半导体物理(刘恩科)--详细归纳总结
第一章、 半导体中的电子状态习题
什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。
试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征。
1-4、简述Ge、Si和GaAS的能带结构的主要特征。
1-5、某一维晶体的电子能带为
其中E0=3eV，晶格常数a=5х10-11m。求：
能带宽度；
能带底和能带顶的有效质量。
题解：
解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥Eg）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。
解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下：
A、荷正电：+q；
B、空穴浓度表示为p（电子浓度表示为n）；
C、EP=-En
D、mP*=-mn*。
解：
Ge、Si:
a）Eg (Si：0K) = 1.21eV；Eg (Ge：0K) = 1.170eV；
b）间接能隙结构
c）禁带宽度Eg随温度增加而减小；
（2） GaAs：
a）Eg（300K）= 1.428eV，Eg (0K) = 1.522eV；
b）直接能隙结构；
c）Eg负温度系数特性： dEg/dT = -3.95×10-4eV/K；
解：
由题意得：
（2）
答：能带宽度约为1.1384Ev，能带顶部电子的有效质量约为1.925x10-27kg，能带底部电子的有效质量约为-1.925x10-27kg。
第二章、半导体中的杂质和缺陷能级
2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？
2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。
2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。
2-4、掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。
2-5、两性杂质和其它杂质有何异同？
2-6、深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？
2-7、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？
题解：
2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。
2-2、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。
施主电离前不带电，电离后带正电。例如，在Si中掺P，P为Ⅴ族元素，本征半导体Si为Ⅳ族元素，P掺入Si中后，P的最外层电子有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而P的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。
n型半导体的能带图如图所示：其费米能级位于禁带上方
2-3、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。受主电离前带不带电，电离后带负电。
例如，在Si中掺B，B为Ⅲ族元素，而本征半导体Si为Ⅳ族元素，P掺入B中后，B的最外层三个电子与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而B倾向于接受一个由价带热激发的电子。这个过程就是受主电离。
p型半导体的能带图如图所示：其费米能级位于禁带下方
2-4、解：在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导电特性。掺杂半导体又分为n型半导体和p型半导体。
例如，在常温情况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为1.5╳1010cm-3。当在Si中掺入1.0╳1016cm-3 后，半导体中的电子浓度将变为1.0╳1016cm-3，而空穴浓度将近似为2.25╳104cm-3。半导体中的多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。
2-5、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂质。如Ⅲ-Ⅴ族GaAs中掺Ⅳ族Si。如果Si替位Ⅲ族As，则Si为施主；如果Si替位Ⅴ族Ga，则Si为受主。所掺入的杂质具体是起施主还是受主与工艺有关。
2-6、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。
浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用。
2-7、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最后电离，这就是杂质补偿。
