半导体物理第七章

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1、第七章1、功函数：表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最 小能量。 Wm=E0-(EF)m Ws=E0-(EF)S 2、电子亲和能：使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。?=E0-Ec3、接触电势差：一块金属和一块n 型半导体，假定wmws 接触时，半导体中的电子向金 属流动，金属电势降低，半导体电势升高，最后达到平衡状态，金属和半导体的费米能级在 同一个水平面上，他们之间的电势差完全补偿了原来费米能级的不同。Vms=(Vs-Vm)/q 这个 由于接触而产生的电势差称为接触电势差。4、阻挡层与反阻挡层n p WmWs 阻上弯反阻上弯 WmWs 时，与 p

2、形成反阻挡层。反阻挡 层没有整流作用，选用适当的金属材料可得到欧姆接触。2、实际生产中，主要利用隧道效应原理。 11、 隧道二极管： 具有正向负阻特性。 正向电流开始随正向电压增加而迅速上升到极大值Ip， 随后电流随电压增加而减少，当电压继续增加时电流随之能加。随着电压增大电流反而减少 的现象称为 负阻 。这一电流电压特性曲线的斜线为负，这一特性为负阻特性 。 第八章1、表面态：、在x=0 处两边，波函数都是按指数关系衰减，这表明电子的分布概率主要 集中在 x=0 处，即电子被局限在表面附近。 、因晶格表面处突然中止，在表面的最外层的每个硅原子将有一个未配对电子，即有一个未饱和的键，与之对应的

3、电子能态。 2、界面态：由于半导体与介质接触而形成接触电势差，在半导体一侧经会形成表面势，将这种由于接触引起的便面能级的变化称为。 晶体界面的存在使其周期场在界面处发生变化。 3、压阻效应：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。4、多子堆积：Vg0,Vs0, 表面处能带向下弯曲。这时越接近表面，费米能级离价带顶越远，价 带中空穴浓度随之降低，在靠近表面附近，价带顶位置比费米能级低得多，根据珀尔兹曼分 布，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施主杂志浓度，表面层 的这种状态 少子反型： Vg 进一步增大时，表面处能带进一步下弯，这时，表面出的费米能级位置

4、可能 高于禁带中央能量Ei ，意味着表面处电子浓度将高过空穴浓度，形成与原来半导体衬底导电类型相反的一层叫做反省层。6、平带电压：为了恢复平带状态，必须在金半之间加一定的负电压，抵消由于两者功函数 不同引起的电场和能带弯曲，这个为了回复平带状态所需加的电压叫做平带电压。 Vfb=-Vms=(Wm-Ws)/q 第九章 1、异质结：由两种不同的半导体单晶材料组成的结。反型异质结： 导电类型相反突变异质结： 从一种半导体材料向另一种的过度只发生于 几个原子距离范围内。同型异质结：缓变异质结：发生于几个扩散长度范围内 2、画能带图原则：1、先左后右（左窄右宽）2、以真空能级为标准，Ef 不动 3、上弯

5、下翘由内建电场决定，电子浓度下降则上弯4、 EcEv 之差值不变。 3、应变异质结：在一种材料衬底上外延另一种晶格常数不匹配的材料时，生长的外延层发 生了弹性形变， 在平行于结面方向产生张应变或压缩应变，使其晶格常数改变为与衬底的晶 格常数相匹配，同时在与结平面垂直的方向也产生相应的应变。 4、半导体超晶格：由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构，而其薄层厚度 的周期小于电子的平均自由程的人造材料。 5、激子：半导体中电子和空穴因库伦力相互作用可形成束缚的电子空穴对。 6、量子阱：沿两种半导体材料薄层交替生长方向的势分布，是由于两种材料的禁带宽度不 同而引起的附加周期势，在这种附加周

