽命 是一個(gè)結(jié)構(gòu)靈敏的參數(shù)，它與材料的種類、完整性、某些雜質(zhì)的含量以及樣品的表面狀態(tài)有密切的關(guān)系。 #15745.本征載流子濃度(intrinsic carrier concentration) 本征半導(dǎo)體材料中自由電子和自由空穴的平衡濃度。 #15746.空穴(hole ) 是指半導(dǎo)體中的一種載流子。半導(dǎo)體內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)、外部光照或在半導(dǎo)體內(nèi)摻入受主雜質(zhì)，都可以使半導(dǎo)體的價(jià) 帶失去一些電子，原來被電子填滿的價(jià)帶頂部出現(xiàn)一些空能級(jí)。在外電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，這些仍留在滿帶中的電 子，也能夠?qū)щ?。滿帶電子的這種導(dǎo)電作用等效于把這些空的量子狀態(tài)

14、看做帶正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用，稱這 些價(jià)帶中空的量子狀態(tài)為空穴?？昭◣д姾尚?，還具有正的有效質(zhì)量。所以半導(dǎo)體中除了導(dǎo)帶電子導(dǎo)電作用外， 還有價(jià)帶空穴的導(dǎo)電作用。 #15747.有效質(zhì)量(effective mass ) 晶體中的電子或空穴在外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，常?？梢杂脺?zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)規(guī)律來描述。根據(jù)晶體中電子運(yùn)動(dòng)加速度 與外力之間的關(guān)系，與經(jīng)典力學(xué)牛頓第二定律相類比，引入了有效質(zhì)量m*。晶體中的電子始終受到晶體勢(shì)場(chǎng)的作 用，在有外力作用時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是外力與晶體勢(shì)場(chǎng)共同作用的結(jié)果。引入有效質(zhì)量的意義在于，它概 括了晶體勢(shì)場(chǎng)對(duì)電子的作用，把電子運(yùn)動(dòng)的加速度與外力直接聯(lián)系起來，從而使分析

15、簡(jiǎn)化。 #15748.載流子注入(carrier ejection ) 半導(dǎo)體通過外界作用而產(chǎn)生非平衡載流子的過程稱作載流子注入。利用光照在半導(dǎo)體內(nèi)引入非平衡載流子的方法 稱為載流子的光注入。除光照外，還可以利用電的或其他能量傳遞方式在半導(dǎo)體中注入載流子，最常用的是電的 方法，稱作載流子電注入。電注入載流子現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致半導(dǎo)體放大器的發(fā)明。 在不同條件下，載流子注入的數(shù)量是不同的。當(dāng)注入載流子濃度與熱平衡時(shí)多數(shù)載流子濃度相比很小時(shí)，多數(shù)載 流子濃度基本不變，而少數(shù)載流子濃度近似等于注入載流子濃度，這通常稱作小注入情況；若注入載流子濃度可 與多數(shù)載流子濃度相比，則稱作大注入情況。 #1574

16、9.復(fù)合中心(recomb in ation cen ter ) 半導(dǎo)體中某些雜質(zhì)和缺陷可以促進(jìn)載流子復(fù)合，對(duì)非平衡載流子壽命的長短起決定性作用，這些雜質(zhì)和缺陷稱為 復(fù)合中心。作為復(fù)合中心的雜質(zhì)與缺陷一般在禁帶中引入一個(gè)或幾個(gè)深能級(jí)，它們既可以俘獲電子又能俘獲空穴, 從而促進(jìn)了復(fù)合過程。對(duì)載流子復(fù)合有促進(jìn)作用的雜質(zhì)很多，例如硅和錯(cuò)中的Au, Cu, Fe, Ni, Zn以及許多其 他重金屬雜質(zhì)都有明顯的復(fù)合作用。金是一種有效的復(fù)合中心，在半導(dǎo)體器件中，經(jīng)常引入金以降低注入載流子 壽命，提高器件的開關(guān)速度。 #15750.直接復(fù)合(direct recombination) 按照電子和空穴在復(fù)合

17、時(shí)所經(jīng)歷的具體過程的不同，可把復(fù)合分為直接復(fù)合和間接復(fù)合兩類。直接復(fù)合是導(dǎo)帶中 的電子直接落入價(jià)帶與空穴復(fù)合。而間接復(fù)合則是導(dǎo)帶中的電子首先被禁帶中某一個(gè)中間能級(jí)所俘獲，然后落入 價(jià)帶與空穴相復(fù)合。 #15751.表面復(fù)合(surface recomb in ati on ) 位于半導(dǎo)體表面禁帶內(nèi)的表面態(tài) (或稱表面能級(jí))與體內(nèi)深能級(jí)一樣可作為復(fù)合中心，起著對(duì)載流子的復(fù)合作用。 為此，通常把半導(dǎo)體非平衡載流子通過表面態(tài)發(fā)生復(fù)合的過程稱為表面復(fù)合。與體復(fù)合相比表面復(fù)合更為復(fù)雜， 它不僅依賴于表面復(fù)合中心濃度及體摻雜濃度，還依賴于表面勢(shì)。而表面勢(shì)又是對(duì)周圍環(huán)境敏感的參量，所以表 面復(fù)合會(huì)因表面環(huán)境

18、條件的變化而發(fā)生變化。半導(dǎo)體器件通常都要求較低且穩(wěn)定的表面復(fù)合速度，因此，在半導(dǎo) 體工藝技術(shù)上如何控制表面復(fù)合是一個(gè)非常重要的問題。 #15752.輻射復(fù)合(radiative recombination) 根據(jù)能量守恒原則，電子和空穴復(fù)合時(shí)應(yīng)釋放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，這種復(fù)合稱為輻射復(fù)合。 輻射復(fù)合可以是導(dǎo)帶電子與價(jià)帶的空穴直接復(fù)合，這種復(fù)合又稱為直接輻射復(fù)合，是輻射復(fù)合中的主要形式。此 外輻射復(fù)合也可以通過復(fù)合中心進(jìn)行。在平衡態(tài)，載流子的產(chǎn)生率總與復(fù)合率相等。 #15753.非輻射復(fù)合(non radiative recomb in ati on) 按照復(fù)合時(shí)釋放能量的方式