利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的导电类型，制造各种器件。
第三章、 半导体中载流子的统计分布
3-1、对于某n型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上。即EFn>EFi。
3-2、试分别定性定量说明：
在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高；
对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高，载流子浓度越高。
3-3、若两块Si样品中的电子浓度分别为2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，试分别求出其中的空穴的浓度和费米能级的相对位置，并判断样品的导电类型。假如再在其中都掺入浓度为2.25×1016cm-3的受主杂质，这两块样品的导电类型又将怎样？
3-4、含受主浓度为8.0×106cm-3和施主浓度为7.25×1017cm-3的Si材料，试求温度分别为300K和400K时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。
3-5、试分别计算本征Si在77K、300K和500K下的载流子浓度。
3-6、Si样品中的施主浓度为4.5×1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？
3-7、某掺施主杂质的非简并Si样品，试求EF=（EC+ED）/2时施主的浓度。
解：
3-1、证明：设nn为n型半导体的电子浓度，ni为本征半导体的电子浓度。
显然
nn> ni
即
得证。
3-2、解：
在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，则跃迁所需的能量越小，所以受激发的载流子浓度随着禁带宽度的变窄而增加。
由公式：
也可知道，温度不变而减少本征材料的禁带宽度，上式中的指数项将因此而增加，从而使得载流子浓度因此而增加。
（2）对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高，受激发的载流子将因此而增加。由公式
可知，这时两式中的指数项将因此而增加，从而导致载流子浓度增加。
3-3、解：由
得：
可见，
又因为
，则
假如再在其中都掺入浓度为2.25×1016cm-3的受主杂质，那么将出现杂质补偿，第一种半导体补偿后将变为p型半导体，第二种半导体补偿后将近似为本征半导体。
答：第一种半导体中的空穴的浓度为1.1x1010cm-3,费米能级在价带上方0.234eV处；第一种半导体中的空穴的浓度为3.3x103cm-3,费米能级在价带上方0.331eV处。掺入浓度为2.25×1016cm-3的受主杂质后，第一种半导体补偿后将变为p型半导体，第二种半导体补偿后将近似为本征半导体。
3-4、解：由于杂质基本全电离，杂质补偿之后，有效施主浓度
则300K时，
电子浓度
空穴浓度
费米能级为：
在400K时，根据电中性条件
和
得到：
费米能级为：
答：300K时此材料的电子浓度和空穴浓度分别为7.25 x1017cm-3和3.11x102cm-3，费米能级在价带上方0.3896eV处；400 K时此材料的电子浓度和空穴浓度分别近似为为7.248 x1017cm-3和1.3795x108cm-3，费米能级在价带上方0.08196eV处。
3-5、解：假设载流子的有效质量近似不变，则
所以，由
，有：
答：77K下载流子浓度约为1.159×10-20cm-3，300 K下载流子浓度约为3.5×1019cm-3，500K下载流子浓度约为1.669×1014cm-3。
3-6、解：在300K时，因为ND>10ni，因此杂质全电离
n0=ND≈4.5×1016cm-3
答： 300K时样品中的的电子浓度和空穴浓度分别是4.5×1016cm-3和5.0×103cm-3。
3-7、解：由于半导体是非简并半导体，所以有电中性条件
n0=ND+
答：ND为二倍NC。
第四篇半导体的导电性习题
4-1、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。
4-2、何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？
4-3、试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。
4-4、证明当µn≠µp，且电子浓度
，空穴浓度
时半导体的电导率有最小值，并推导
的表达式。
4-5、0.12kg的Si单晶掺有3.0×10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。（Si单晶的密度为2.33g/cm3，Sb的原子量为121.8）
解：
