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1、1 半导体物理名词解释1.有效质量： a 它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用b 可以由实验测定，因而可以很方便的解决电子的运动规律2.空穴：定义 价带中空着的状态看成是带正电荷的粒子，称为空穴1.意义 a 把价带中大量电子对电流的贡献仅用少量的空穴表达出来b 金属中仅有电子一种载流子， 而半导体中有电子和空穴两种载流子，正是这两种载流子的相互作用，使得半导体表现出许多奇异的特性，可用来制造形形色色的器件3.理想半导体（理想与非理想的区别）：a 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动b 半
2、导体材料并不是纯净的，而是含有各种杂质即在晶格格点位置上存在着与组成半导体材料的元素不同其他化学元素的原子c 实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷4.杂质补偿：在半导体中，施主和受主杂质之间有相互抵消的作用通常称为杂质的补偿作用5.深能级杂质：非、族杂质在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带较远，他们产生的受主能级距离价带也较远，通常称这种能级为深能级，相应的杂质为深能级杂质6.简并半导体：当E-EFkoT 不满足时，即f（E） 1，1-f（E）1 的条件不成立时，就必须考虑泡利不相容原理的作用，这时不能再应用玻耳兹曼分布函数，而必须用费米分布函数来分析导带中的电子及价
3、带中的空穴的统计分布问题。这种情况称为载流子的简并化，发生载流子简并化的半导体被称为简并半导体（当杂质浓度超过一定数量后，载流子开始简并化的现象称为重掺杂，这种半导体即称为简并半导体7.热载流子：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子与晶格系统不再处于热平衡状态。温度是平均动能的量度，既然载流子的能量大于晶格系统的能量，人们便引入载流子的有效温度Te来描写这种与晶格系统不处于热平衡状态时的载流子，并称这种状态载流子为热载流子8.砷化镓负阻效应：当电场达到一定値时，能谷1 中的电子可从电场中获得足够的能量而开始转移到能谷 2，发生能谷间的散射
4、，电子的动量有较大的改变，伴随吸收或发射一个声子。但是，这两个能谷不是完全相同的，进入能谷2 的电子，有效质量大为增加，迁移率大大降低，平均漂移速度减小，电导率下降，产生负阻效应9.准费米能级：统一的费米能级是热平衡状态的标志。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。但是可以认为，分别就导带和价带中的电子讲，他们各自基本上处于平衡状态，导带与价带之间处于不平衡状态。因为费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍是适用的，可以引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的费米能级。称为“准费米能级”10.陷阱中心：半导体处于热平衡状态时，无论是施主、受主、复合
5、中心或是任何其他的杂质能级上，都具有一定数目的电子，它们由平衡时的费米能级及分布函数所决定。实际上，能级中的电子是通过载流子的俘获和产生过程与载流子之间保持着平衡的。当半导体处于非平衡状态，出现非平衡载流子时，这种平衡遭到破坏，必然引起杂质能级上电子数目的改变。如果电子增加，说明能级具有收容部分非平衡电子的作用，若是电子减少，则可以看成能级具有收容空穴的作用。杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应，把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱，相应的杂质和缺陷为陷阱中心11.理想 pn 结模型：a 小注入条件注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小的多b 突变耗尽条件外加电压和接触电势差都降