6、期势分布中的势阱。 第十章 1、本证吸收：电子由带与带之间的跃迁所形成的吸收过程。 2、直接跃迁：为满足选择定则，是电子在跃迁过程中波失保持不变，则原来在价带中状态A的电子只能跃迁到导带中的状态B，A与 B在 E(k) 曲线上位于同一垂线上。 3、间接跃迁：除了吸收光子外还与晶格交换能量的非直接跃迁。5、激子吸收：如果光子能量小于Eg，价带电子受激发后虽然跃出了价带，但还不足以进入 导带成为自由电子，仍然受到空穴的库伦场作用，受激电子和空穴互相束缚而结合在一起成 为一个新的系统，这样的光吸收称为。 6、自由载流子吸收：对于一般半导体，当入射光子的频率不够高，不足以引起电子从带到 带的跃迁或形成

7、激子时，仍然存在着吸收。这是自由载流子在同一带内的跃迁所引起的。 7、杂志吸收：束缚在杂志能级上的电子或空穴也可以引起光的吸收，电子（空穴）可以吸 收光子跃迁到导带能级（价带）。 8、晶格振动吸收：晶体吸收光谱的远红外区，有时还发现一定的吸收带，这是晶格振动吸 收形成的。在这种吸收中，光子能量直接转换为晶格振动动能。 9、光电导：光吸收使半导体中形成非平衡载流子，而载流子浓度的增大必须使样品电导率增大，这种由光照引起半导体电导率增加的现象。 10、在光照下光电导率逐渐上升和光照停止后光电导率逐渐下降的现象。11、光生伏特效应：当用适当波长的光照射非均匀半导体pn 结时，由于内建电场的作用， 半

8、导体内部产生电动势（光生电压），如将 pn 结短路，则会出现电流( 光生电流 ) ，这种由内建场引起的光电效应称为。 12、激光发射的三个条件：1、形成分布反转，使受激辐射占优势。2、具有共振腔，以实现光量子放大。 3、至少达到阈值电流密度，市增益至少等于损耗。 13、与激光发射有关的跃迁过程：吸收、自发辐射、受激辐射。 14、丹倍效应 ; 光生非平衡载流子的扩散，直接引起沿光照方向的电场，因而沿光照方向产生电势差。 第十一章1 塞贝克效应：当两个不同的导体a 和 b 两端相接，组成一个闭合线路，如两个接头A和 B 具有不同的温度，则线路中便会有电流。 2 王白耳帖效应：两不同导体a 和 b

9、连接后通以电流，在接头处便有吸热或放热现象。 3 汤姆逊效应：当存在温度梯度的均匀导体中通有电流时，导体中除了产生和电阻有关的焦 耳热以外，还要吸收或放出热量，吸收或放出热量的这个效应称为。 4 热电效应的应用：温差发电器，制冷器。 第十二章1 霍耳效应：把通有电流的半导体放在均匀磁场中，设电场沿x 方向，电场强度为，磁场方 向和电场方向垂直，沿z 方向，磁感应强度为Bz，则在垂直于电场和磁场的+y 和-y 方向将 产生一个横向电场，这个现象叫。 2 磁阻效应分为：物理磁阻效应：材料电阻率随磁场增大。几何磁阻效应：不同几何形状的 样品在同样大小的磁场作用下，其电阻不同。3 磁光效应有朗道能级和

10、带间磁光吸收 4 朗道效应：在磁场中电子运动的量子化而形成的子能带。5 热磁效应：电场和温度梯度同时存在时，再加磁场后引起的一些现象。 6 爱延豪森效应：x 方向通电流，和样品表面垂直的磁场，在样品y 方向两端产生温度差。T/b=pJxBx ,Jx=1/bd ,T=PIBz/d 7 能斯脱效应：当有热流通过样品，加以与样品表面垂直的磁场后，发现在与热能流及磁场 垂直的方向产生电动势。 8 里纪 - 勒杜克效应：当有热流通过样品，与样品表面垂直的磁场可以使样品的两旁产生温 度差，磁场方向变则温度梯度方向也变。 第十章思考题与自测题： 1 什么是光电导？说明复合效应和陷阱效应对光电导的影响？ 光电