4-1、解：对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主体作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体的相比较，影响并不大，所以这时侯随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加后，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。对一般掺杂半导体，由于杂质浓度较低，电离杂质散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越低。
4-2、解：迁移率是单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。
4-3、解：Si的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段：
温度很低时，电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱，可以忽略；载流子主要来源于杂质电离，随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大，导致电阻率随温度升高而降低。
温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内，杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度升高而升高。
温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多，虽然迁移率随温度升高而降低，但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。当然，温度超过器件的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。
4-4、证明：
得证。
4-5、解：
故材料的电导率为：
答：此材料的电导率约为24.04Ω-1cm-1。
第五章、非平衡载流子习题
5-1、何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？
5-2、漂移运动和扩散运动有什么不同？
5-3、漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？
5-4、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？
5-5、证明非平衡载流子的寿命满足
，并说明式中各项的物理意义。
5-6、导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。
5-7、间接复合效应与陷阱效应有何异同？
5-8、光均匀照射在6
的n型Si样品上，电子-空穴对的产生率为4×1021cm-3s-1，样品寿命为8µs。试计算光照前后样品的电导率。
5-9、证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为
。
5-10、假设Si中空穴浓度是线性分布，在4µm内的浓度差为2×1016cm-3，试计算空穴的扩散电流密度。
5-11、试证明在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。
解：
5-1、解：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子。
热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的，产生与复合处于动态平衡状态
，跃迁引起的产生、复合不会产生宏观效应。在非平衡状态下，额外的产生、复合效应会在宏观现象中体现出来。
5-2、解：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。
5-3、解：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温度成反比关系。即
5-4、答：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路程。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。前者与散射有关，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。
5-5、证明：
则在单位时间内减少的非平衡载流子数=在单位时间内复合的非平衡载流子数，即
在小注入条件下，τ为常数，解方程（1），得到
式中，Δp（0）为t=0时刻的非平衡载流子浓度。此式表达了非平衡载流子随时间呈指数衰减的规律。
得证。
5-6、证明：假设这是n型半导体，杂质浓度和内建电场分布入图所示
E内
稳态时，半导体内部是电中性的，
Jn=0
即
对于非简并半导体
这就是非简并半导体满足的爱因斯坦关系。
得证。
