半導(dǎo)體物理學(xué)名詞解釋

1、半導(dǎo)體物理學(xué)名詞解釋1、直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶與價帶間直接躍遷而引起非平衡載流子的復(fù)合。2、間接復(fù)合：指的是非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合。3、俄歇復(fù)合：載流子從高能級向低能級躍遷發(fā)生電子-空穴復(fù)合時，把多余的能量傳給另一個載流子，使這個載流子被激發(fā)到能量更高的能級上去，當(dāng)它重新躍遷回到低能級時，多余的能量常以聲子的形式放出，這種復(fù)合稱為俄歇復(fù)合，顯然這是一種非輻射復(fù)合。4、施主雜質(zhì)：V族雜質(zhì)在硅、鍺中電離時，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)或n型雜質(zhì)。5、受主雜質(zhì)：族雜質(zhì)在硅、鍺中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)點(diǎn)中心，所以稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)或p型雜質(zhì)。6、多數(shù)載流

2、子：半導(dǎo)體材料中有電子和空穴兩種載流子。 在 N 型半導(dǎo)體中,電子是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子。在P型半導(dǎo)體中,空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子。7、能谷間散射：8、本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體就是沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體。9、準(zhǔn)費(fèi)米能級：半導(dǎo)體中的非平衡載流子，可以認(rèn)為它們都處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)（即導(dǎo)帶所有的電子和價帶所有的空穴分別處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)）。對于處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)的非平衡載流子，可以近似地引入與Fermi能級相類似的物理量準(zhǔn)Fermi能級來分析其統(tǒng)計(jì)分布；當(dāng)然，采用準(zhǔn)Fermi能級這個概念，是一種近似，但確是一種較好的近似?；谶@種近似，對于導(dǎo)帶中的非平衡電子，即可引入電子的準(zhǔn)Fermi能級；對

3、于價帶中的非平衡空穴，即可引入空穴的準(zhǔn)Fermi能級。10、禁帶：能帶結(jié)構(gòu)中能態(tài)密度為零的能量區(qū)間。11、價帶：半導(dǎo)體或絕緣體中，在絕對零度下能被電子沾滿的最高能帶。12、導(dǎo)帶：導(dǎo)帶是自由電子形成的能量空間，即固體結(jié)構(gòu)內(nèi)自由運(yùn)動的電子所具有的能量范圍。13、束縛激子：等電子陷阱俘獲載流子后成為帶電中心，這一中心由于庫侖作用又能俘獲另一種帶電符號相反的載流子從而成為定域激子，稱為束縛激子。14、淺能級雜質(zhì)：在半導(dǎo)體中、其價電子受到束縛較弱的那些雜質(zhì)原子，往往就是能夠提供載流子（電子或空穴）的施主、受主雜質(zhì)，它們在半導(dǎo)體中形成的能級都比較靠近價帶頂或?qū)У?，因此稱其為淺能級雜質(zhì)。15、深能級雜質(zhì)：

4、雜質(zhì)電離能大，施主能級遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底，受主能級遠(yuǎn)離價帶頂。16、遷移率：，表示單位場強(qiáng)下電子的平均漂移速度，單位是m2/(Vs)或者cm2/(Vs)。17、空穴的牽引長度：表征空穴漂移運(yùn)動的有效范圍的參量就是空穴的牽引長度。18、陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)能級積累非平衡載流子的作用就叫做陷阱效應(yīng)。19、替位式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格點(diǎn)處。20、間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子位于晶格原子的間隙位置。21、弗侖克耳缺陷：間隙原子和空穴成對出現(xiàn)導(dǎo)致的缺陷。22、肖特基缺陷：只在晶體內(nèi)形成空位而無間隙原子時的缺陷。23、高阻區(qū)：24、等電子雜質(zhì)：當(dāng)雜質(zhì)的價電子數(shù)等于其所替代的主晶格原子的價電子數(shù)時，這種雜質(zhì)稱為等電