6、落在耗尽层上，耗尽层中的电荷由电离施主和电离受主的电荷组成。耗尽层外的半导体是电中性的。因此，注入的少数载流子在p 区和 n 区是纯扩散运动c 通过耗尽层的电子和空穴电流是常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用d 玻耳兹曼边界条件在耗尽层两端。载流子分布满足玻耳兹曼统计分布2 12.势垒电容：在外加正向偏压增加时，将有一部分电子和空穴“存入”势垒区，反之，当正向偏压减小时，势垒区的电场增强，势垒区宽度增加，空间电荷数量增多，这就是有一部分电子和空穴从势垒区“取出”。对于加反向偏压的情况类似。总之，pn 结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的“存入”和“取出”作用，导致势垒区的空间电
7、荷数量随外加电压而变化，这和一个电容器的充放电作用相似，这种pn 结的电容效应称为势垒电容13.扩散电容： 正向偏压时， 有空穴从 p 区注入 n 区，于是在势垒区与n 区边界 n 区一侧一个扩散长度内，便形成了非平衡空穴和电子的积累，同样在p 区也有非平衡电子和空穴的积累。当正向偏压增加时，由 p 区注入到 n 区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了。所以外加电压变化时，n 区扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。同样，p 区扩散区内积累的非平衡电子和与它保持电中性的空穴也要增加。这种由于扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为 pn 结的扩散电容14
8、.pn 结隧道效应：在简并化的重掺杂半导体中，n 型半导体的费米能级进入了导带，p 型半导体的费米能级进入了价带。在重掺杂情况下，杂质浓度大，势垒区很薄，由于量子力学的隧道效应，n 区导带的电子可能穿过禁带到p 区价带， p 区价带电子也可能穿过禁带到n 区导带，从而有可能产生隧道电流。15.耗尽层近似： 当势垒高度远大于koT 时，势垒区可近似为一个耗尽层。在耗尽层中， 载流子极为稀少，他们对空间电荷的贡献可以忽略；杂质全部电离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成。16.肖特基势垒二极管：利用金属-半导体整流接触效应特性制成的二极管称为肖特基势垒二极管，它和pn 结二极管具有类似的电流-电压关
9、系，即它们都有单向导电性，但前者又又区别于后者的以下显著特点 a 就载流子的运动形式而言，pn 结正向导通时，由p 区注入 n 区的空穴或由n 区注入 p 区的电子，都是少数载流子，他们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这种注入的非平衡载流子的积累称为电荷贮存效应，它严重地影响了pn 结的高频性能。而肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体的多数载流子进入金属形成的。它是多数载流子器件。因此，肖特基势垒二极管比pn结二极管有更好的高频特性b 对于相同的高度，肖特基势垒二极管的Jsd或 Jst要比 pn 结的反向饱和电流 Js大得多。17.欧姆接触：金属与半导体接触时还可以形成非整流接
10、触，即欧姆接触，它不产生明显的附加阻抗，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（半导体重掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触18.理想 MIS 结构： a 金属与半导体间功函数差为零b 在绝缘层中没有任何电荷且绝缘层完全不导电c 绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态19.深耗尽状态：在金属和半导体之间加一脉冲阶跃或高频正弦波形成的正电压时，由于空间电荷层内的少数载流子的产生速率跟不上电压的变化，反型层来不及建立，只有靠耗尽层延伸向半导体深处而产生大量受主负电荷以满足电中性条件。因此，这种情况时，耗尽层的宽度很大，可远大于强反型的最大耗尽层宽度，且其宽度随电压幅度的增大而
11、增大，这种状态称为深耗尽状态20.Si-SiO2系统各种电荷： a 二氧化硅层中的可动离子。主要是带正电的钠离子，还有钾、氢等正离子b 二氧化硅层中的固定电荷c 二氧化硅层中的电离陷阱电荷。是由于各种辐射如X 射线、 射线、电子射线等引起21.异质结：有两种不同的半导体单晶材料可超过组成的结，则称为异质结22.异质结的特点： a 能带发生了弯曲，出现“尖峰”和“凹口”b 能带在交界面处不连续，有一个突变23.异质 pn 结的超注入现象： 指在异质 pn 结中有宽禁带半导体注入到窄禁带半导体中的少数载流子浓度宽带半导体中多数载流子浓度24.间接带隙半导体：导带极小值和价带极大值没有对应于相同的波