19、不同，復(fù)合可分為輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合。以除光子輻射之外的其他方式釋放能量的 復(fù)合稱為非輻射復(fù)合。非輻射復(fù)合中主要有多聲子復(fù)合和俄歇復(fù)合。 #15754.陷阱(trap) 半導(dǎo)體中能夠俘獲電子或空穴的晶體缺陷或化學(xué)中心。熱平衡時(shí)由缺陷或雜質(zhì)引入的能級(jí)上具有一定數(shù)量的熱平 衡電子，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)引入非平衡載流子時(shí)，這些能級(jí)上的電子數(shù)目將發(fā)生變化，如果能級(jí)上電子數(shù)目增加則該能 級(jí)具有俘獲非平衡電子能力，該能級(jí)稱為電子陷阱。反之若該能級(jí)上電子數(shù)目減少則該能級(jí)具有俘獲空穴的能力 稱為空穴陷阱。當(dāng)非平衡載流子落入陷阱后基本上不能直接發(fā)生復(fù)合，而必須首先激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶，然后才能 通過復(fù)合中心而復(fù)合。在整個(gè)過程

20、中，載流子從陷阱激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶所需的平均時(shí)間比它們從導(dǎo)帶或價(jià)帶發(fā)生 復(fù)合所需的平均時(shí)間長得多，因此陷阱的存在大大增加了從非平衡恢復(fù)到平衡態(tài)的弛豫時(shí)間。 #15755.猝滅(quenching) 激發(fā)態(tài)通過非輻射復(fù)合的途徑達(dá)到弛豫。如熱猝滅是通過處于發(fā)光中心激發(fā)態(tài)的電子與晶格碰撞把激發(fā)能交給晶 格，產(chǎn)生大量的聲子而無輻射地回到基態(tài)。光、電場(chǎng)及磁場(chǎng)等外界因素均可產(chǎn)生發(fā)光猝滅。 #15756.漂移電流(drift current ) 在沒有電場(chǎng)作用時(shí)，半導(dǎo)體中載流子在運(yùn)動(dòng)中不時(shí)遭到散射作雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng)，并不形成電流。當(dāng)有電場(chǎng)存在 時(shí)，使所有載流子沿電場(chǎng)力方向作定向運(yùn)動(dòng)。這種載流子在熱運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，

21、由于電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的沿電場(chǎng)力方向 的定向運(yùn)動(dòng)稱作漂移運(yùn)動(dòng)。所構(gòu)成的電流為漂移電流。定向運(yùn)動(dòng)的平均速度叫做漂移速度。在弱電場(chǎng)下，載流子 的漂移速度v與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比 v= 1 E 式中1是載流子遷移率，簡(jiǎn)稱遷移率。它表示單位場(chǎng)強(qiáng)下載流子的平均漂移速度，單位是mN s或cm/V s 遷移率數(shù)值決定于半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)、材料中雜質(zhì)和缺陷對(duì)載流子的作用、以及其中原子的熱運(yùn)動(dòng)等因素。通常在 同一種半導(dǎo)體中，電子的遷移率比空穴的大。遷移率是反映半導(dǎo)體載流子導(dǎo)電能力的重要參數(shù)。 #15757.漂移遷移率(drift mobility ) 在一塊均勻的半導(dǎo)體材料中，用局部的光脈沖照射會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子，光脈沖停

22、止后，整個(gè)非平衡載流子的 “包”在電場(chǎng)作用下以漂移速度 v=u |E|向樣品一端運(yùn)動(dòng)，若已知電場(chǎng)強(qiáng)度|E|及脈沖電荷包漂移的距離X,可計(jì) 算出遷移率卩=x/(|E|t)，其中t為光脈沖停止時(shí)刻與示波器探測(cè)到非平衡載流子電荷包的時(shí)間隔，這樣測(cè)得的 遷移率為漂移遷移率。漂移遷移率是非平衡載流子的平均漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)值之比。 #15759.界面散射(in terface scatteri ng) 半導(dǎo)體載流子沿表面層運(yùn)動(dòng)的表面遷移率總低于體內(nèi)遷移率，這種由于沿表面層運(yùn)動(dòng)的載流子受到的不同于體內(nèi) 的附加散射，就稱之為表面散射或界面散射。界面散射機(jī)制比較復(fù)雜。例如表面粗糙度散射，是由于表面粗糙不

23、 平整引起的散射過程，這時(shí)表面不是一個(gè)平面而是像一個(gè)被彎曲了的薄片，因此當(dāng)電子沿表面運(yùn)動(dòng)時(shí)將受到干擾， 使遷移率降低。這種散射作用對(duì)薄的表面空間電荷層較明顯，例如強(qiáng)反型層就屬于這種情況。 #15765.場(chǎng)效應(yīng)(field effect ) 電場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體的影響。在電場(chǎng)作用下半導(dǎo)體中自由電子和自由空穴的平衡遭到破壞。女口MOS吉構(gòu)在不同的電場(chǎng)作 用下，由于電場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)載流子的吸引或排斥作用而在半導(dǎo)體表面附近產(chǎn)生載流子的積累或耗盡，通常把這種 半導(dǎo)體表面電導(dǎo)受垂直電場(chǎng)調(diào)制的效應(yīng)稱為場(chǎng)效應(yīng)。 #15766.溝道(channel ) 半導(dǎo)體中由于外加電場(chǎng)引起的沿長度方向的導(dǎo)電層。如 MOS 吉構(gòu)中當(dāng)施

24、加外部電場(chǎng)時(shí)在半導(dǎo)體表面形成的積累層 及反型層。 #15767.能帶彎曲(ba nd ben di ng) 半導(dǎo)體能帶圖表示電子在原子周期勢(shì)場(chǎng)中處于不同能量的能級(jí)上，電子能量與其所在的半導(dǎo)體的靜電勢(shì)成正比。 顯然，如果半導(dǎo)體中靜電勢(shì)到處都相同，貝惟帶是水平的，即平帶狀態(tài)。反之，當(dāng)半導(dǎo)體表面存在垂直的外加電 場(chǎng)時(shí)，半導(dǎo)體中各處靜電勢(shì)就不同，則能帶就相應(yīng)地發(fā)生彎曲，稱為能帶彎曲。 #15789.場(chǎng)發(fā)射(field emission) 在外電場(chǎng)作用下，非加熱的金屬或半導(dǎo)體表面處表面勢(shì)壘變窄，由于量子力量隧道效應(yīng)引起的表面電子發(fā)射。在 電子器件和表面物理研究中可以應(yīng)用的幾個(gè)場(chǎng)發(fā)射陰極是鎢尖、硅尖、金剛