5、子雜質(zhì)。25、負(fù)微分電導(dǎo)：26、擴(kuò)散長度：擴(kuò)散長度是表征載流子擴(kuò)散有效范圍的一個物理量，它等于擴(kuò)散系數(shù)乘以壽命的平方根。27、雜質(zhì)補(bǔ)償作用：半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，它們的共同作用會使載流子減少，這種作用稱為雜質(zhì)補(bǔ)償。28、耿氏效應(yīng)：在半導(dǎo)體本體內(nèi)產(chǎn)生高頻電流的現(xiàn)象稱為耿氏效應(yīng)。半導(dǎo)體物理學(xué) 基本概念能帶（energy band）相鄰原子在組成固體時，其相應(yīng)的電子能級由于原子間的相互作用而分裂，由于固體中包含的原子數(shù)很大，分離出來的能級十分密集，形成一個在能量上準(zhǔn)連續(xù)的分布即能帶。由不同的原子能級所形成的允許能帶之間一般隔著禁止能帶。導(dǎo)帶與價帶 根據(jù)能帶理論，固體中的電子態(tài)能級分裂為一

6、系列的帶，在帶內(nèi)能級分布是準(zhǔn)連續(xù)的，帶與帶之間存在有能量間隙。在非導(dǎo)體中，電子恰好填滿能量較低的一系列能帶，再高的各帶全部都是空的，在填滿的能帶中盡管存在很多電子，但并不導(dǎo)電。在導(dǎo)體中，則除了完全填滿的一系列能帶外，還有只是部分地被電子填充的能帶，這種部分填充帶中的電子可以起導(dǎo)電作用，稱為導(dǎo)帶。半導(dǎo)體屬于上述非導(dǎo)體的類型，但滿帶與空帶之間的能隙比較小。通常把半導(dǎo)體一系列滿帶中最高的能帶稱為價帶，把半導(dǎo)體中一系列空帶中最低的能帶稱為導(dǎo)帶。直接帶隙 直接帶隙半導(dǎo)體材料就是導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在k空間中同一位置。電子要躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴（形成半滿能帶）只需要吸收能量。 間接

7、帶隙 間接帶隙半導(dǎo)體材料（如Si、Ge）導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在k空間中不同位置。形成半滿能帶不只需要吸收能量，還要改變動量。 雜質(zhì)電離能 使中性施主雜質(zhì)束縛的電子電離或使中性受主雜質(zhì)束縛的空穴電離所需要的能量。施主（donor）在半導(dǎo)體帶隙中間的能級，能夠向晶體提供電子同時自身成為正離子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。受主（acceptor）在半導(dǎo)體帶隙中間的能級，能接受電子同時自身成為負(fù)離子的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。雜質(zhì)能級（impurity level）由于雜質(zhì)的存在，半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)使嚴(yán)格的周期性勢場受到破壞，從而有可能產(chǎn)生能量在帶隙中的局域化電子態(tài)，稱為雜質(zhì)能級。施主能級 離化能很小，在常

8、溫下就能電離而向?qū)峁╇娮?，自身成為帶正電的電離施主，通常稱這些雜質(zhì)能級為施主能級。受主能級 離化能很小，在常溫下就能電離而向價帶提供空穴，自身成為帶負(fù)電的電離受主，通常稱這些雜質(zhì)能級為受主能級。淺能級雜質(zhì) 雜質(zhì)能級位于半導(dǎo)體禁帶中靠近導(dǎo)帶底或價帶頂，即雜質(zhì)電離能很低的雜質(zhì)。淺能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)有較大的影響。深能級雜質(zhì) 雜質(zhì)能級位于半導(dǎo)體禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底（施主）或價帶頂（受主），即雜質(zhì)電離能很大的雜質(zhì)。深能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)影響較小，但對半導(dǎo)體中非平衡載流子的復(fù)合過程有重要作用。位于半導(dǎo)體禁帶中央能級附近的深能級雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。本征激發(fā) 價帶上的電子激發(fā)成為準(zhǔn)自由電子，即價

