半导体物理学名词解释缩小版.pdf

半导体物理学名词解释1 、 直接复合 ：电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合2 、 间接复合 ：指的是非平衡载流子通过复合中心的复合3、俄歇复合 ：载流子从高能级向低能级跃迁发 生电子 - 空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回到低能级时，多余的能 量常以声子的形式放出，这种复合称为俄歇复合，显然这是一种非辐射复合4、施主杂质 ：V 族杂质在硅、锗中电离时，能 够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或 n 型杂质5、受主杂质 ：Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电 子而产生导电空穴，并形成负点中心，所以称它们为受主杂质或 p 型杂质6 、 多数载流子 ：半导体材料中有电子和空穴两种载流子在 N 型半导体中, 电子是多数载流子, 空穴是少数载流子在 P 型半导体中 , 空穴 是多数载流子 , 电子是少数载流子8、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体 9、准费米能级：半导体中的非平衡载流子，可以认为它们都处于准平衡状态（即导带所有的电子和 价带所有的空穴分别处于准平衡状态） 对于处于准平衡状态的非平衡载流子，可以近似地引入与 Fermi 能级相类似的物理量——准Fermi 能级来分析其统计分布；当然，采用准 Fermi 能级这个概念，是一种近似，但确是一种较好的近似。

基于这种近似，对于导带中的非平衡电子，即可引入电子的准 Fermi 能 级；对于 价带中的非平衡空穴，即可引入空穴的准 Fermi 能级10、 禁带 ：能带结构中能态密度为零的能量区 间11、 价带 ：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能 被电子沾满的最高能带12、 导带 ：导带是自由电子形成的能量空间即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围 13、 束缚激子 ：等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一中心由于库仑作用又能俘获另一种带电符号相反的载流子从而成为定域激子，称 为束缚激子14、 浅能级杂质 ：在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流 子（电子或空穴）的施主、受主杂质，它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称其为浅能级杂质 15、 深能级杂质 ：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶16、迁移率 ：μ，表示单位场强下电子的平均漂 移速度，单位是m^2/(V·s)或者cm^2/(V·s)17、 空穴的牵引长度：表征空穴漂移运动的有效 范围的参量就是空穴的牵引长度18、 陷阱效应 ：杂质能级积累非平衡载流子的作用就叫做陷阱效应。

19、 替位式杂质 ：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处20、 间隙式杂质 ：杂质原子位于晶格原子的间隙 位置21、 弗仑克耳缺 陷：间隙原子和空穴成对出现导 致的缺陷 22、肖 特基缺陷 ：只在晶体内形成空位而无间隙原子的缺陷24、 等电子杂质 ：当杂质的价电子数等于其所替 代的主晶格原子的价电子数时，这种杂质称为等电子杂质 26、 扩散长度 ：扩散长度是表征载流子扩散有效范围的一个物理量，它等于扩散系数乘以寿命的平方根 27、 杂质补偿作用：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们的共同作用会使载流子减少，这种作用称为杂质补偿 28、 耿氏效应 ：在半导体本体内产生高频电流的现象称为耿氏效应半导体物理学基本概念能带 （energy band） 相邻原子在组成固体时，其相应的电子能级由于原子间的相互作用而分 裂，由于固体中包含的原子数很大，分离出来的能级 十分密集，形成一个在能量上准连续的分 布即能带由不同的原子能级所形成的允许能带之间一般隔着禁止能带导带与价带根据能带理论，固体中的电子态能 级分裂为一系列的带，在带内能级分布是准连续的，带与带之间存在有能量间隙在非导体中，电子恰好填满能量较低的一系列能带，再高的各 带全部都是空的，在填满的能带中尽管存在很多电子，但并不导电。

在导体中，则除了完全填满的 一系列能带外，还有只是部分地被电子填充 的能带，这种部分填充带中的电子可以起导电作用，称为导带半导体属于上述非导体的类型，但满带与空带之间的能隙比较小通常把半导 体一系列满带中最高的能带称为价带，把半导体中一系列空带中最低的能带称为导带直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底） 和满带最大值在 k 空间中同一位置电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能 带）只需要吸收能量间接带隙半导体材料（如 Si 、 Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在 k 空间中不同位 置形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量杂质电离能 使中性施主杂质束缚的电子电离或使 中性受主杂质束缚的空穴电离所需要的能量施主（ donor ） 在半导体带隙中间的能级，能够向晶体提供电子同时自身成为正离子的杂质称为 施主杂质 受主（ acceptor ）在半导体带隙中间的能级，能接受电子同时自身成为负离子的杂质称为 受主杂质 杂质能级（ impurity level）由于杂质的存在，半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子 态， 称为杂质能级。

施主能级离化能很小，在常温下就能电离而向导带提供电子，自身成为带正电的电离施主，通常 称这些杂质能级为施主能级 受主能级离化能很小，在常温下就能电离而向价带提供空穴，自 身成为带负电的电离受主，通常称这些杂质能级为受主能级 浅能级杂质杂质能级位于半导体禁带中靠近导 带底或价带顶，即杂质电离能很低的杂质浅能级杂质对半导体的导电性质有较大的影响深能级杂质 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深能级杂质对半导体导电性质影响较小，但对半导体中非平衡载流子的复合过程有 重要作用位于半导体禁带中央能级附近的深能级杂质是有效的复合中心本征激发 价带上的电子激发成为准自由电子，即 价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发有效质量（ effective mass） 粒子在晶体中运动 时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用其物理意义：（1）有效质量的大小仍然 是惯 性大小的量度；（2）有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递，因此可正可负 空穴（ hole ） 在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位回旋共振半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，发生强烈的共振吸收现象，称 为回旋共振。