25、石陰極、碳納米管陰極及電子槍用場(chǎng) 發(fā)射陰極。 #15790.熱電子(hot electron ) 半導(dǎo)體中的電子可以吸收一定能量(如光子、外電場(chǎng)等)而被激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的電子稱為熱電子，處于激發(fā)態(tài) 的電子可以向較低的能級(jí)躍遷，如果以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導(dǎo)體的發(fā)光現(xiàn)象。 #15793.量子阱(quantum well ) 量子阱是一種人工設(shè)計(jì)采用外延方法生長的半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)。其主要特性是電子（空穴，有時(shí)還包括光子）在空間 上被限制在一個(gè)很薄的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 該區(qū)域的厚度小于電子的德布羅意波長，電子（空穴）行為表現(xiàn)出二維特征 量子阱結(jié)構(gòu)主要用于發(fā)光器件和光電探測(cè)器件。和非量子阱結(jié)構(gòu)相比，由

26、于在量子阱中電子（空穴）相對(duì)比較集 中（有時(shí)光子也比較集中），所以有很高的量子效率，用于半導(dǎo)體激光器能大幅度降低閾值電流密度，增加輸出 功率。量子阱結(jié)構(gòu)中，與量子阱層相對(duì)的還有勢(shì)壘層，用以限制電子（空穴）在垂直于阱面方向上的運(yùn)動(dòng)。量子 阱結(jié)構(gòu)通常用分子束外延或金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法制備。 #15795.量子線（quantum wire） 量子線是一種人工微結(jié)構(gòu)，其主要特性是電子（空穴）在空間上被限制在一個(gè)很細(xì)的線狀區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域的 橫向尺度小于電子的德布羅意波長， 電子（空穴）行為表現(xiàn)出一維特征。目前量子線結(jié)構(gòu)主要用于半導(dǎo)體激光器。 與量子阱激光器相比，量子線激光器閾值電流密度更低，輸出

27、功率更大，而且輸出激光的波長隨溫度的變化更小。 量子線的制作分為自組裝生長和微加工兩類。 #15796.量子點(diǎn)（quantum dot） 量子點(diǎn)是指電子（空穴）在空間上三個(gè)方向都受到限制，只能在微小空間中運(yùn)動(dòng)的人工微結(jié)構(gòu)，該空間區(qū)域的尺 度在三個(gè)方向上都小于電子的德布羅意波長，電子（空穴）行為表現(xiàn)出零維特征。目前量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)主要用于制作 半導(dǎo)體激光器和納米電子器件。在所有的量子結(jié)構(gòu)激光器中，量子點(diǎn)激光器閾值電流密度最低，輸出功率最大, 而且輸出激光的波長不隨溫度變化。量子點(diǎn)的制作主要靠自組裝生長。 #15798.半導(dǎo)體超晶格(semiconductor superlattice) 由一組多層薄膜

28、周期重復(fù)排列而成的單晶。多層薄膜中各層厚度從幾個(gè)到幾十個(gè)原子層范圍。各層的主要半導(dǎo)體 性質(zhì)如帶隙和摻雜水平可以獨(dú)立地控制。多層薄膜的周期可以在生長時(shí)人為控制，因而得到了人造的晶體結(jié)構(gòu)即 超晶格。多層薄膜中各層的組分突變的超晶格稱為組分調(diào)制超晶格；各層摻雜原子型號(hào)發(fā)生突變的超晶格稱摻雜 調(diào)制超晶格。組分調(diào)制超晶格的能帶圖與多量子阱類似，惟一的區(qū)別是超晶格中由于勢(shì)壘層厚度小于電子的德布 羅意(de Broglie )波長，相鄰勢(shì)阱中的電子波函數(shù)發(fā)生交疊，因而多量子阱的離散能級(jí)將展變?yōu)槟軒?，其能?寬度及位置與勢(shì)阱深度、寬度及勢(shì)壘厚度有關(guān)。超晶格具有一些普通半導(dǎo)體中沒有發(fā)現(xiàn)的有用性質(zhì)。 #15799

29、.共振隧道(resonance tunneling ) 在低偏壓下相鄰量子阱的相同子帶間的隧道穿透。此時(shí)電子穿過一個(gè)或數(shù)個(gè)勢(shì)壘而不失去其相位關(guān)系。共振隧穿 發(fā)生時(shí)可以伴隨聲子發(fā)射過程。 #15800.單電子隧道效應(yīng)(single electron tunneling effect) 一個(gè)包含極少量電子，具有極小電容值的粒子稱為庫侖島，其能量由電勢(shì)能及電子間互作用庫侖能組成，可表示 為E=-QV+Q/2C。當(dāng)庫侖島上增加或減少一個(gè)電子時(shí)，其能量增加e2/C。單個(gè)電子進(jìn)入或離開庫侖島需要 e2/C的 激活能。在極低溫和小偏壓下，導(dǎo)體內(nèi)的電子不具備e2/C的能量，故電子不能穿越庫侖島，此現(xiàn)象稱為庫侖

30、阻塞。 通過給庫侖島加?xùn)艍嚎梢愿淖兤潆妱?shì)能及總能量，在某個(gè)特定的柵壓下，庫侖島總電荷Q=Ne和Q=(n+1)e的最小 能量是簡(jiǎn)并的，即態(tài)密度間隙消失。此時(shí)，即發(fā)生單個(gè)電子隧穿庫侖島的現(xiàn)象，稱為單電子隧穿效應(yīng)。 #15801.整數(shù)量子霍爾效應(yīng)(integer quantum Hall effect ) 二維電子氣系統(tǒng)在強(qiáng)磁和低溫條件下的霍爾效應(yīng)表現(xiàn)出明顯的量子化性質(zhì)。1980年馮克利青(VonKlitzing )等 人首先觀測(cè)到了量子化霍爾效應(yīng)。他們測(cè)量了Si MOSFET反型層中二維電子氣系統(tǒng)中的電子在15T強(qiáng)磁場(chǎng)和低于 液He溫度下的霍爾電壓Vh,沿電流方向的電勢(shì)差 7與柵壓Vg的關(guān)系。當(dāng)磁