9、帶電子激發(fā)成為導(dǎo)帶電子的過程，稱為本征激發(fā)。有效質(zhì)量（effective mass）粒子在晶體中運(yùn)動時具有的等效質(zhì)量，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。其物理意義：（1）有效質(zhì)量的大小仍然是慣性大小的量度；（2）有效質(zhì)量反映了電子在晶格與外場之間能量和動量的傳遞，因此可正可負(fù)。空穴（hole）在電子掙脫價鍵的束縛成為自由電子，其價鍵中所留下來的空位?；匦舱?半導(dǎo)體中的電子在恒定磁場中受洛侖茲力作用將作回旋運(yùn)動，此時在半導(dǎo)體上再加垂直于磁場的交變磁場，當(dāng)交變磁場的頻率等于電子的回旋頻率時，發(fā)生強(qiáng)烈的共振吸收現(xiàn)象，稱為回旋共振。n型半導(dǎo)體 以電子為主要載流子的半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體 以空穴為主要載流子的

10、半導(dǎo)體。 電中性條件 電中性條件是半導(dǎo)體在熱平衡情況下，它的內(nèi)部所必須滿足的一個基本條件，即單位體積內(nèi)正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等。雜質(zhì)補(bǔ)償 在半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)時，存在雜質(zhì)補(bǔ)償現(xiàn)象，即施主雜質(zhì)束縛的電子優(yōu)先填充受主能級，實(shí)際的有效雜質(zhì)濃度為補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度，即兩者之差。多子 多數(shù)載流子是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起主要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的電子。少子 少數(shù)載流子是在半導(dǎo)體輸運(yùn)過程中起次要作用的載流子，如n-型半導(dǎo)體中的空穴。 點(diǎn)缺陷 是最簡單的晶體缺陷，它是在結(jié)點(diǎn)上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)正常排列的一種缺陷。包括：間隙原子和空位是成對出現(xiàn)的弗倉克耳缺陷和只在晶體內(nèi)形成空位而無間

11、隙原子的肖特基缺陷。陷阱（trap）半導(dǎo)體中能夠俘獲電子或空穴的晶體缺陷或化學(xué)中心。熱平衡時由缺陷或雜質(zhì)引入的能級，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)引入非平衡載流子時，如果能級上電子數(shù)目增加則該能級具有俘獲非平衡電子能力，該能級稱為電子陷阱。反之若該能級上電子數(shù)目減少則該能級具有俘獲空穴的能力稱為空穴陷阱。當(dāng)非平衡載流子落入陷阱后基本上不能直接發(fā)生復(fù)合，而必須首先激發(fā)到導(dǎo)帶或價帶，然后才能通過復(fù)合中心而復(fù)合。在整個過程中，載流子從陷阱激發(fā)到導(dǎo)帶或價帶所需的平均時間比它們從導(dǎo)帶或價帶發(fā)生復(fù)合所需的平均時間長得多，因此陷阱的存在大大增加了從非平衡恢復(fù)到平衡態(tài)的弛豫時間。非簡并半導(dǎo)體 半導(dǎo)體中摻入一定量的雜質(zhì)時，使費(fèi)米能

12、級Ef位于導(dǎo)帶和價帶內(nèi)，即Ev + 3KT = Ef = Ec -3KT時，半導(dǎo)體成為非簡并的。 簡并半導(dǎo)體（degeneracy semiconductor）半導(dǎo)體重?fù)诫s時，其費(fèi)米能級有可能進(jìn)入到導(dǎo)帶或價帶中，此時載流子分布必須用費(fèi)米分布描述，稱之為簡并半導(dǎo)體。簡并半導(dǎo)體有如下性質(zhì)：（1）雜質(zhì)不能充分電離；（2）雜質(zhì)能級擴(kuò)展為雜質(zhì)能帶。如果雜質(zhì)能帶與導(dǎo)帶或價帶相連，則禁帶寬度將減小。本征半導(dǎo)體（intrinsic semiconductor）即純凈半導(dǎo)體，其載流子濃度隨溫度增加呈指數(shù)規(guī)律增加。費(fèi)米面 將自由電子的能量E等于費(fèi)米能級Ef的等能面稱為費(fèi)米面。狀態(tài)密度 在能帶中能量E附近每單位能量