5-7、答：间接复合效应是指非平衡载流子通过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级Et而逐渐消失的效应，Et的存在可能大大促进载流子的复合；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，从引起Δn≠Δp，这种效应对瞬态过程的影响很重要。此外，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附近。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，而且陷阱效应是否成立还与一定的外界条件有关。
5-8、解：光照前
光照后 Δp=Gτ=（4×1021）（8×10-6）=3.2×1017 cm-3
则
答：光照前后样品的电导率分别为1.167Ω-1cm-1和3.51Ω-1cm-1。
5-9、证明：对于非简并的非均匀半导体
由于
则
同时 利用非简并半导体的爱因斯坦关系，所以
得证。
5-10、解：
答：空穴的扩散电流密度为7.15╳10-5A/m2。
5-11、证明：在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命
而
所以
本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。
得证。
第六篇-金属和半导体接触习题
6-1、什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？
6-2、什么是Schottky势垒？影响其势垒高度的因数有哪些？
6-3、什么是欧姆接触？形成欧姆接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。
6-4、什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒的影响怎样的？
6-5、施主浓度为7.0×1016cm-3的n型Si与Al形成金属与半导体接触，Al的功函数为4.20eV，Si的电子亲和能为4.05eV，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。
6-6、分别分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。
6-7、试分别画出n型和p型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。
6-8、什么是少数载流子注入效应？
6-9、某Shottky二极管，其中半导体中施主浓度为2.5×1016cm-3，势垒高度为0.64eV，加上4V的正向电压时，试求势垒的宽度为多少？
6-10、试根据能带图定性分析金属-n型半导体形成良好欧姆接触的原因。
题解：
6-1、答：功函数是指真空电子能级E0与半导体的费米能级EF之差。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。
接触势则是指两种不同的材料由于接触而产生的接触电势差。
6-2、答：金属与n型半导体接触形成阻挡层，其势垒厚度随着外加电压的变化而变化，这就是Schottky势垒。影响其势垒高度的因素是两种材料的功函数，影响其势垒厚度的因素则是材料（杂质浓度等）和外加电压。
6-3、答：欧姆接触是指其电流-电压特性满足欧姆定律的金属与半导体接触。形成欧姆接触的常用方法有两种，其一是金属与重掺杂n型半导体形成能产生隧道效应的薄势垒层，其二是金属与p型半导体接触构成反阻挡层。其能带图分别如下：
6-4、答：金属与半导体接触时，半导体中的电荷在金属表面感应出带电符号相反的电荷，同时半导体中的电荷要受到金属中的感应电荷的库仑吸引力，这个吸引力就称为镜像力。
能量低于势垒顶的电子有一定几率穿过势垒，这种效应就是隧道效应。隧道穿透的几率与电子的能量和势垒厚度有关。
在加上反向电压时，上述两种效应将使得金属一边的势垒降低，而且反向电压越大势垒降得越低，从而导致反向电流不饱和。
6-5、解：金属与半导体接触前、后能带图如图所示
则
答：半导体的表面势为 –0.0942 V。
6-6、解：
金属与n半导体接触形成阻挡层的条件是Wm>Ws,其接触后的能带图如图所示：
金属与n半导体接触形成反阻挡层的条件是Wm<Ws,其接触后的能带图如图所示：
金属与p半导体接触形成阻挡层的条件是Wm<Ws,其接触后的能带图如图
所示：
金属与p半导体接触形成反阻挡层的条件是Wm>Ws,其接触后的能带图如图所示：
6-8、答：当金属与n型半导体形成整流接触时，加上正向电压，空穴从金属流向半导体的现象就是少数载流子注入效应。它本质上是半导体价带顶附近的电子流向金属中金属费米能级以下的空能级，从而在价带顶附近产生空穴。小注入时，注入比（少数载流子电流与总电流直之比）很小；在大电流条件下，注入比随电流密度增加而增大。
6-9、解：
答：势垒的宽度约为4.2×10-3m。
6-10、解：当金属和半导体接触接触时，如果对半导体的掺杂很高，将会使得势垒区的宽度变得很薄，势垒区近似为透明，当隧道电流占主要地位时，其接触电阻很小，金属与半导体接触近似为欧姆接触。加上正、反向电压时的能带图如下图所示：
第六篇 -半导体表面与MIS结构题解
1. 解释什么是表面积累、表面耗尽和表面反型？
2. 在由n型半导体组成的MIS结构上加电压Vg，分析其表面空间电荷层状态随VG变化的情况，并解释其C－V曲线。