31、場(chǎng)垂直于反型層，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與沿 反型層流動(dòng)的電流強(qiáng)度I保持不變時(shí)，改變柵壓 Vg,可改變反型層中載流子密度 ns。在正常的霍爾效應(yīng)中應(yīng)有 Vh x 1/Vg (如果ns*VG),但在強(qiáng)磁和低溫下，某些 Vg間隔內(nèi)，Vh曲線出現(xiàn)平臺(tái)，對(duì)應(yīng)于平臺(tái)時(shí)的 Vp最小趨近于零， 由此得到的霍爾電阻P XY=-VH/I是量子化的，其值為 P XY = 刁話 =1總2甘 它只與物理常數(shù)h (普朗克常數(shù))和q有關(guān)?；魻栯娮枧c整數(shù)i相聯(lián)系的量子化性質(zhì)稱整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。在 1K 以下，實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步觀察到i為分?jǐn)?shù)的霍爾平臺(tái)，即分?jǐn)?shù)量子化霍爾效應(yīng)。在調(diào)制摻雜的 GaAs-GaAIAs等異質(zhì)結(jié) 構(gòu)中也能觀測(cè)到量子化霍

32、爾效應(yīng)。 #15803.量子限制效應(yīng)(quantum confinement effect) 微結(jié)構(gòu)材料三維尺度中至少有一個(gè)維度與電子德布羅意(de Broglie )波長相當(dāng)，因此電子在此維度中的運(yùn)動(dòng)受 到限制，電子態(tài)呈量子化分布，連續(xù)的能帶將分解為離散的能級(jí)，當(dāng)能級(jí)間距大于某些特征能量(如熱運(yùn)動(dòng)量 塞曼能h,超導(dǎo)能隙等)時(shí)，系統(tǒng)將表現(xiàn)出和大塊樣品不同的甚至是特有的性質(zhì)，例如超晶格中由于能級(jí)離 散引起的帶隙展寬及吸收邊的藍(lán)移。 #15805. Wannier 激子(Wannier exciton ) 半導(dǎo)體吸收具有帶隙能量的光子時(shí)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，在低溫下沒有足夠的動(dòng)能使它們分開，相互靠近的

33、電子、 空穴由于庫侖互作用而形成的一個(gè)束縛態(tài)，很像氫原子中的質(zhì)子與電子那樣。Wannier激子的能量為 En=-13.6卩/ Jn2, n為量子數(shù)，為介電常數(shù)，卩是電子和空穴的折合有效質(zhì)量，它的能級(jí)在導(dǎo)帶底以下幾個(gè) 毫電子伏范圍，因而在半導(dǎo)體的基本吸收邊的長波側(cè)可看到幾個(gè)清晰的激子吸收峰，對(duì)應(yīng)于處在量子數(shù)n較低的 一些激子狀態(tài)。 #15806.擴(kuò)展態(tài)(extended state ) 非晶態(tài)材料中電子本征波函數(shù)不再是 Bloch函數(shù)，其電子本征態(tài)分為擴(kuò)展態(tài)和局域態(tài)，擴(kuò)展態(tài)波函數(shù)遍及整個(gè)材 料，電子占據(jù)整個(gè)材料具有有限的概率。由于晶格勢(shì)能的無序漲落引起的散射，擴(kuò)展態(tài)電子的遷移率遠(yuǎn)小于晶體 中的共

34、有化電子。 #15808.局域態(tài)(localize state ) 固體材料中與特定位置相關(guān)，具有特定能量的電子態(tài)。當(dāng)一個(gè)電子占據(jù)此狀態(tài)時(shí)，它被束縛于具有特定能量的特 定位置附近。無序固體中由于周期性被破壞，將產(chǎn)生帶尾局域態(tài)。材料中的缺陷態(tài)或施主、受主雜質(zhì)上的電子態(tài)， 或強(qiáng)摻雜半導(dǎo)體中的帶尾態(tài)也都是局域態(tài)。存在局域態(tài)是無序的標(biāo)志。局域態(tài)電子的遷移必須通過跳躍(hopping) 發(fā)生。 #15809.遷移率邊(mobility edge ) 無序系統(tǒng)中擴(kuò)展態(tài)與帶尾局域態(tài)間的能量邊界。如導(dǎo)帶擴(kuò)展態(tài)與導(dǎo)帶尾的邊界Ec和價(jià)帶擴(kuò)展態(tài)與價(jià)帶尾的邊界 Ec。如果把遷移率看成為電子態(tài)能量的函數(shù)，Mott提出在

35、Ec，Ec處存在遷移率的突變。 #15811.帶尾(band tail ) 晶態(tài)半導(dǎo)體由于原子排列的長程周期性，導(dǎo)帶和價(jià)帶具有清晰的邊界。非晶半導(dǎo)體及重?fù)诫s半導(dǎo)體由于原子排列 的長程周期性的破壞、晶格勢(shì)能的無序漲落使導(dǎo)帶及價(jià)帶向禁帶中延伸形成帶尾，帶尾電子態(tài)是局域態(tài)。 #15813.隙態(tài)(state in gap ) 非晶態(tài)半導(dǎo)體材料能帶模型中遷移率隙中的電子狀態(tài)稱為隙態(tài)。隙態(tài)分為兩類：一類是帶尾態(tài)，包括導(dǎo)帶尾及價(jià) 帶尾；另一類是與諸如懸掛鍵等缺陷相關(guān)聯(lián)的局域態(tài)。隙態(tài)對(duì)非晶態(tài)半導(dǎo)體材料的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)有重要影響。 性能優(yōu)良的非晶態(tài)半導(dǎo)體器件要求隙態(tài)密度低的材料。 #15814.吸收(absor

36、ption ) 光在半導(dǎo)體中傳播時(shí)具有衰減現(xiàn)象，稱為光吸收。半導(dǎo)體通常能強(qiáng)烈地吸收光能，吸收系數(shù)大約是107cm的量級(jí)。 材料吸收輻射能量會(huì)導(dǎo)致電子從低能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)。電子在帶與帶之間的躍遷所形成的吸收過程稱作本征 吸收。要發(fā)生本征吸收，光子能量必須等于或大于禁帶寬度Eg。當(dāng)入射光頻率低于V0 (或波長大于 入)時(shí)，吸 收系數(shù)迅速下降，不可能發(fā)生本征吸收。這種吸收系數(shù)顯著下降的特定頻率Vo (或特定波長 入),稱為半導(dǎo)體 的本征吸收限。不同材料具有不同的禁帶寬度，可得相當(dāng)?shù)谋菊魑臻L波限。半導(dǎo)體中的光吸收主要是本征吸收。 另外，還有激子吸收、自由載流子吸收、雜質(zhì)吸收和晶格吸收等。 #15

