半導(dǎo)體物理學(xué)期末復(fù)習(xí)

半導(dǎo)體物理學(xué)期末復(fù)習(xí)張晉敏zjmgz@163.com基本概念有效質(zhì)量：載流子在晶體中的表觀質(zhì)量，它體現(xiàn)了周期場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響。其物理意義：1）有效質(zhì)量的大小仍然是慣性大小的量度；2）有效質(zhì)量反映了電子在晶格與外場(chǎng)之間能量和動(dòng)量的傳遞，因此可正可負(fù)。空穴：是一種準(zhǔn)粒子，代表半導(dǎo)體近滿帶（價(jià)帶）中的少量空態(tài)，相當(dāng)于具有正的電子電荷和正的有效質(zhì)量的粒子，描述了近滿帶中大量電子的運(yùn)動(dòng)行為?；匦舱瘢喊雽?dǎo)體中的電子在恒定磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用將作回旋運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在半導(dǎo)體上再加垂直于磁場(chǎng)的交變磁場(chǎng)，當(dāng)交變磁場(chǎng)的頻率等于電子的回旋頻率時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈的共振吸收現(xiàn)象，稱為回旋共振。施主：在半導(dǎo)體中起施予電子作用的雜質(zhì)。受主：在半導(dǎo)體中起接受電子作用的雜質(zhì)。雜質(zhì)電離能：使中性施主雜質(zhì)束縛的電子電離或使中性受主雜質(zhì)束縛的空穴電離所需要的能量。n-型半導(dǎo)體：以電子為主要載流子的半導(dǎo)體。p-型半導(dǎo)體：以空穴為主要載流子的半導(dǎo)體。雜質(zhì)補(bǔ)償：在半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)時(shí)，存在雜質(zhì)補(bǔ)償現(xiàn)象，即施主雜質(zhì)束縛的電子優(yōu)先填充受主能級(jí)，實(shí)際的有效雜質(zhì)濃度為補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度，即兩者之差。淺能級(jí)雜質(zhì)：雜質(zhì)能級(jí)位于半導(dǎo)體禁帶中靠近導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂，即雜質(zhì)電離能很低的雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)有較大的影響。深能級(jí)雜質(zhì)：雜質(zhì)能級(jí)位于半導(dǎo)體禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底（施主）或價(jià)帶頂（受主），即雜質(zhì)電離能很大的雜質(zhì)。深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)影響較小，但對(duì)半導(dǎo)體中非平衡載流子的復(fù)合過程有重要作用。位于半導(dǎo)體禁帶中央能級(jí)附近的深能級(jí)雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。直接帶隙：半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂位于k空間同一位置時(shí)稱為直接帶隙。直接帶隙材料中載流子躍遷幾率較大。間接帶隙：半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂位于k空間不同位置時(shí)稱為間接帶隙。間接帶隙材料中載流子躍遷時(shí)需有聲子參與，躍遷幾率較小。平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài)：半導(dǎo)體處于熱平衡態(tài)時(shí)，載流子遵從平衡態(tài)分布，電子和空穴具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。半導(dǎo)體處于外場(chǎng)中時(shí)為非平衡態(tài)，載流子分布函數(shù)偏離平衡態(tài)分布，電子和空穴不具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，載流子濃度也比平衡時(shí)多出一部分，但可認(rèn)為它們各自達(dá)到平衡，可引入準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)表示。電中性條件：半導(dǎo)體在任何情況下都維持體內(nèi)電中性，即單位體積內(nèi)正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等。