N型半导体是以电子为主要载流子的半导体；p型半导体是以空穴为主要载流子的半导体 电中性条件 ：电中性的条件是半导体在热平衡情况下，他的内部体系所必须满足的一个基本条 件，即单位体积内正电荷数与负电荷数相等杂质补偿： 在半导体中同时存在施主和受主杂质时，存在杂质补偿现象，即施主杂质束缚的电子 优先填充受主能级，实际的有效杂质浓度为补偿后的杂质浓度，即两者之差多子 ：多数载流子是在半导体输运过程中起主要 作用的载流子，如 n- 型半导体中的电子少子 ：少数载流子是在半导体输运过程中起次要作用的载流子，如 n- 型半导体中的空穴 点缺陷： 是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷包括：间隙原子和空位是成对出现的弗仓克耳缺陷和只在晶体内形成空位而无间隙原子的 肖特基缺陷陷阱（ trap ） 半导体中能够俘获电子或空穴的晶体缺陷或化学中心热平衡时由缺陷或杂质引入 的能级，当半导体内引入非平衡载流子时，如果能 级上电子数目增加则该能级具有俘获非平衡电子能力，该能级称为电子陷阱反之若该能级 上电子数目减少则该能级具有俘获空穴的能力称为空穴陷阱当非平衡载流子落入陷阱后基本上不能直接发生复合，而必须首先激发到导带或 价带，然后才能通过复合中心而复合。

在整个过程中，载流子从陷阱激发到导带或价带所需的平均时间比它们从导带或价带发生复合所需的平 均时间长得多，因此陷阱的存在大大增加了从非平衡恢复到平衡态的弛豫时间 非简并半导体半导体中掺入一定量的杂质时，使费米能级 Ef 位于导带和价带内，即 Ev + 3KT <= Ef <= Ec -3KT 时，半导体成为非简并的简并半导体（degeneracy semiconductor）半导体重掺杂时，其费米能级有可能进入到导带或价 带中，此时载流子分布必须用费米分布描述，称之 为简并半导体简并半导体有如下性质：（1）杂质不能充分电离；（2）杂质能级扩展为 杂质能带如果杂质能带与导带或价带相连，则禁带宽度将减小本征半导体（intrinsic semiconductor） 即纯 净半导体，其载流子浓度随温度增加呈指数规律增加费米面 ：将自由电子的能量E 等于费米能级Ef 的等能面状态密度 ：在能带中方能量E 附近每单位能量间隔内的量子数 费米分布 ：大量电子在不同能量量子态上的统计分布1 物理意义是绝对温度 T 下的物体内，电子达到热平衡状态时，一个能量为 E 的独立量子态， 被一个电子占据的几率。

1）一般认为，温度不高时，能量大于 Ef 的电子态基本上没有被电子占据；能量小于 Ef 的电子态，基本上被电 子所占据，而电子占据 E=Ef 能态的几率在各种温度下总是1/2 ； （2）Ef 标志了电子填充能级的水平， Ef 位置越高，则能填充在较高能级上 的电子就越多费米能级费米能级是绝对零度时电子的最高能级即由费米子组成的微观体系中，每个费米子 都处在各自的量子能态上现在假想把所有的费米子从这些量子态上移开之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各 个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每 个费米子都占据最低的可供占据的量子态最后一个费米子占据着的量子态，即可粗略理解 为费米能级准费米能级（quasi-Fermi level） 当半导体材 料中存在非平衡载流子时，导带电子和价带电子在各自能带中热跃迁概率大，而处于热平衡状态；导带电子与价带电子之间，热跃迁概率 小，处于不平衡状态因此用电子准费米能级(EF)n 和空穴准费米能级(EF)p 分别描述非平衡半导体材料中电子浓度 n 和空穴浓度 p ：其中 Nc、 Nv 为导带和价带的有效态密度，Ec、 Ev 为导带底和价带顶的能量 (EF)n≠(EF)p。

非平衡载流子比平衡状态多出来的这部分载流 子称为非平衡载流子并满足电中性条件可以产生过剩载流子的外界影响包括光照和外压迁移率单位电场作用下，载流子获得的平均定 向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一 迁移率的表达式为：μ =qτ/m* 可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路 程称为平均自由程载流子寿命（carrier lifetime）在热平衡条件下，电子不断地由价带激发到导带，产生电子空 穴对，与此同时，它们又不停地因复合而消失平 衡时，电子与空穴的产生率等于复合率，从而使半导体中载流子的密度维持恒定载流子间 的复合使载流子逐渐消失，这种载流子平均存在的时间，就称之为载流子寿命非平衡载流子寿命（nonequilibrium carrier lifetime）当半导体由于外界作用注入非平衡载流子时，它处于非平衡状态载流子间的复合使 非 平衡载流子逐渐消失在注入非平衡载流子浓度不是太大的简单情况下，非平衡载流子按下列规律消失：Δn=(Δ n)0exp(-t/τ) 式中τ 即为非平衡载流子平衡平均存在的时间，通常称为非平衡载流子寿命。

由于在非平衡状态下， 非平衡少子的影响起主导作用，因而τ 又称为非平衡少子寿命，是非平衡载流子浓度衰减至初始时浓度的 1/e 倍所需的时间 小注入小注入 是指注入的非平衡载流子浓度远小于平衡时的。