名詞解釋(半導(dǎo)體物理)

1、直接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶邊和價帶邊處于k空間相同點的半導(dǎo)體通常被稱為直接帶隙半導(dǎo)體。電子要躍遷的導(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。例子有GaAs，InP,InSb。間接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶邊和價帶邊處于k空間不同點的半導(dǎo)體通常被稱為間接帶隙半導(dǎo)體。形成半滿能帶不只需要吸收能量，還要該變動量。例子有Ge，Si。準(zhǔn)費米能級：非平衡態(tài)的電子與空穴各自處于熱平衡態(tài)-準(zhǔn)平衡態(tài),可以定義EFn、EFp分別為電子和空穴的準(zhǔn)費米能級。有效質(zhì)量：在討論半導(dǎo)體的載流子在外場力的作用下的運動規(guī)律時，由于載流子既受到外場的作用，又受到晶體內(nèi)部周期性勢場的作用，只要將內(nèi)部勢場的復(fù)雜作用包含在引入的有效質(zhì)

2、量中，并用它來代替慣性質(zhì)量，就可以方便地采用經(jīng)典力學(xué)定律來描寫。由于晶體的各向異性，有效質(zhì)量和慣性質(zhì)量不一樣，它是各向異性的。有效質(zhì)量是半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的概括?？v向有效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量：由于半導(dǎo)體材料的k空間等能面是橢球面，有效質(zhì)量是各向異性的。在回旋共振實驗中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相對晶軸有不同取向時，可以得到為數(shù)不等的吸收峰，在分析時引入縱向有效高質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量表示旋轉(zhuǎn)橢球等能面在長軸方向和短軸方向上的有效質(zhì)量的差別。是晶體各向異性的反映。擴(kuò)散長度: 指的是非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離,它由擴(kuò)散系數(shù)和材料的非平衡載流子的壽命決定,即L=Dt。牽引長度：是指非平衡載流子在電場E

3、作用下，在壽命t時間內(nèi)所漂移的的距離, 即L(E)=Eut,有電場,遷移率和壽命決定。費米能級：表示系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時，在不對外做功的情況下，增加一個電子所引起系統(tǒng)能量的變化。它標(biāo)志了電子填充能級水平，與溫度，材料的導(dǎo)電類型以及摻雜濃度等因素有關(guān)。電子親和勢：表示要使得半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逃逸出體外（相對于真空能級）所需的最小能量，對半導(dǎo)體材料而言，它與導(dǎo)電類型，摻雜濃度無關(guān)。復(fù)合中心：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷可以在禁帶中形成一定的能級，對非平衡載流子的壽命有很大的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：雜質(zhì)，缺陷越多，其壽命越短，說明雜志和缺陷具有促進(jìn)復(fù)合的作用。把促進(jìn)復(fù)合過程的雜質(zhì)和缺陷稱為復(fù)合中心。陷阱中心：如果半

4、導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷所形成的能級具有收容部分非平衡載流子的作用，雜質(zhì)能級的這種積累非平衡載流子的作用稱為陷阱效應(yīng)，把能產(chǎn)生顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心。能級的分類：在純凈的半導(dǎo)體中，參入少量的其它元素雜質(zhì)，對半導(dǎo)體的性能影響很大。由于雜質(zhì)的存在，使得該處的周期性勢場受到擾亂，因而雜質(zhì)的電子不能處于正常的導(dǎo)帶貨價帶中，而是在禁帶中引入分裂能級，即雜質(zhì)能級。根據(jù)雜質(zhì)能級在禁帶中的位置不同，分為深能級雜質(zhì)和淺能級雜質(zhì)。又根據(jù)雜質(zhì)電離后釋放電子還是空穴，分為施主和受主兩類。淺能級雜質(zhì)：施主和受主能級離導(dǎo)帶底或價帶頂很近，電離能很小，在常溫下，雜質(zhì)基本全部電離，使得導(dǎo)帶或價帶增加電子或空穴，它的重

5、要作用是改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型和調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。深能級雜質(zhì)：能級較深，電離能很大，對半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類型沒有顯著的影響，但能提供有效的復(fù)合中心，可用于高速開關(guān)器件。鏡像力：金屬與半導(dǎo)體接觸時，半導(dǎo)體中的電荷在金屬表面感應(yīng)出帶電符號相反的電荷，同時半導(dǎo)體中的電荷要受到金屬中的感應(yīng)電荷的庫侖吸引力，這個吸引力就稱為鏡像力。隧道效應(yīng)：能量低于勢壘頂?shù)碾娮佑幸欢◣茁蚀┻^勢壘，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。隧道穿透的幾率與電子的能量和勢壘的厚度有關(guān)。鏡像力和隧道效應(yīng)對接觸勢壘的影響：在加上反向電壓時，上述兩種效應(yīng)將使得金屬一邊的勢壘降低，而且反向電壓越大，勢壘降得越低，從而導(dǎo)致反向電流不飽和。功函數(shù)