13、間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。即費(fèi)米分布 大量電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布。費(fèi)米分布函數(shù)為：物理意義是絕對溫度T下的物體內(nèi)，電子達(dá)到熱平衡狀態(tài)時，一個能量為E的獨(dú)立量子態(tài)，被一個電子占據(jù)的幾率。（1）一般認(rèn)為，溫度不高時，能量大于Ef的電子態(tài)基本上沒有被電子占據(jù)；能量小于Ef的電子態(tài)，基本上被電子所占據(jù)，而電子占據(jù)E=Ef能態(tài)的幾率在各種溫度下總是1/2；（2）Ef標(biāo)志了電子填充能級的水平，Ef位置越高，則能填充在較高能級上的電子就越多。費(fèi)米能級 費(fèi)米能級是絕對零度時電子的最高能級。即由費(fèi)米子組成的微觀體系中，每個費(fèi)米子都處在各自的量子能態(tài)上。現(xiàn)在假想把所有的費(fèi)米子從這些量子態(tài)上移開。之后再把這些費(fèi)米

14、子按照一定的規(guī)則（例如泡利原理等）填充在各個可供占據(jù)的量子能態(tài)上，并且這種填充過程中每個費(fèi)米子都占據(jù)最低的可供占據(jù)的量子態(tài)。最后一個費(fèi)米子占據(jù)著的量子態(tài)，即可粗略理解為費(fèi)米能級。準(zhǔn)費(fèi)米能級（quasi-Fermi level）當(dāng)半導(dǎo)體材料中存在非平衡載流子時，導(dǎo)帶電子和價帶電子在各自能帶中熱躍遷概率大，而處于熱平衡狀態(tài)；導(dǎo)帶電子與價帶電子之間，熱躍遷概率小，處于不平衡狀態(tài)。因此用電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(EF)n和空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(EF)p分別描述非平衡半導(dǎo)體材料中電子濃度n和空穴濃度p： 其中Nc、Nv為導(dǎo)帶和價帶的有效態(tài)密度，Ec、Ev為導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)哪芰?EF)n(EF)p。非平衡載流子 比平衡狀

15、態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。并滿足電中性條件?？梢援a(chǎn)生過剩載流子的外界影響包括光照和外壓。遷移率 單位電場作用下，載流子獲得的平均定向運(yùn)動速度，反映了載流子在電場作用下的輸運(yùn)能力，是半導(dǎo)體物理中重要的概念和參數(shù)之一。遷移率的表達(dá)式為：=q/m* ?？梢姡行з|(zhì)量和弛豫時間（散射）是影響遷移率的因素。平均自由程 連續(xù)兩次散射間自由運(yùn)動的平均路程稱為平均自由程。載流子壽命（carrier lifetime）在熱平衡條件下，電子不斷地由價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對，與此同時，它們又不停地因復(fù)合而消失。平衡時，電子與空穴的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，從而使半導(dǎo)體中載流子的密度維持恒定。載流子間的復(fù)

16、合使載流子逐漸消失，這種載流子平均存在的時間，就稱之為載流子壽命。非平衡載流子壽命（nonequilibrium carrier lifetime）當(dāng)半導(dǎo)體由于外界作用注入非平衡載流子時，它處于非平衡狀態(tài)。載流子間的復(fù)合使非平衡載流子逐漸消失。在注入非平衡載流子濃度不是太大的簡單情況下，非平衡載流子按下列規(guī)律消失：n=(n)0exp(-t/)。式中即為非平衡載流子平衡平均存在的時間，通常稱為非平衡載流子壽命。由于在非平衡狀態(tài)下，非平衡少子的影響起主導(dǎo)作用，因而又稱為非平衡少子壽命，是非平衡載流子濃度衰減至初始時濃度的1/e倍所需的時間。小注入 小注入是指注入的非平衡載流子濃度遠(yuǎn)小于平衡時的多數(shù)

17、載流子濃度，比如n型半導(dǎo)體，如果滿足n和p遠(yuǎn)小于平衡電子濃度（n0）就屬于小注入。 直接復(fù)合（direct recombination） 導(dǎo)帶中的電子越過禁帶直接躍遷到價帶，與價帶中的空穴復(fù)合，這樣的復(fù)合過程稱為直接復(fù)合。間接復(fù)合 導(dǎo)帶中的電子通過禁帶的復(fù)合中心能級與價帶中的空穴復(fù)合，這樣的復(fù)合過程稱為間接復(fù)合。表面復(fù)合（surface recombination）位于半導(dǎo)體表面禁帶內(nèi)的表面態(tài)與體內(nèi)深能級一樣可作為復(fù)合中心，起著對載流子的復(fù)合作用。為此，通常把半導(dǎo)體非平衡載流子通過表面態(tài)發(fā)生復(fù)合的過程稱為表面復(fù)合。依賴于表面復(fù)合中心濃度及體摻雜濃度，還依賴于表面勢，所以表面復(fù)合會因表面環(huán)境條件