37、816.吸收光譜(absorption spectrum ) 光在半導(dǎo)體材料中的吸收系數(shù)隨光的頻率(或波長)而變化的譜線稱為吸收光譜。研究半導(dǎo)體本征吸收光譜可決 定禁帶寬度，是了解能帶的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和區(qū)分直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體的重要依據(jù)。其他吸收光譜對(duì)研究半導(dǎo)體 性質(zhì)也有重要意義。 #15817.光學(xué)帶隙(optical band gap ) 非晶態(tài)半導(dǎo)體的本征吸收邊附近的吸收曲線通常分為三個(gè)區(qū)域：價(jià)帶擴(kuò)展態(tài)到導(dǎo)帶擴(kuò)展態(tài)的吸收為幕指數(shù)區(qū)；價(jià) 帶擴(kuò)展態(tài)到導(dǎo)帶尾的吸收為指數(shù)區(qū)；價(jià)帶尾到導(dǎo)帶尾的吸收為弱吸收區(qū)。非晶半導(dǎo)體的帶隙沒有明確的定義。定 義其光學(xué)帶隙的簡(jiǎn)單方法是 丘3或曰4,即吸收系數(shù)為103

38、cm-1或104cmV時(shí)所對(duì)應(yīng)的光子能量。物理意義較明確的定 義方法是Tauc帶隙，主要考慮幕指數(shù)區(qū)的帶-帶吸數(shù)，此時(shí)a (hv) xc(hv-E g) ”，C和丫與能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于 拋物線形能帶結(jié)構(gòu)丫取2,由(a hv)1/2hv關(guān)系曲線求得的Eg稱為Tauc帶隙。 #15818.發(fā)光(luminescenee ) 發(fā)光是物質(zhì)的一種非熱輻射的光發(fā)射。熱輻射的基本特征是不隨發(fā)熱體的性質(zhì)而改變。發(fā)光則反映材料的特征， 它是外界因素如光、電等與物質(zhì)的相互作用，使物質(zhì)從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)經(jīng)過輻射躍遷過程達(dá)到弛豫而 發(fā)出的紫外、可見或紅外輻射。外界作用一旦停止，發(fā)光也將結(jié)束，但有一個(gè)延續(xù)時(shí)間，

39、比光的振動(dòng)周期(10-14 秒)長得多?？梢愿鶕?jù)此原理把發(fā)光與散射、反射等其他光發(fā)射區(qū)分開來。 由于激發(fā)方式的不同，發(fā)光可分為光致發(fā)光、電致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、輻射發(fā)光等。其主要應(yīng)用領(lǐng) 域在光源、顯示器、探測(cè)器及光電子器件等方面。 #15819.光致發(fā)光(photoluminescenee ) 材料通過吸收光子產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的輻射躍遷。激發(fā)過程為單光子或多光子吸收過程。光致發(fā)光包括光吸收、能量傳 遞、光發(fā)射等過程，這些過程與材料結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列有關(guān)，光致發(fā)光技術(shù)是研究固體中電子過程的重 要手段。一般情況下光致發(fā)光光子的能量小于激發(fā)光子的能量(斯托克斯位移)，在特定條件下發(fā)射光子的

40、能量 可以超過激發(fā)光子的能量(反斯托克斯位移)。日光燈是利用汞蒸氣放電產(chǎn)生的紫外光激發(fā)涂飾在燈管壁上的發(fā) 光材料而發(fā)出可見光的。 #15821.電致發(fā)光(electroluminescenee ) 固體器件或化學(xué)電池中由于電荷流動(dòng)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。固體器件的電致發(fā)光主要有兩種類型：本征電致發(fā)光及 注入型電致發(fā)光。本征電致發(fā)光通常將發(fā)光材料與絕緣介質(zhì)混合置于兩極板間或?qū)l(fā)光材料薄膜夾在兩絕緣層之 間，在交變電場(chǎng)作用下電子場(chǎng)致碰撞激發(fā)或離化發(fā)光中心而引起發(fā)光。例如用ZnS薄膜制成的字符顯示屏、計(jì)算 機(jī)終端顯示屏等。注入型電致發(fā)光器件是pn結(jié)型發(fā)光器件，是利用注入的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子間的輻射復(fù)

41、合而發(fā)光，如GaAs GaR GaN等不同波段的發(fā)光二極管。聚合物半導(dǎo)體發(fā)光器件也是注入型電致發(fā)光器件 #15822. pn 結(jié)（p-n junction ） 在一塊n型（或p型）半導(dǎo)體單晶上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎㄈ绾辖鸱?、擴(kuò)散法和離子注入法等）把 p型（或n型） 雜質(zhì)摻入其中，使這塊單晶的不同區(qū)域分別具有p型和n型的導(dǎo)電類型，在二者的交界面處就形成了pn結(jié)。pn 結(jié)剛形成時(shí)，p區(qū)的多數(shù)載流子空穴向n區(qū)擴(kuò)散，在n區(qū)邊界附近與電子復(fù)合。p區(qū)失去空穴，在其邊界附近就 剩下帶負(fù)電的受主離子；同理，n區(qū)電子也向p區(qū)擴(kuò)散，在其邊界附近剩下帶正電的施主離子。結(jié)果在 p區(qū)和n 區(qū)交界面的兩側(cè)形成帶正、負(fù)電荷的

42、區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)，也叫耗盡區(qū)（多數(shù)載流子缺乏）。空間電荷區(qū)內(nèi)正、 負(fù)離子電荷總量相等，其中形成的電場(chǎng)方向由n區(qū)指向p區(qū)，它就是pn結(jié)的自建電場(chǎng)。在平衡時(shí)，自建電場(chǎng)的 大小正好能阻止空穴和電子進(jìn)一步擴(kuò)散， 使空間電荷區(qū)寬度保持一定。當(dāng)結(jié)上加正向電壓時(shí)（即p區(qū)接電源正極， n區(qū)接負(fù)極），自建電場(chǎng)削弱，使多數(shù)載流子（p區(qū)的空穴，n區(qū)的電子）容易通過pn結(jié)，因而電流較大，這時(shí) pn結(jié)叫做正偏結(jié)，電流稱為正向電流；當(dāng)結(jié)上加反向電壓時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)增加，只有少數(shù)載流子（ p區(qū)的電子，n 區(qū)的空穴）易通過pn結(jié)，因而電流很小，這時(shí)pn結(jié)叫做反偏結(jié)，電流叫做反向電流。pn結(jié)具有單向?qū)щ娦?，這 是pn結(jié)最基本的