非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：半導(dǎo)體中載流子分布可由經(jīng)典的玻爾茲曼分布代替費(fèi)米分布描述時(shí)，稱之為非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：半導(dǎo)體重?fù)诫s時(shí)，其費(fèi)米能級(jí)有可能進(jìn)入到導(dǎo)帶或價(jià)帶中，此時(shí)載流子分布必須用費(fèi)米分布描述，稱之為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。簡(jiǎn)并半導(dǎo)體有如下性質(zhì)：1）雜質(zhì)不能充分電離；2）雜質(zhì)能級(jí)擴(kuò)展為雜質(zhì)能帶。如果雜質(zhì)能帶與導(dǎo)帶或價(jià)帶相連，則禁帶寬度將減小。本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體即純凈半導(dǎo)體，其載流子濃度隨溫度增加呈指數(shù)規(guī)律增加。雜質(zhì)半導(dǎo)體：在半導(dǎo)體中人為地，有控制地?fù)饺肷倭康臏\能級(jí)雜質(zhì)的半導(dǎo)體，可在較大溫度范圍內(nèi)保持半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度不隨溫度改變。即摻雜的主要作用是在較大溫度范圍維持半導(dǎo)體中載流濃度不變。多數(shù)載流子與少數(shù)載流子：多數(shù)載流子是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起主要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的電子。而少數(shù)載流子在是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起次要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的空穴。費(fèi)米分布：費(fèi)米分布是費(fèi)米子（電子）在平衡態(tài)時(shí)的分布，其物理意義是在溫度T時(shí)，電子占據(jù)能量為E的狀態(tài)的幾率，或能量為E的狀態(tài)上的平均電子數(shù)。費(fèi)米能級(jí)：費(fèi)米能級(jí)是T=0K時(shí)電子系統(tǒng)中電子占據(jù)態(tài)和未占據(jù)態(tài)的分界線，是T=0K時(shí)系統(tǒng)中電子所能具有的最高能量。漂移速度：載流子在外場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)的平均速度，弱場(chǎng)下漂移速度大小正比于外場(chǎng)強(qiáng)度。遷移率：描述半導(dǎo)體中載流子在外場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量，若外場(chǎng)不太強(qiáng)，載流子運(yùn)動(dòng)遵從歐姆定律時(shí)，遷移率與電場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)，為一常數(shù)。強(qiáng)場(chǎng)時(shí)，遷移率與外場(chǎng)有關(guān)。電導(dǎo)率：描述材料導(dǎo)電性質(zhì)的物理量。半導(dǎo)體中載流子遵從歐姆定律時(shí)，電流密度正比于電場(chǎng)強(qiáng)度，其比例系數(shù)即為電導(dǎo)率。電導(dǎo)率大小與載流子濃度，載流子的遷移率有關(guān)。從微觀機(jī)制看，電導(dǎo)率與載流子的散射過程有關(guān)。電阻率：電導(dǎo)率的倒數(shù)。本征半導(dǎo)體電阻率隨溫度上升而單調(diào)下降。同樣，電阻率與載流子的散射過程有關(guān)。金屬電阻率：隨溫度上升而上升。（晶格振動(dòng)散射）散射幾率：載流子在單位時(shí)間內(nèi)被散射的次數(shù)。平均自由時(shí)間：載流子在兩次散射之間自由運(yùn)動(dòng)的平均時(shí)間。強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)：電場(chǎng)強(qiáng)度較高時(shí)載流子的平均漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系偏離線性關(guān)系的現(xiàn)象，此時(shí)遷移率不再是常數(shù)。電場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增加時(shí)，漂移速度不再隨外場(chǎng)增加而變化，達(dá)到飽和。熱載流子：半導(dǎo)體處于強(qiáng)場(chǎng)中時(shí)，電子的平均能量高于晶格平均能量，以溫度度量，則電子平均溫度高于晶格平均溫度，因此稱強(qiáng)場(chǎng)中電子為熱載流子。多能谷散射：半導(dǎo)體中有多個(gè)能量值接近的導(dǎo)帶底時(shí)，電子被散射到不同能谷的現(xiàn)象。負(fù)微分電導(dǎo)（電阻）：定義dJ/dE為微分電導(dǎo)，當(dāng)半導(dǎo)體中電流密度隨電場(chǎng)增加而減小時(shí)，微分電導(dǎo)小于零，稱為負(fù)微分電導(dǎo)。