6、：功函數(shù)是指真空電子能級Eo與半導(dǎo)體的費米能級Ef之差。影響功函數(shù)的因素是摻雜濃度，溫度和半導(dǎo)體的電子親和勢。接觸勢：則是指兩種不同的材料由于接觸而產(chǎn)生的接觸電勢差。平均自由程：是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運動的平均路程。由散射決定。擴(kuò)散長度：則是非平衡載流子深入樣品的平均距離。由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命決定。平均自由時間：是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時間。有散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時間越長。非平衡載流子的壽命：是指非平衡載流子的平均生存時間。有復(fù)合幾率決定，與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。歐姆接觸：是指其電流-電壓特性滿足歐姆定律的金屬與半導(dǎo)體接觸。形成歐姆接觸的常用方法有兩種：一是選擇適當(dāng)?shù)?/p>

7、功函數(shù)的金屬與半導(dǎo)體接觸構(gòu)成反阻擋層，即形成多子的勢阱；二是金屬與重?fù)诫sn型半導(dǎo)體通過隧道效應(yīng)產(chǎn)生隧穿電流。作圖分析題(畫出中等摻雜的Si的電阻率p隨溫度T的變化關(guān)系圖)AB:（低溫弱電離） 本證激發(fā)可忽略。溫度升高，載流子濃度增加，雜質(zhì)散射導(dǎo)致遷移率也升高，故電阻率p隨溫度T升高下降。BC:（雜質(zhì)全電離）以晶格振動散射為主。溫度升高，載流子濃度基本不變。晶格振動散射導(dǎo)致遷移率下降，故電阻率p隨溫度T升高上升。CD：（本證激發(fā)）本證激發(fā)為主，晶格振動散射導(dǎo)致遷移率下降，但載流子濃度升高很快，故電阻率p隨溫度T升高而下降。畫出理想有n-Si構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)的高頻和準(zhǔn)靜態(tài)的C-V曲線，在圖上標(biāo)明積

8、累，耗盡與反型的區(qū)域，并用文字在下方說明各個階段在半導(dǎo)體表面載流子濃度的變化特征。如果絕緣層中存在正電荷，在什么位置時對高頻C-V沒有影響？通過什么方法的處理可以消除可移動正電荷的影響？1當(dāng)在柵電極上加正的偏壓時，半導(dǎo)體表面能帶下彎，表面積累了比平衡狀態(tài)的電子濃度高的多子電子；當(dāng)加負(fù)的偏壓時，能帶向上彎，表面電子被電場力趕走耗盡；當(dāng)繼續(xù)加大負(fù)偏壓，能帶更加向上彎使得中間能級超過費米能級，表面的空穴濃度大于多子電子濃度，出現(xiàn)反型態(tài)，如在高頻的小信號下，少子的產(chǎn)生和復(fù)合，跟不上外加電場信號的變化，則對電容沒有貢獻(xiàn)，則電容趨于最小值。2當(dāng)絕緣層中存在正電荷時，會使得C-V向負(fù)偏壓方向偏移，但當(dāng)正電荷

9、處于金屬和絕緣層之間時，對C-V沒有影響。3可移動正電荷的影響可以通過溫度-偏壓實驗（B-T實驗），把可移動正電荷趕到金屬和絕緣層之間。從能帶結(jié)構(gòu)的角度分析說明，在強(qiáng)電場下，n型GaAs和n型Si的電子飄逸速度隨電場的變化的規(guī)律有何差別？導(dǎo)致這一差別的主要原因是什么？強(qiáng)電場下，n-Si的電子飄逸速度Vd隨電場增強(qiáng)而升高的幅度有所降低（即偏離歐姆定律），最終趨于飽和。n-GaAs的Vd在場強(qiáng)E達(dá)某一范圍時出現(xiàn)微分負(fù)電導(dǎo)區(qū)，即Vd隨場強(qiáng)增強(qiáng)而減小，遷移率為負(fù)值；當(dāng)場強(qiáng)E再增大時，Vd隨場強(qiáng)E增強(qiáng)而增加，最終趨于飽和。導(dǎo)致這一差別的根本原因是兩種半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)不同。對于n-Si材料的電子飄逸速