3.试述影响平带电压VFB的因素。
7-1、解：
又因为
7-3、解：
表面积累：当金属表面所加的电压使得半导体表面出现多子积累时，这就是表面积累，其能带图和电荷分布如图所示：
表面耗尽：当金属表面所加的电压使得半导体表面载流子浓度几乎为零时，这就是表面耗尽，其能带图和电荷分布如图所示：
（3）当金属表面所加的电压使得半导体表面的少子浓度比多子浓度多时，这就是表面反型，其能带图和电荷分布如图所示：
7-3、解：理想MIS结构的高频、低频电容-电压特性曲线如图所示；
其中AB段对应表面积累，C到D段为表面耗尽，GH和EF对应表面反型。
7-4、解：使半导体表面达到强反型时加在金属电极上的栅电压就是开启电压。
这时半导体的表面势
7-5、答：当MIS结构的半导体能带平直时，在金属表面上所加的电压就叫平带电压。平带电压是度量实际MIS结构与理想MIS结构之间的偏离程度的物理量，据此可以获得材料功函数、界面电荷及分布等材料特性参数。
7-6、解：影响MIS结构平带电压的因素分为两种：
（1）金属与半导体功函数差。例如，当Wm<Ws时，将导致C-V特性向负栅压方向移动。如图
恢复平带在金属上所加的电压就是
（2）界面电荷。假设在SiO2中距离金属- SiO2界面x处有一层正电荷，将导致C-V特性向负栅压方向移动。如图：
恢复平带在金属上所加的电压就是：
在实际半导体中，这两种因素都同时存在时，所以实际MIS结构的平带电压为
一、选择填空（含多项选择）
1. 与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（）
A. 比半导体的大 B. 比半导体的小 C. 与半导体的相等
2. 室温下，半导体Si掺硼的浓度为1014cm－3，同时掺有浓度为1.1×1015cm－3的磷，则电子浓度约为（），空穴浓度为（），费米能级（）；将该半导体升温至570K，则多子浓度约为（），少子浓度为（），费米能级（）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm－3，570K时，ni≈2×1017cm－3）
A. 1014cm－3 B. 1015cm－3 C. 1.1×1015cm－3
D. 2.25×1015cm－3 E. 1.2×1015cm－3 F. 2×1017cm－3
G. 高于Ei H. 低于Ei I. 等于Ei
3. 施主杂质电离后向半导体提供（），受主杂质电离后向半导体提供（），本征激发后向半导体提供（）。
A. 空穴 B. 电子
4. 对于一定的半导体材料，掺杂浓度降低将导致禁带宽度（），本征流子浓度（），功函数（）。
A. 增加 B. 不变 C. 减少
5. 对于一定的n型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致（）靠近Ei。
A. Ec B. Ev C. Eg D. Ef
6. 热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（）有关，而与（）无关。
A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度
7. 表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（）。
A. 施主态 B. 受主态 C. 电中性
8. 当施主能级Ed与费米能级Ef相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（）倍。
A. 1 B. 1/2 C. 1/3 D. 1/4
9. 最有效的复合中心能级位置在（）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（）附近，常见的是（）的陷阱
A. Ea B. Ed C. E D. Ei E. 少子 F. 多子
10. 载流子的扩散运动产生（）电流，漂移运动长生（）电流。
A. 漂移 B. 隧道 C. 扩散
11. MIS结构的表面发生强反型时，其表面的导电类型与体材料的（），若增加掺杂浓度，其开启电压将（）。
A. 相同 B. 不同 C. 增加 D. 减少
二、思考题
1. 简述有效质量与能带结构的关系。
为什么半导体满带中的少量空状态可以用带有正电荷和具有一定质量的空穴来描述？
3. 分析化合物半导体PbS中S的间隙原子是形成施主还是受主？S的缺陷呢？
说明半导体中浅能级杂质、深能级杂质的作用有何不同？
5. 为什么Si半导体器件的工作温度比Ge半导体器件的工作温度高？你认为在高温条件下工作的半导体应满足什么条件？
工厂生产超纯Si的室温电阻率总是夏天低，冬天高。试解释其原因。
试解释强电场作用下GaAs的负阻现象。
稳定光照下，半导体中的电子和空穴浓度维持不变，半导体处于平衡状态下吗？为什么？
爱因斯坦关系是什么样的关系？有何物理意义？
怎样才能使得n型硅与金属铝接触才能分别实现欧姆接触和整流接触？
1. 答案：（A）
2. 答案：（B），（D），（G），（F），（F），（I）
3. 答案：（B），（A），（A，B）
4. 答案：（B，A），（B，C），（C）
5. 答案：（D）
6. 答案：（C,D），（A,B）
7. 答案：（A）