耿氏振蕩：存在負(fù)微分電導(dǎo)的半導(dǎo)體在強(qiáng)場(chǎng)中電流出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象。由于載流子分布不均勻，在高阻區(qū)形成偶極疇，偶極疇不斷產(chǎn)生、長(zhǎng)大、漂移和吸收的過程便產(chǎn)生微波振蕩。非平衡載流子：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，比平衡態(tài)時(shí)多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。Δp=Δn非平衡載流子的注入與復(fù)合：非平衡載流子的產(chǎn)生過程稱為注入，非平衡載流子湮滅的過程稱為復(fù)合。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴不再有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，但可以認(rèn)為它們各自達(dá)到平衡，相應(yīng)的費(fèi)米能級(jí)稱為電子和空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。少子壽命：非平衡少數(shù)載流子在半導(dǎo)體中存在的平均時(shí)間。即產(chǎn)生非平衡載流子的因素去除后，非平衡載流子濃度衰減至初始時(shí)濃度的1/e倍所需的時(shí)間。直接復(fù)合：電子從導(dǎo)帶直接躍遷至價(jià)帶與空穴相遇而復(fù)合。間接復(fù)合：電子通過禁帶中的能級(jí)而躍遷至價(jià)帶與空穴相遇而復(fù)合。表面復(fù)合：發(fā)生在半導(dǎo)體表面處的復(fù)合。體內(nèi)復(fù)合：發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)部的復(fù)合。輻射復(fù)合：電子從高能級(jí)躍遷至低能級(jí)與空穴復(fù)合時(shí)，多余的能量以輻射光子的形式釋放。無輻射復(fù)合：電子從高能級(jí)躍遷至低能級(jí)與空穴復(fù)合時(shí)，多余的能量以輻射聲子的形式釋放。俄歇復(fù)合：電子從高能級(jí)躍遷至低能級(jí)與空穴復(fù)合時(shí)，釋放的能量用于其它載流子由較低能態(tài)躍遷至較高能態(tài)。復(fù)合債中心城：對(duì)失間接金復(fù)合僻起促?gòu)倪M(jìn)作吩用的幕深能純級(jí)雜斑質(zhì)。撫相應(yīng)臉的雜段質(zhì)能勻級(jí)稱姓為復(fù)檔合中到心能爆級(jí)，補(bǔ)通常多位于耳半導(dǎo)趕體禁圓帶中慎央能襪級(jí)附導(dǎo)近。載流土子陷俘阱：寇對(duì)間施接復(fù)莫合起鍛阻礙宋作用盞的深逃能級(jí)衰雜質(zhì)獵。相膨應(yīng)的淋雜質(zhì)際能級(jí)稼稱為雅陷阱越能級(jí)心。計(jì)算班問題能態(tài)占密度雜質(zhì)尸電離駐能費(fèi)米偶能級(jí)載流月子濃秋度電阻鉤率電導(dǎo)謊率半導(dǎo)蹤蝶體能喇帶結(jié)抹構(gòu)示第意圖分布乒函數(shù)著曲線能態(tài)旅密度排曲線準(zhǔn)費(fèi)法米能浙級(jí)作圖嶺問題典型蜘半導(dǎo)情體的婚能帶嗎結(jié)構(gòu)半導(dǎo)侮體的歇能帶低結(jié)構(gòu)-價(jià)帶輔為滿蘋帶，里價(jià)帶旨與緊裹鄰空歇帶間州禁帶撲寬度野較小雹；室竟溫下林即有有電子慶從價(jià)猾帶躍外升至蒼導(dǎo)帶培：Eg<2eV空帶（導(dǎo)帶）滿帶（價(jià)帶）T=0K。。。。。。。.........Eg<2eV導(dǎo)帶（近乎空帶）價(jià)帶（近乎滿帶）EcEvEvEcT>0KSi、Ge的能磚帶結(jié)進(jìn)構(gòu)（臨間接討帶隙勺）Ga望As的能寧帶結(jié)酬構(gòu)（直患接帶涼隙）分布跡函數(shù)騙曲線E01f(E)T＝0能態(tài)柿密度來曲線0EN(E)半導(dǎo)突體平想衡時(shí)姥能帶淺結(jié)構(gòu)揭：處于夢(mèng)非平習(xí)衡態(tài)梁時(shí)半宿導(dǎo)體照的準(zhǔn)津費(fèi)米撿能級(jí)指：p型半導(dǎo)體EvEFEcEFEcEvn型半導(dǎo)體EFEcEvn型半導(dǎo)體EFnEFpp型半導(dǎo)體EvEFEcEFpEFn實(shí)驗(yàn)凍規(guī)律費(fèi)米天能級(jí)煌與雜江質(zhì)濃韻度和煤溫度悼的關(guān)醉系費(fèi)米鴨能級(jí)束的位掙置與捷半導(dǎo)洪體的蝴導(dǎo)電侵類型母及電返子填里充能調(diào)級(jí)水貓平的目關(guān)系雜質(zhì)宵半導(dǎo)胡體中世載流刷子濃妨度與制溫度京的關(guān)騎系雜質(zhì)導(dǎo)半導(dǎo)裙體中拖載流仗子濃她度與咬雜質(zhì)按濃度師的關(guān)泥系載流基子的伸遷移更率與嫩雜質(zhì)躲濃度逝和溫墨度的民關(guān)系半導(dǎo)身體的吸電阻刑率與綢溫度暖的關(guān)攏系半導(dǎo)纖體中鞋非平綢衡載勉流子諸的運(yùn)窩