半导体物理期末总结

载流子：晶体中荷载电流（或传导电流）的粒子，如电子和空穴。空穴：在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下的空位。（价带中不被电子占据的空状态，价带顶附近空穴有效质量0）杂质的补偿作用：受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA受主能级后，施主能级上还有ND-NA个电子，在杂质全部电离的条件下，它们跃迁到导带中成为导电电子，这时，n=ND-NA≈ND,半导体是n型的；同理p型。等电子陷阱：与基质晶体原子具有同数量价电子的杂质原子，它们替代了格点上的同族原子后，基本上仍是电中性的。由于原子序数不同，这些原子的共价半径和电负性有差别，因而它们能俘获某种载流子而成为带电中心。本征半导体：晶体具有完整的（完美的）晶格结构，无任何杂质和缺陷。有效质量（物理意义？）：电子受到外力+原子核势场和其它电子势场力，引入有效质量可以把加速度和外力直接联系。根据势场的作用由有效质量反映，mn*的正负反应了晶体内部势场的作用。分布函数：能量为E的一量子态被一个电子占据概率为杂质电离：当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子；当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴等。费米能级的意义：当它和温度T、半导体材料的导电类型n、p，杂质的含量以及能量零点选取有关。EF是一个很重要的物理参数，只要知道EF数值，在特定T下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定。统计理论表明，热力学上费米能级EF是系统的化学势。费米能级位置直观地标志了电子占据量子态情况。固体物理中处于基态的单个Fermi粒子所具有的最大能量—Fermi粒子所占据的最高能级的能量。费米能级标志了电子填充能级的水平。对一系统而言,EF位置较高，有较多的能量较高的量子态上有电子。杂质散射和格波散射：（1）杂质电离后是一个带电离子，施主电离后带正电，受主电离后带负电。在电离施主或受主周围形成一个库仑势场，局部地破坏周期性势场，是使载流子散射的附加势场。（2）Ｔ定，晶格中原子都各自在其平衡位置附近作微振动。晶格中原子的振动都是由若干不同的基波—格波按照波的叠加原理组合而成，声学波声子往往起着交换动量的作用，光学波交换能量。非弹性散射，主要是长波。复合中心和陷阱中心：（1）对于有效复合中心,rn≈rp，电子陷阱：rnrp；空穴陷阱：rprn（2）复合中心和电子陷阱中电子的运动途径不同。复合中心的电子直接落入价带与空穴复合；电子陷阱中的电子要和空穴复合，它必须重新激发到导带，再通过有效复合中心完成和空穴的复合。（3）位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心对于电子陷阱：EF以上的能级，越接近EF，陷阱效应越显著。杂质能级最利于陷阱作用的形成。电阻率与温度的关系：AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降。BC段：温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大（1分）。C段：温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻的影响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。PN结的整流特性：单向导电性。肖克莱方程：表面态：电子被局域在表面附近，这样的电子状态称为表面态。每个表面原子对应禁带中一个表面能级，这些能级组成表面能带。（还要会算）MIS结构的电场特性，四种状态：热平衡下，费米能级应保持定值。随着向表面接近，价带顶逐渐移近甚至高过费米能级，价带中空穴浓度随之增加。表面层出现空穴堆积而带正电荷。越接近表面空穴浓度越高，堆积的空穴分布在最靠近表面的薄层内。越近表面，费米能级离价带顶越远，价带中空穴浓度随之降低。表面处空穴浓度比体内低得多，表面层的负电荷基本上等于电离受主杂质浓度。表面层的这种状态称做耗尽。表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来半导体衬底导电类型（空穴）相反的层---反型层。施主杂质，受主杂质（举例）：（1）施主杂质电离过程：As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。（2）受主杂质电离过程：Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。迁移率：表示单位场强度下电子的平均漂移速度，表征半导体电迁移能力的重要参数。功函数（计算）：真空电子能级与半导体的费米能级之差称为半导体功函数。影响功函数的因素是掺杂浓度、温度和半导体的电子亲和势。空间电荷区：pn结形成过程中，多数载流子的相互扩散使达到平衡后（1分），在pn结附近p区一侧出现了由电离受主构成的一个负电荷区（1分），在n区出现由电离施主构成的正电荷区，称为空间电荷（1分）。他们存在的区域称为空间电荷区（1分）。理想半导体：（1）原子在格点上固定。（2）杂质不存在（工艺流程中引入；人为掺杂；温度的影响等。（3）无缺陷（点缺陷；线缺陷；面缺陷）扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离，材料的扩散系数有标准数据，扩散长度测量是测量寿命方法之一。直接复合、间接复合：（1）电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合②电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。PN结的导通：PN结正偏，势垒区变窄，内建电场减弱，多子扩散大于少子漂移，多子扩散形成较大的正向电流I，PN结导通。电导率和迁移率的关系：PN结的势垒高度和宽度：平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差VD称为接触电势差或内建电势差。相应的电子电势能之差qVD称为pn结的势垒高度。非平衡载流子寿命及意义：非平衡载流子的平均生存时间，（1/τ:单位时间内非平衡载流子的复合概率），寿命标志非平衡载流子浓度减小到原值1/e经历的时间。！！！准费米能级：当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态时，就不再存在统一的费米能级。引入准费米能级，非平衡状态下的载流子浓度用与平衡载流子浓度类似公式表达。欧姆定律微分形式：电子浓度和温度关系图的分析P74：能带产生的原因（允带、禁带、空带、满带、导带和价带）：杂质半导体载流子浓度与温度的关系：电中性方程：金属半导体接触的能带：金半接触的各种情况：MIS结构绝缘层中的电荷：影响MIS结构CV特性的因素：金属半导体功函数差和绝缘层中电荷，使得半导体表面在外加偏压为零的情况下并不处于平带状态。功函数差别越大，绝缘层中电荷越靠近半导体，对CV曲线影响越大。电离能:记住公式多数载流子：