18、的變化而發(fā)生變化。半導(dǎo)體器件通常都要求較低且穩(wěn)定的表面復(fù)合速度。復(fù)合中心（recombination center）半導(dǎo)體中某些雜質(zhì)和缺陷可以促進(jìn)載流子復(fù)合，對非平衡載流子壽命的長短起決定性作用，這些雜質(zhì)和缺陷稱為復(fù)合中心。作為復(fù)合中心的雜質(zhì)與缺陷一般在禁帶中引入一個或幾個深能級，它們既可以俘獲電子又能俘獲空穴，從而促進(jìn)了復(fù)合過程。對載流子復(fù)合有促進(jìn)作用的雜質(zhì)很多。金是一種有效的復(fù)合中心，在半導(dǎo)體器件中，經(jīng)常引入金以降低注入載流子壽命，提高器件的開關(guān)速度。俄歇復(fù)合 載流子從高能級向低能級躍遷，發(fā)生電子空穴復(fù)合時，把多余的能量傳給另一個載流子，使這個載流子被激發(fā)到能量更高的能級上去，當(dāng)它重新躍遷

19、回低能級時，多余的能量常以聲子形式放出，這種復(fù)合稱為俄歇復(fù)合。弛豫時間 原子核從激化的狀態(tài)回復(fù)到平衡排列狀態(tài)的過程叫弛豫過程。它所需的時間叫弛豫時間。熱載流子 比零電場下的載流子具有更高平均動能的載流子。半導(dǎo)體處于強(qiáng)場中時，電子的平均能量高于晶格平均能量，以溫度度量，則電子平均溫度高于晶格平均溫度，因此稱強(qiáng)場中電子為熱載流子。擴(kuò)散長度 非平衡載流子在邊擴(kuò)散邊復(fù)合的過程中，減少至原值的1/e時所擴(kuò)散的距離。牽引長度 電場很強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動可以忽略時，由表面注入的平衡載流子深入樣品的平均距離是牽引長度。愛因斯坦關(guān)系 對電子Dn/n =k0T/q 對空穴Dp/p =k0T/q它表明非簡并情況下載流子的遷

20、移率和擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系?；魻栃?yīng)（Hall effect）在半導(dǎo)體薄片的兩端之間通以電流，如果在與薄片垂直的方向外加一磁場，則電子和空穴在洛倫茲力作用下，將沿著與磁場方向垂直的方向移動。如沿洛倫茲力的方向設(shè)置電極，則可檢測出電壓（霍爾電壓）。這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妶鯡Y=RHJXBZ，比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)?；魻栂禂?shù)的數(shù)值與正負(fù)和半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型、載流子濃度、遷移率大小以及溫度、樣品形狀等因素有關(guān)?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體物理性質(zhì)的一個很重要的方法，可測定載流子濃度、導(dǎo)電類型和霍爾遷移率。 1、金剛石型結(jié)構(gòu)：金剛石結(jié)構(gòu)是一種由相同原子構(gòu)成的復(fù)式晶體，它是由兩個面心立方晶胞沿立方體的空間對角線彼此位移四分之一空間對角線長度套構(gòu)而成。每個原子周圍都有4個最近鄰的原子，組成一個正四面體結(jié)構(gòu)。2、閃鋅礦型結(jié)構(gòu)：閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶胞，它是由兩類原子各自組成的面心立方晶格，沿空間對角線彼此位移四分之一空間對角線長度套構(gòu)而成。3、有效質(zhì)量：粒子在晶體中運(yùn)動時具有的等效質(zhì)量，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。有效質(zhì)量表達(dá)式為：4、遷移率：單位電場作用下，載流子獲得的平均定向運(yùn)動速度，反映了載流子在電場作用下的輸運(yùn)能力，是半導(dǎo)體物理中重要的概念和參數(shù)之一。遷移率的表達(dá)式為：=q/m* 。可見，有效質(zhì)量和弛豫時間（散射）是影響遷移