43、性質(zhì)之一。pn結(jié)這種整流特性是很多半導(dǎo)體器件和電路的核心。整流器及許多其他類型的二極 管都是只含1個(gè)pn結(jié)的器件；一般結(jié)型晶體管是 2個(gè)pn結(jié)構(gòu)成的器件；晶體閘流管是含有 3個(gè)或4個(gè)pn結(jié)的 器件。 #15823.耗盡區(qū)(depletion region ) 在半導(dǎo)體pn結(jié)、肖特基結(jié)、異質(zhì)結(jié)中，由于界面兩側(cè)半導(dǎo)體原有化學(xué)勢(shì)的差異導(dǎo)致界面附近能帶彎曲，從而形 成能帶彎曲區(qū)域電子或空穴濃度的下降，這一界面區(qū)域在半導(dǎo)體物理中稱為耗盡區(qū)。 #15825.緩變卩門結(jié)(graded p-n junction) 從p區(qū)到n區(qū)摻雜濃度逐漸改變的pn結(jié)，如用固態(tài)擴(kuò)散工藝制造的pn結(jié)。大多數(shù)緩變pn結(jié)數(shù)學(xué)上可作為

44、線性 緩變結(jié)處理。通常由擴(kuò)散工藝制備的pn結(jié)為緩變pn結(jié)，但在淺擴(kuò)散結(jié)或高反偏時(shí)它更接近于單邊突變pn結(jié)。 #15826.突變卩門結(jié)(abrupt p-n junction) 用合金法制造的pn結(jié)，n型區(qū)中施主雜質(zhì)濃度和p型區(qū)中受主雜質(zhì)濃度都是均勻分布的。在交界面處雜質(zhì)濃度由 nA(p型區(qū))突變?yōu)閚D(n型區(qū))，具有這種雜質(zhì)分布的pn結(jié)稱為突變結(jié)。實(shí)際的突變結(jié)，兩邊的雜質(zhì)濃度差很 多，通常稱這種結(jié)為單邊突邊結(jié)(記為p+n，或n+p)。 #15827. pn 結(jié)電容(p-n junction capacitanee) pn結(jié)具有電容特性。pn結(jié)電容包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容兩部分。pn結(jié)的耗盡層寬度

45、隨加在pn結(jié)上的電壓而改變。 當(dāng)pn結(jié)加正向偏壓時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度變窄、空間電荷數(shù)量減少，相當(dāng)于一部分電子和空穴“存入”勢(shì)壘區(qū)。正向 偏壓減小時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度增加，空間電荷數(shù)量增多，這相當(dāng)于一部分電子和空穴的“取出”。對(duì)于加反向偏壓情 況，可作類似分析。pn結(jié)的勢(shì)壘寬度隨外加電壓改變時(shí)，勢(shì)壘區(qū)中電荷也隨外加電壓而改變，這和電容器充放電 作用相似。這種pn結(jié)的電容效應(yīng)稱勢(shì)壘電容。另外，在正偏結(jié)中，有少數(shù)非平衡載流子分別注入n區(qū)和p區(qū)的 一個(gè)擴(kuò)散長度范圍內(nèi)（稱做擴(kuò)散區(qū)），其密度隨正向電壓的增加而增加，即在兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存的少數(shù)非平衡載 流子的數(shù)目隨pn結(jié)的正向電壓而變化。這種由于擴(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電

46、壓的變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為 pn結(jié)的擴(kuò)散電容。pn結(jié)電容是可變電容。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容都隨外加電壓而變化。pn結(jié)電容使電壓頻率增高 時(shí)，整流特性變差，是影響由pn結(jié)制成器件高頻使用的重要因素。利用pn結(jié)電容隨外加電壓非線性變化特性， 可制成變?nèi)荻O管，在微波信號(hào)的產(chǎn)生和放大等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 #15828. pn 結(jié)勢(shì)壘（barrier of p-n junction） pn結(jié)的空間電荷區(qū)中，存在由n邊指向p邊的自建電場(chǎng)。因此，自然形成n區(qū)高于p區(qū)的電勢(shì)差Vd。相應(yīng)的電子 勢(shì)能之差即能帶的彎曲量qVd稱為pn結(jié)的勢(shì)壘高度。pn結(jié)的p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)時(shí)必須越過勢(shì)壘才能到 達(dá)對(duì)

47、方區(qū)域，載流子的能量低于勢(shì)壘高度，就被勢(shì)壘阻擋而不能前進(jìn)，這個(gè)墊壘叫做pn結(jié)勢(shì)壘。pn結(jié)的勢(shì)壘高 度與兩邊半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度及其分布、溫度以及半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg有關(guān)。除pn結(jié)勢(shì)壘外，還有金屬與 半導(dǎo)體接觸的接觸勢(shì)壘（肖特基勢(shì)壘）、半導(dǎo)體表面形成的表面勢(shì)壘等。勢(shì)壘高度受外加電場(chǎng)的影響，當(dāng)外加電 場(chǎng)削弱勢(shì)壘區(qū)中電場(chǎng)時(shí)，勢(shì)壘降低，載流子容易通過；外加電場(chǎng)加強(qiáng)勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)時(shí)，勢(shì)壘高度升高，載流子不 易通過。利用pn結(jié)勢(shì)壘這一特性可制成整流、檢波等多種半導(dǎo)體器件。 #15829. pn 結(jié)擊穿(electrical breakdown of p-n junction) 對(duì)pn結(jié)施加的反向偏壓增大到

48、某一數(shù)值 Vbr時(shí)，反向電流密度突然開始迅速增大的現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿。發(fā)生擊穿 時(shí)的反向電壓稱為pn結(jié)的擊穿電壓。 擊穿電壓與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)、雜質(zhì)濃度及工藝過程等因素有關(guān)。pn結(jié)的擊穿從機(jī)理上可分為雪崩擊穿、隧道擊 穿和熱電擊穿三類。前兩者一般不是破壞性的，如果立即降低反向電壓，pn結(jié)的性能可以恢復(fù)；如果不立即降低 電壓，pn結(jié)就遭到破壞。pn結(jié)上施加反向電壓時(shí)，如沒有良好散熱條件，將使結(jié)的溫度上升，反向電流進(jìn)一步 增大，如此反復(fù)循環(huán)，最后使 pn結(jié)發(fā)生擊穿。由于熱不穩(wěn)定性引起的擊穿，稱為熱電擊穿，此類擊穿是永久破 壞性的。pn結(jié)擊穿是pn結(jié)的一個(gè)重要電學(xué)性質(zhì)，擊穿電壓限制了pn結(jié)的工作電壓