11、导：光吸收使半导体中形成非平衡载流子，而载流子浓度的增大必须使样品电导率增大， 这种由光照引起半导体电导率增加的现象。 复合效应和陷阱效应对光电导的影响：复合中心本身起着少数载流子陷阱作用，有增加定态 光电导灵敏度的作用，多数载流子陷阱增大了光电导上升和下降的弛豫过程。 2 区别直接跃迁和间接跃迁（竖直跃迁和非竖直跃迁）直接跃迁：为满足选择定则，是电子在跃迁过程中波失保持不变，则原来在价带中状态A 的电子只能跃迁到导带中的状态B，A与 B在 E(k) 曲线上位于同一垂线上。间接跃迁：除了吸收光子外还与晶格交换能量的非直接跃迁。 3 什么是声子？它对半导体吸收特性起什么作用？ 声子： 当晶格与其

12、它物质相互作用而交换能量时，晶格原子的振动状态发生变化，格波量发 生改变，但格波能量的变化只能是hw的整数倍，因此人们就把格波的能量子hwa称为。声 子对半导体吸收特性作用：考虑电子与晶格的相互作用，则非直接跃迁也是有可能发生的， 这是由于发射或吸收一个声子，使动量守恒原则仍然得到满足。 4、使半导体材料硅、锗和砷化镓在光照下能够产生电子空穴对的光最大波长为多少？0=1.24/Eg(ev)(um),Si=0=1.24/1.12=1.1;Ge=0=1.24/0.67=1.85;GaAs=0=1.24/1.43 =0.867 5 半导体对光的吸收有哪几种主要过程？哪些过程具有确定的长波吸收限？写出

13、对应的波长表示式。哪些具有线状吸收光谱？哪些光吸收对光电导有贡献？ 光吸收种类：本证吸收、激子吸收、自由载流子吸收、杂志吸收、晶格振动吸收。具有确定长波吸收限：本证吸收hc/Eg, 0=1.24/Eg(ev)，激子吸收=hc/Eg- q4m r*/322 02 r2h2n2，自有载流子吸收c/r0，杂志吸收hc/Eg-Ei 。线性吸收光谱：激子吸收。 对光电导有贡献：本证吸收，杂志吸收。6 本征吸收中电子吸收光子时，可能出现哪几种跃迁方式？它们有何不同？各在什么样的半 导体中容易发生？试举一、二例说明。 本证吸收中电子吸收光子时，可能出现的跃迁方式：直接跃迁和间接跃迁。直接吸收发生在直接带隙半

14、导体中， 间接跃迁发生在间接带隙半导体中，不同点是直接跃迁时波失保持不变， 发生间接跃迁时波失发生改变。如GaAs ，InSb ，InP。间接如Si Ge GaP 。7 什么是半导体的自由载流子光吸收？分别用经典理论和量子理论说明，并简要讨论其结果。 自有载流子吸收是自由载流子在同一带内的跃迁引起的吸收，从经典理论看自有载流子吸收 中电子从低能态到高能态跃迁是在同一能带内发生的跃迁过程能满足能量守恒和动量守恒。 从量子理论看， 自有载流子吸收中电子的跃迁伴随吸收和发射一个声子是电子，光子， 声子 三者同时参与的过程，其能量关系为hv0+_Ep=E.其动量关系为： 8 要产生激光发射，为什么需要

15、对半导体重掺杂？ 对半导体重参杂，是为了实现分布反转，产生受激辐射。平衡时，价带均为电子充满，导带则是空的，若用能量大于禁带宽度的光子激发，是价带电子不断向导带底跃迁， 产生非平衡载流子，这是价带中从Ev到 EFP的状态全部空出，而导带中的Ec到 EFN的全部状 态被电子填满， 这样在 EFN到 EFP的范围内，导带中占满电子而价带是空的，实现分布反转， 此时若注入光子能量满足EghwEFN-EFP ， 就会引起导带电子向价带跃迁，产生受激辐射， 因此要产生激光发射，必须对半导体重参杂。9 何谓霍耳角？与磁感应强度和载流子迁移率的关系如何？ 在有垂直磁场时电场和电流不在同一方向，两者夹角称为霍耳角。Tan =HBZ 10 为什么半导体的霍耳效应比金属大的多？霍耳效应： 载流子在磁场最用下而偏离电场方向的一种现象。由于金属中只有一种载流子参与导电， 而半导体中有两种载流子参与导电，故金属在磁场作用下产生的霍耳电场比半导体产生的霍耳电场小的多，所以。