8. 答案：（C）
9.答案：（C），（E）
10. 答案：（C），（A）
11. 答案：（B），（C）
《半导体物理》重点难点
第一章 半导体中的电子状态 1、Si和GaAs的晶体结构 2、Ge、Si和GaAs的能带结构 3、本征半导体及其导电机构、空穴 第二章 半导体中的杂质和缺陷 l、本征激发与本征半导体的特征 2、杂质半导体与杂质电离
第三章 半导体中载流子的统计分布 1、热平衡态时非简并半导体中载流子的浓度分布 2、费米能级EF的相对位置。
第四章 半导体中的导电性 1、迁移率 2、散射——影响迁移率的本质因素 3、电导率 4、弱电场下电导率的统计理论
第五章 非平衡载流子 1、非平衡载流子的产生 2、非平衡载流子的复合 3、非平衡载流子的运动规律 4、扩散方程 5、爱因斯坦关系 6、连续性方程 第六章 金属和半导体接触 1、阻挡层与反阻挡层的形成
2、肖特基势垒的定量特性 3、欧姆接触的特性 4、少子的注入
第七章 半导体表面与MIS结构 1、表面电场效应 2、理想与非理想MIS结构的C-V特性 3、Si-SiO2系统的性质4、表面电导
半导体物理名词解释
以下是我在学习半导体物理中总结的一些名词解释，希望对学习该门课程的同学有所帮助。因为是我自己积累的，难免会有不对的地方，欢迎指出修改。
1.空⽳:⼀种假想粒⼦，代表了半导体中近满带价带中空着的状态，具有正电⼦电荷和正有效质量，描述了半导体近满带中⼤量电⼦的整体⾏为。
2.有效质量:半导体晶体中电⼦的表观质量，具有质量 的量纲。其物理意义在于概括了半导体内部势场 的作⽤，使得在分析半导体中电⼦在外⼒作⽤下的 规律时可以不考虑内部势场的作⽤，简化了分析， 同时，电⼦的有效质量可以通过回旋共振测出。
3.替位式杂质和间隙式杂质:杂质原⼦进⼊晶体后，若取代晶格格点上的原⼦，称为替位式杂质;若挤⼊原⼦与原⼦之间的空隙，则称为间隙式杂质。
4.施主杂质和受主杂质:电离出导电电⼦，且⾃⾝成为正电中⼼的杂质，称为施主杂质;电离出导电空⽳，且⾃⾝成为负电中⼼的杂质，称为受主杂质。
5.杂质电离能:使电⼦/空⽳脱离施主/受主杂质的束缚，成为导电电⼦/空⽳所需要的能量。 施主能级和受主能级:被施主杂质束缚的电⼦所处在的能量状态，称为施主能级;被受主杂质束缚的空⽳所处在的能量状态，称为受主能级。
6.波函数的形式和物理意义:形式 物理意义在于:波函数模的大小代表了该处电⼦出现的概率，表示了晶体中的电⼦是以被调幅的平⾯波在晶体中传播。
7.单电⼦近似:晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原⼦核的势场和大量其他电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性的，且同晶格同周期。
8.共有化运动:由于电⼦壳层的交叠，晶体中的电⼦不再局限于某⼀个原⼦上，而是可以从晶胞中某⼀点运动到其他晶胞相似的壳层对应点上，从而可以在整个晶体中运动。组成晶体原⼦的外层电子共有化较强，其⾏为与⾃由电⼦类似，称为准自由电子;内层电⼦的共有化运动较弱，其⾏为与孤⽴原⼦中的电⼦类似。
9.杂质的补偿作⽤:同时存在施主杂质和受主杂质时，施主能级上的电⼦能够优先填充受主能级，此 时 有效杂质浓度为两者之差。
10.⾮简并半导体和简并半导体:载流⼦分布服从玻尔兹曼统计律的半导体，称为⾮简并导体;服从费 ⽶统计律的半导体，称为简并半导体。
11.⾮简并半导体的热平衡判据:
12.强电场效应:在电场强度⾜够⼤时，载流⼦的平均漂移速度与电场强度关系脱离线性关系，此时迁 移率不再是常数，⽽是随电场强度变化⽽变化，当电场强度进步增加时，平均漂移速度达到饱和。
13.热平衡态和⾮平衡态:在⼀定温度下的半导体，载流⼦的复合和产⽣达到动态平衡，此时⽆载流⼦ 的净产⽣或是净复合的状态，称为热平衡态;半导体的热平衡态被打破，载流⼦的复合与产⽣不再动 态平衡，存在载流⼦的净产⽣或是净复合的状态，称为⾮平衡态。
14.本征激发:在某温度下，价带电⼦受热激发⽽跃迁⾄导带，成为导带电⼦，同时在价带留下导电空 ⽳的过程，称为本征激发。
15.光注⼊:光照在热平衡半导体上，使之产⽣⾮平衡载流⼦的过程，产⽣的⾮平衡空⽳与⾮平衡⼦数 量是相等的。
16.准热平衡态:⾮平衡态体系中，通过载流⼦与晶格相互作⽤，导带电⼦体系和价带空⽳体系分别很 快与晶格达到平衡的状态，即⼀个能带内达到热平衡⽽导带和价带之间不是热平衡。
17.直接复合和间接复合:电⼦直接从导带跃迁⾄价带与空⽳复合的过程，称为直接复合;导带电⼦和 价带空⽳通过禁带中的能级进⾏复合的过程，称为间接复合。
18.电离杂质散射和晶格振动散射:杂质电离后成为正电或负电中⼼对载流⼦的运动产⽣影响，且与电 离浓度和温度有关，称为电离杂质散射;由于晶格热振动⽽对载流⼦的运动产⽣影响，称为晶格振动散射，分为光学波散射和声学波散射，与温度有关。
19.扩散长度和牵引长度:⾮平衡载流⼦通过扩散运动，深⼊样品的平均距离，称为扩散长度;⾮平衡 载流⼦在电场作⽤下，通过漂移运动，在寿命时间内所漂移的距离，称为牵引长度。
20.小注⼊和⼤注⼊:注⼊产⽣的非平衡少⼦数量远小于多⼦数量，称为小注⼊;注⼊产⽣的⾮平衡少 ⼦数量⼤于或等于多⼦浓度。