49、，所以半導(dǎo)體器件對(duì)擊穿電壓 都有一定的要求。但利用擊穿現(xiàn)象可制造穩(wěn)壓二極管、雪崩二極管和隧道二極管等多種器件。 #15830.雪崩擊穿(avalanche breakdown) 當(dāng)反向偏壓很大時(shí)，勢(shì)壘區(qū)中的電場(chǎng)很強(qiáng)，因而通過勢(shì)壘區(qū)的電子和空穴可以在電場(chǎng)作用下獲得很大的動(dòng)能，當(dāng) 能量足夠大時(shí)，和晶格碰撞而使價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，這種現(xiàn)象稱為“碰撞電離”。新 生的電子-空穴以及原有的電子和空穴，在電場(chǎng)作用下，又可重新獲得足夠的能量，再次和晶格碰撞而產(chǎn)生電子- 空穴對(duì)。如此繼續(xù)下去，載流子增加猶如“雪崩”的特性，稱為載流子倍增效應(yīng)。由于倍增效應(yīng)，使反向電流迅 速增加從而發(fā)生擊穿，

50、這就是雪崩擊穿的機(jī)理。雪崩擊穿除與勢(shì)壘區(qū)中電場(chǎng)有關(guān)外，還與勢(shì)壘區(qū)寬度有關(guān)。勢(shì)壘 區(qū)寬的易發(fā)生雪崩擊穿。 #15831.隧道擊穿(tunnel breakdown ) 隧道擊穿是在強(qiáng)電場(chǎng)下，由于隧道效應(yīng)使大量電子從價(jià)帶穿過禁帶而進(jìn)入導(dǎo)帶所引起的一種擊穿。因?yàn)樽畛跏怯?齊納(Zener)提出的，故又稱齊納擊穿。當(dāng) pn結(jié)的反向電壓比較大時(shí)，勢(shì)壘區(qū)能帶發(fā)生傾斜，甚至可以使n區(qū) 的導(dǎo)帶底比p區(qū)的價(jià)帶頂還低，使p區(qū)價(jià)帶的電子有可以隧道穿過勢(shì)壘到達(dá) n區(qū)導(dǎo)帶中去，使反向電流急劇增大， 發(fā)生隧道擊穿。對(duì)于摻雜濃度比較高的情況下，勢(shì)壘區(qū)薄，往往易發(fā)生隧道擊穿。 #15832.金屬-半導(dǎo)體接觸(metal-se

51、mic on ductor con tact) 在半導(dǎo)體片上淀積一層金屬形成緊密的接觸。硅器件和集成電路中大量采用的鋁-硅接觸就是典型的實(shí)例。金屬- 半導(dǎo)體接觸中最重要的有兩類典型接觸：一類是金屬與半導(dǎo)體的沒有整流作用的接觸，稱為歐姆接觸，這種接觸 與一個(gè)電阻等效；另一類是整流接觸，具有類似于pn結(jié)的單向?qū)щ娦?。上述特性是由于金?半導(dǎo)體接觸時(shí)，兩 者的功函數(shù)不同，電子可以從金屬流向半導(dǎo)體，或半導(dǎo)體流入金屬，從而使半導(dǎo)體表面形成表面勢(shì)壘(又稱阻擋 層)或反阻擋層所致。反阻擋層是很薄的高電導(dǎo)的區(qū)域，它對(duì)金屬和半導(dǎo)體接觸電阻影響很小。表面阻擋層存在 使金屬-半導(dǎo)體接觸具有整流作用。在半導(dǎo)體表面處的

52、禁帶中存在著表面態(tài)，對(duì)應(yīng)能級(jí)稱為表面能級(jí)。表面能級(jí) 對(duì)表面勢(shì)壘有很大的影響。 #15833.肖特基勢(shì)壘(Schottky barrier ) 金屬和半導(dǎo)體接觸形成半導(dǎo)體表面勢(shì)壘，此勢(shì)壘又稱肖特基勢(shì)壘。 #15834.歐姆接觸(Ohmic con tact ) 金屬與半導(dǎo)體接觸形成非整流的接觸，即歐姆接觸。它不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，也不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi)部的平衡載流 子濃度發(fā)生顯著的改變。歐姆接觸在實(shí)際中有很重要的應(yīng)用。半導(dǎo)體器件一般都要利用金屬電極輸入或輸出電流， 這就要求在金屬和半導(dǎo)體之間有良好的歐姆接觸。在超高頻和大功率器件中，歐姆接觸是設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵問題 之一。制作歐姆接觸最常用的方法是用重?fù)?/p>

53、雜的半導(dǎo)體與金屬接觸，常常是在n型或p型半導(dǎo)體上作一層重?fù)诫s 區(qū)后再與金屬接觸，形成金屬-n +-n或金屬-p+-p結(jié)構(gòu)。 #15835.肖特基缺陷(Schottky defect ) 是一種化合物半導(dǎo)體中的點(diǎn)缺陷。在化合物MX中，在TOK時(shí)，由于晶格熱振動(dòng)，能量大的原子離開原格點(diǎn)進(jìn) 入晶格間隙或進(jìn)入表面，或蒸發(fā)到外界，而失去原子的晶格位置即出現(xiàn)空缺生成空位以符號(hào)Vm (或V)表示。空 位是化合物半導(dǎo)體中常見的點(diǎn)缺陷之一。如果對(duì)一個(gè)按化學(xué)計(jì)量比組成的化合物MX晶體，在產(chǎn)生乂的同時(shí)，也 產(chǎn)生數(shù)目相同的 W 此時(shí)產(chǎn)生的缺陷稱肖特基缺陷，記作(Vm+VX)?？瘴豢梢允侵行裕部蓭д娀蜇?fù)電。它對(duì)化

54、合物半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能有較大的影響。 #15836.熱離子發(fā)射(thermion emission ) 金屬或半導(dǎo)體表面的電子具有熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服表面勢(shì)壘而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象。金屬或半導(dǎo)體向真空發(fā)射 電子所需的最低能量稱為逸出功或功函數(shù)，即表面勢(shì)壘高度。在金屬半導(dǎo)體接觸界面同樣存在熱離子發(fā)射，此時(shí) 所要克服的勢(shì)壘由金屬半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘決定。 #15837.半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)(semic on ductor heteroj un cti on) 組成pn結(jié)的n型區(qū)和p型區(qū)用不同的半導(dǎo)體材料組成時(shí)，其過渡區(qū)就稱之為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。 #15838.拉曼散射(Raman scattering ) 拉曼散射是指