12、矢，例如像锗、硅一类半导体，价带顶位于 K 空间原点，而导带低则不在k 空间原点，这种半导体称为间接带隙半导体3 25.非竖直（直接）跃迁：在非竖直（直接）跃迁中，电子不仅吸收光子，同时还和晶格交换一定的振动能量，即吸收或放出一个声子26.光电探测器件工作原理及用途：有光照引起半导体电导率增加的现象称为光电导。大量实验证明，半导体光电导的强弱与照射波长有密切的关系，所谓光电导的光谱分析，就是指对应于不同的波长，光电导响应灵敏度的变化关系。因此，可以通过测量光电导的光谱分布来确定半导体材料光电导特性，根据这一原理可制成光电探测器。用途：PbS、PbSe 和 PbTe 是重要的红外探测器材料，Cd
13、S 除了对可见光有响应外，还可有效地用于短波方面，知道x 光短波27.半导体太阳电池的基本原理：当用适当波长的光照射非均匀半导体（pn 结等）时，由于内建电场的作用（不加外电场） ，半导体内部产生电动势（光生电压），如将pn 结短路，则出现电流。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。根据这一原理可制成太阳能电池，将太阳辐射能直接转变为电能28.光电池（光电二极管）的基本原理：当用适当波长的光照射pn 结时，由于 pn 结势垒区内存在较强的内建电场， 结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反的方向运动，pn 结两端产生光生电动势，如将 pn 结与外电路接通，只要光照不停止，就会有
14、渊源不断的电流过电路，pn 结起到了电源的作用29.半导体发光器件的基本原理：半导体的电子可以吸收一定能量的光子而被激发。同样，处于激发态的电子也可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量，也就是电子从高能级向低能级跃迁，伴随着发射光子，这就是半导体的发光现象。（产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态，即在半导体内需要有某种激发过程存在，通过与非平衡载流子的复合，才能形成发光30.半导体激光器件的基本原理：处在激发态E2 的原子数大于处在激发态E1 的原子数，则在光子流h12照射下，受激辐射将超过吸收过程。这样由系统发射的能量为h12将大于进入系统的同样能量的光子数，这钟现象称为光
15、量子放大。通常把处于激发态E2（高能级）的原子数大于处在激发态E1（低能级）的原子数的这种反常情况，称为“分布反转”或“粒子数反转”。激光的发射，必须满足a 形成分布反转，使受激辐射占优势b 具有共振腔，以实现光量子放大c 至少达到阈值电流密度，使增益至少等于损耗31.半导体霍尔器件的基本原理：把通有电流的半导体放在均匀磁场中，设电场沿 X 方向， 磁场方向和电场垂直，沿z 方向，则在垂直于电场和磁场的+y 或-y 方向将产生一个横向电场，这个现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的电子器件称为霍尔器件32.二维电子气： MOS 反型层中的电子被局限在很窄的势阱中运动，所以反型层中的电子沿垂直于界
16、面的 z 方向的运动是量子化的，形成一系列分立能级E0，E1， ，Ej。在 xy 平面内，即沿着界面方向能量仍是准连续的。称这样的电子系统为二维电子气33.半导体压阻器件的基本原理：对半导体施加应力时，半导体的电阻率要发生改变，这种现象称为压阻效应。应用 :半导体应变计、 压敏二极管、 压敏晶体管等a 利用半导体电阻随应力变化的这一现象可以制成半导体应变计bpn 结伏安特性随压力变化很大，利用他的这一压敏特性可以制成压敏二极管和压敏三极管34.非晶态半导体：原子排列不具有周期性，即不具有长程有序的半导体称为非晶态半导体35.半导体热电效应应用：温差发电器制冷器原理P373 36.判断半导体的导电类型a 热探针法当温度增加时，载流子浓度和速度都增加，它们由热端扩散到冷端，如果载流子是空穴，则热端缺少空穴，冷端有过剩空穴，冷端电势较高，形成由冷端指向热端的电场；如果载流子是电子，则热端缺少电子，冷端有过剩电子，热端电势较高，形成由热端指向冷端的电场。所以，由半导体的温差电动势的正负，可以判断半导体的导电类型热探针法P364 b n 型和 p 型半导体