21.半导体的功函数和电⼦亲和能:处于费⽶能级上电⼦跃迁⾄真空能级中所需要的能量，称为半导体的功函数;半导体导带底上的电⼦跃迁⾄真空能级中所需要的能量，称为半导体的电⼦亲和能。
22.表⾯态:由于晶格周期性在表⾯处被破坏，或是表⾯存在杂质或缺陷⽽在半导体表⾯处的禁带中引⼊的表⾯状态，其对应的能级为表⾯能级。若该能级被电⼦占据时呈电中性，失去电⼦后呈正电性， 则称为施主表⾯态;若该能级空着时呈电中性，得到电⼦后呈负点性，则称为受主表⾯态。
23.复合中⼼和陷阱中⼼:对⾮平衡载流⼦的复合起促进作⽤，⽽对半导体的导电类型和载治⼦浓度没 有影响的杂质，称为复合中⼼;对⾮平衡载流⼦的复合起阻得作⽤的杂质或缺陷，称为陷阱中⼼。
24.准费⽶能级:处于⾮平衡状态下的半导体，导带与价带不再具有统⼀的费⽶能级，但分别就导带电 ⼦和价带空⽳⽽⾔，又是处在各⾃的平衡状态，从⽽引⼊导带费⽶能级和价带费⽶能级，即为局部 费 ⽶能级。
25.欧姆接触和整流接触:不产⽣明显附加阻抗，且不会对半导体内部载流⼦浓度发⽣显著改变的⾦擒 与半导体接触产⽣的结构，称为欧姆接触;产⽣明显附加阻抗起到整流作⽤的⾦属与半导体相接触形 成的结构，具有单向导由性，也称为肖特基接触。
26.硅和锗的能带结构:硅的导带结构:导带极⼩值位于<100 >⽅向的布⾥渊区中⼼到布⾥渊区边界的 0.85倍处。锗的导带结构:长轴沿< 111 >⽅向上八个半个旋转椭球等能⾯，沿旋转轴⽅向不⼀样，旋转椭球中心恰好位于第⼀布⾥渊区边界上。硅与锗价带结构类似:存在三种空⽳带，分别为重空⽳带，轻空⽳带和由于⾃旋—轨道耦合⽽产⽣的第三能带。
27.深能级杂质和浅能级杂质:杂质能级位于半导体禁带中远离导带底(施主)或价带顶(受主)，即 杂质电 离能很⼤的杂质，称为深能级杂质;反之称为浅能级杂质。
28.散射⼏率:单位时间内单个电⼦的散射次数。
29.热载流⼦:半导体处于强场中时，电⼦的平均能量高于晶格平均能量，以温度度量，则电⼦平均温度⾼于晶格平均温度，因此称强场中电⼦为热载流⼦。
30.少⼦寿命:⾮平衡少⼦在半导体中存在的平均时间，即产⽣⾮平衡少⼦的因素去除后，⾮平衡少⼦的浓度衰减⾄初始浓度的1/e倍所需的时间。
31.多数载流⼦和少数载流⼦:半导体输运过程中起主要作⽤的载流⼦，称为多数载流⼦，如n-si中的电⼦;起次要作⽤的载流⼦，称为少数载流⼦，如n-si中的空⽳。
32.回旋共振:导体中的电⼦在恒定磁场中受洛仑兹⼒作⽤将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电⼦的回旋频率时，将发⽣强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。
33.直接带隙与间接带隙半导体:若导带极值与价带极值位于K空间同⼀位置处，则称为直接带隙半导体，若不为同⼀位置，则称为间接带隙半导体。
34.镜像⼒和隧道效应:⾦属与半导体相接触时，半导体中的电荷在⾦属表⾯感应出带电符号相反的电荷，同时半导体中的电荷要受到⾦属中感应电荷的库仑吸引力，称此⼒为镜像里;能量低于势垒顶的电⼦有⼀定概率穿过这个势垒的现象，称为隧道效应。穿透的概率与电⼦能量和势垒厚度有关。
35.. 霍耳效应:通过电流的导体放⼊均匀磁场中，若磁场与电流的⽅向相垂直，则在磁场的作⽤下，载 流 ⼦的运动⽅向发⽣偏转。这样在垂直于电流和磁场的方向上就会形成电荷积累，出现电势差的现象，称为霍⽿效应。
36.费米分布:费米子(电子)在平衡态时的分布，其物理意义是在温度T时，电⼦占据能量为E的状态的概率或能量为E的状态上的平均电⼦数。
37.多能⾕散射:某能⾕中的电⼦受到⾜够的能量后跃迁到另一能⾕中，同时其准动量有较大改变，伴随散射时会吸收或发射⼀个声子。
38.费⽶能级:T = 0 K时，电子系统中电⼦占据态和未占据态的分界线，标志电⼦填充⽔平。
原子热振动的一种描述。从整体上看、处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果、这种波称为格波。
金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方
体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。每个原子周围都有4个最近邻的原
子， 组成一个正四面体结构。
在倒格空间中，选取一倒格点为原点，原点与其它倒格点连线的垂直平分面的连线所组成的区域称为布里渊区。
状态密度是将能带分为一个一个能量很小的间隔来处理，假定在能带中能量E~（E+dE）之间无限小的能量间隔内有dZ个量子态，则状态密度g（E）为g（E）=dZ/dE
问: 用能带论解释金属、半导体和绝缘体的导电性
按照能带理论，物质的核外电子有不同的能量，有核外电子的能量把它分为3种能带：导带，禁带，满带（价带）。
导体：系统处于基带无法将能带填满，所以导体带电。
绝缘体：系统可以填满整个能带，所以不导电。但是它的禁带更大。
半导体：系统可以填满整个能带，不导电，与绝缘体的区别是半导体的禁带小。在一定温度下，有少量电子可被激发到导带，即本征激发的过程，此时满带不满，这时半导体就会导电。
半导体物理基础对数字和模拟方向都很重要，大家一定要基础扎实
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