55、入射光子與組成系統(tǒng)(如液體、透明玻璃、固體等)的分子間的非彈性碰撞引起的分子與光子間的 能量交換，使一部分入射光子的能量發(fā)生改變，因此其波長改變的現(xiàn)象。由于能量守恒，光子獲得或失去的能量 應(yīng)等于分子能量的改變。通過測(cè)量光子能量的改變可以檢測(cè)分子能量的改變，這種改變通常與分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，振動(dòng) 能量及電子能量有關(guān)。 #15839.霍爾效應(yīng)(Hall effect ) 在半導(dǎo)體薄片的兩端之間通以電流，如果在與薄片垂直的方向外加一磁場(chǎng)，則電子和空穴在洛倫茲力作用下，將 沿著與磁場(chǎng)方向垂直的方向移動(dòng)。如沿洛倫茲力的方向設(shè)置電極，則可檢測(cè)出電壓(霍爾電壓)。這個(gè)現(xiàn)象稱為 霍爾效應(yīng)。霍爾電場(chǎng)Ey與電流密度jx和

56、磁感應(yīng)強(qiáng)度R成正比，即Ey二RJxR，比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)?；魻栂禂?shù) 的數(shù)值與正負(fù)和半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型、載流子濃度、遷移率大小以及溫度、樣品形狀等因素有關(guān)?；魻栃?yīng)是研究 半導(dǎo)體物理性質(zhì)的一個(gè)很重要的方法，可測(cè)定載流子濃度、導(dǎo)電類型和霍爾遷移率。利用霍爾效應(yīng)制成的電子器 件稱為霍爾器件。由于霍爾器件有在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場(chǎng)的能力，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單、小型、堅(jiān)固，同時(shí)是以多數(shù)載 流子工作為主、頻率響應(yīng)寬、壽命長、可靠性高，所以在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及信息處理等方面得到廣泛的應(yīng) 用。常用材料有硅、錯(cuò)和遷移率高的砷化鎵、銻化銦、砷化銦等皿V族化合物半導(dǎo)體。 #15878.佩爾捷效應(yīng)(Peltier eff

57、ect ) 當(dāng)兩種不同的半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體與金屬相接觸并接通電流時(shí)，接觸面處除產(chǎn)生焦耳熱以外，還要吸熱或放熱，稱 為佩爾捷效應(yīng)，而且這個(gè)效應(yīng)是可逆的。與兩個(gè)不同金屬接觸相比，半導(dǎo)體之間相接觸產(chǎn)生的效應(yīng)要大得多。通 過佩爾捷效應(yīng)，使得一個(gè)接頭不斷吸熱而產(chǎn)生低溫，可制造溫差發(fā)電器和制冷器。為了提高效率，必須選擇澤貝 克系數(shù)大的半導(dǎo)體材料，還必須選擇熱導(dǎo)率和電阻率小的材料。因此，一般常用BizTa、SbTa、BizSb等VW 族化合物半導(dǎo)體作溫差制冷材料 #15879.塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect ) 當(dāng)兩個(gè)不同的導(dǎo)體a和b兩端相接，組成一個(gè)閉合線路，如兩個(gè)接頭A和B具有不同的溫度，則線路

58、中便有電流， 這種電流稱為溫差電流，這個(gè)環(huán)路便組成溫差電偶，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值一般只與兩個(gè)接 頭的溫度有關(guān)。這個(gè)效應(yīng)是于1821年由澤貝克發(fā)現(xiàn)的，故稱為澤貝克效應(yīng)，溫差電動(dòng)勢(shì)也稱為澤貝克電動(dòng)勢(shì)(ab 示之)。定義溫差電動(dòng)勢(shì)率 a ab aab = dT a ab為單位溫差時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)，亦稱澤貝克系數(shù)，單位為V/K。兩個(gè)不同半導(dǎo)體也可構(gòu)成閉合線路，當(dāng)兩個(gè)接頭 處溫度不同時(shí)，也要產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，而且數(shù)值比金屬導(dǎo)體大得多。在室溫附近，半導(dǎo)體的a ab有幾百卩V/K, 而金屬的a ab只在0.1與10卩V/K之間。因此，半導(dǎo)體在熱能與電能的轉(zhuǎn)換上，可以有較高的效率，在溫差發(fā)電 方

59、面有較廣的應(yīng)用。常用溫差發(fā)電半導(dǎo)體材料有Bi2Te3、ZnSb PbTe GeTe和FeSi?等。 #15880.固體電子學(xué)(solid state electronics ) 固體電子學(xué)是隨著固體器件特別是半導(dǎo)體 /集成電路的空前發(fā)展出現(xiàn)的一門新興邊緣學(xué)科，該學(xué)科主要涉及用固 體電子器件實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜電子系統(tǒng)。 #15881.微電子學(xué)(microelectronics ) 是研究在固體(主要是半導(dǎo)體)材料上構(gòu)成微小型化電子電路、子系統(tǒng)及系統(tǒng)的電子學(xué)分支學(xué)科，是當(dāng)今電子學(xué) 的最重要組成部分，是信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、固體電子學(xué)、醫(yī)用電子學(xué)等學(xué)科的發(fā)展基礎(chǔ)。微電子學(xué)包括半導(dǎo) 體材料與器件物理、集成電

60、路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造，并與光電子學(xué)及超導(dǎo)電子學(xué)相互滲透。 #15882.納米電子學(xué)(nanoelectronics ) 以納米尺度材料為基礎(chǔ)的器件制備、研究和應(yīng)用的電子學(xué)領(lǐng)域?yàn)榧{米電子學(xué)。由于量子尺寸效應(yīng)等量子力學(xué)機(jī)制, 納米材料和器件中電子的形態(tài)具有許多新的特征。納米電子學(xué)是當(dāng)前科學(xué)界極為重視的研究領(lǐng)域，被廣泛認(rèn)為未 來數(shù)十年將取代微電子學(xué)成為信息技術(shù)的主體，將對(duì)人類的工作和生活產(chǎn)生革命性影響。 #15883.本征半導(dǎo)體(in tri nsic semico nductor) 完全不含雜質(zhì)和缺陷，僅依賴本征載流子導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料。實(shí)際半導(dǎo)體不能絕對(duì)地純凈，本征半導(dǎo)體一般是指 導(dǎo)電主要由材料的