10、度飽和效應(yīng)可用熱載流子效應(yīng)來解釋。n-GaAs在導(dǎo)帶中存在兩個能量相差不大的不等價能谷，這一能帶結(jié)構(gòu)有3個與負(fù)微分遷移率有關(guān)的典型特征：存在導(dǎo)帶電子的子能谷；子能谷與主能谷的能量差小于禁帶寬度而遠(yuǎn)大于KoT;電子在子能谷的中的有效質(zhì)量遠(yuǎn)大于其主能谷的有效質(zhì)量，因而子能谷低的有效態(tài)密度較高。當(dāng)外加電場升高到足以發(fā)生光學(xué)聲子參與的散射之前，短波聲學(xué)聲子因足以提供可彌補兩個不等價能谷之間的能量差，使熱電子從主能谷向能量較高的子能谷躍遷。由于這兩個不等價能谷具有不同的曲率，這種躍遷導(dǎo)致電子有效質(zhì)量的改變，從而發(fā)生遷移率的改變。 少子壽命：載流子壽命就是指非平衡載流子的壽命。而非平衡載流子一般也就是非平

11、衡少數(shù)載流子（因為只有少數(shù)載流子才能注入到半導(dǎo)體內(nèi)部、并積累起來，多數(shù)載流子即使注入進(jìn)去后也就通過庫侖作用而很快地消失了），所以非平衡載流子壽命也就是指非平衡少數(shù)載流子壽命，即少數(shù)載流子壽命。熱載流子：所謂熱載流子，是指比零電場下的載流子具有更高平均動能的載流子。零電場下，載流子通過吸收和發(fā)射聲子與晶格交換能量，并與之處于熱平衡狀態(tài)，其溫度與晶格溫度相等。在有電場的作用存在時，載流子可以從電場直接獲取能量，而晶格卻不能。晶格只能借助載流子從電場直接獲取能量，就從電場獲取并積累能量又將能量傳遞給晶格的穩(wěn)定之后，載流子的平均動能將高于晶格的平均動能，自然也高于其本身在零電場下的動能，成為熱載流子。

12、本征激發(fā)：一般來說，半導(dǎo)體中的價電子不完全像絕緣體中價電子所受束縛那樣強(qiáng)，如果能從外界獲得一定的能量(如光照、溫升、電磁場激發(fā)等)，一些價電子就可能掙脫共價鍵的束縛而成為近似自由的電子（同時產(chǎn)生出一個空穴），這就是本征激發(fā)。這是一種熱學(xué)本征激發(fā)，所需要的平均能量就是禁帶寬度。本征激發(fā)還有其它一些形式。如果是光照使得價電子獲得足夠的能量、掙脫共價鍵而成為自由電子，這是光學(xué)本征激發(fā)（豎直躍遷）；這種本征激發(fā)所需要的平均能量要大于熱學(xué)本征激發(fā)的能量禁帶寬度。如果是電場加速作用使得價電子受到高能量電子的碰撞、發(fā)生電離而成為自由電子，這是碰撞電離本征激發(fā)；這種本征激發(fā)所需要的平均能量大約為禁帶寬度的1.

13、5倍。本征半導(dǎo)體：沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體，叫做本征半導(dǎo)體。肖特基接觸：是指具有整流特性的金屬-半導(dǎo)體接觸，就如同二極管具有整流特性。是金屬-半導(dǎo)體邊界上形成的具有整流作用的區(qū)域。肖特基接觸是指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸的時候，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢壘。勢壘的存在才導(dǎo)致了大的界面電阻。與之對應(yīng)的是歐姆接觸，界面處勢壘非常小或者是沒有接觸勢壘。非平衡載流子：處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0（此處0是下標(biāo)），可以比他們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。補充：Non-equilibrium carrier（1）非平衡載流子的產(chǎn)生：非平衡狀態(tài)的

14、半導(dǎo)體有兩種情況，一種是比平衡載流子多出了一部分載流子，為注入情況；另一種是比平衡載流子缺少了一部分載流子，為抽出情況。（2）非平衡載流子的壽命：在沒有外界作用時，所多出的載流子非平衡載流子將要復(fù)合而消失（半導(dǎo)體恢復(fù)到平衡狀態(tài)），非平衡載流子的平均消失時間就是載流子的“復(fù)合壽命”；相反，對于缺少了載流子的半導(dǎo)體，將要產(chǎn)生出載流子、以恢復(fù)到平衡狀態(tài)，這時，產(chǎn)生出缺少了的一部分載流子所需要的時間就是載流子的“產(chǎn)生壽命”。復(fù)合與產(chǎn)生的機(jī)理與半導(dǎo)體種類有關(guān)，Si主要是復(fù)合中心的間接復(fù)合機(jī)理。（3）非平衡載流子多半是少數(shù)載流子：由于半導(dǎo)體電中性條件的要求，一般不能向半導(dǎo)體內(nèi)部注入、或者從半導(dǎo)體內(nèi)部抽出多數(shù)載流子，而只能夠注入或者抽出少數(shù)載流子，所以半導(dǎo)體中的非平衡載流子一般就是非平衡少數(shù)載流子。（4）非平衡載流子的運動：