半导体物理(微电子器件基础 )知识点总结

第一章
●能带论：单电子近似法研究晶体中电子状态的理论
●金刚石结构：两个面心立方按体对角线平移四分之一闪锌矿
●纤锌矿：两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成（001）面ABAB顺序堆积●禁带宽度：导带底与价带顶之间的距离脱离共价键所需最低能量
●本征激发：价带电子激发成倒带电子的过程
●有效质量（意义）：概括了半导体内的势场作用，使解决半导体内电子在外力作用下运
动规律时，可以不涉及半导体内部势场作用
●空穴：价带中空着的状态看成是带正电的粒子
●准连续能级：由于N很大，每个能带的能级基本上可以看成是连续的
●重空穴带：有效质量较大的空穴组成的价带
●窄禁带半导体：原子序数较高的化合物
●导带：电子部分占满的能带，电子可以吸收能量跃迁到未被占据的能级
●价带：被价电子占满的满带
●满带：电子占满能级
●半导体合金：IV族元素任意比例熔合
●能谷：导带极小值
●本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体
●应变半导体：经过赝晶生长生成的半导体
●赝晶生长：晶格失配通过合金层的应变得到补偿或调节，获得无界面失配位错的合金层
的生长模式
●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
●间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置
●允带：允许电子能量存在的能量范围.
●同质多象体：一种物质能以两种或两种以上不同的晶体结构存在的现象
第二章
●替位杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。

●间隙杂质：杂质原子位于晶格的间隙位置。

●杂质浓度：单位体积中的杂质原子数。

●施主（N型）杂质：释放束缚电子，并成为不可动正电荷中心的杂质。

●受主（P型）杂质：释放束缚空穴，并成为不可动负电荷中心的杂质。

● 杂质电离：束缚电子被释放的过程（N ）、束缚空穴被释放的过程（P ）。

● 杂质束缚态：杂质未电离时的中性状态。

● 杂质电离能：杂质电离所需的最小能量：
● 浅能级杂质：施（受）主能级很接近导（价）带底（顶）。

● 深能级杂质：施（受）主能级远离导（价）带底（顶）。

● 杂质补偿：当半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主杂质和受主杂质之间的互
相抵消作用。

● 多能级杂质：杂质多次电离，每次电离相应一个能级，称为多能级杂质。

● 双性杂质：同种杂质在同一半导体晶格位置上，既可释放电子呈施主
● 性，又可接受电子呈受主性。

● 位错：晶体沿某条线原子排列偏离周期排列，包括刃位错和螺位错。

● 等电子杂质：杂质原子替代同族原子。

● 等电子陷阱：等电子杂质形成的带电中心。

第三章
● 状态密度:就是在能带中能量E 附近每单位间隔内的量子态数。

● 费米分布：在热平衡状态下，电子按能量大小具有一定的统计分布规律，能量为E
的一个量子态被一个电子占据时的概率满足公式f （E ）
● 费米能级：Ef 为一个类似于积分常数的一个待定常数，称为费米能级，Ef 是系统的
化学势。

● 波尔兹曼分布：若E-Ef>>k0T 时，导带电子统计分布从服从费米分布退化为服从玻
耳兹曼分布，一个量子态被一个电子占据时的概率满足公式（自己填上）。

● 杂质电离度：已电离的杂质分子占总的杂质分子的百分比。

● 少子、少子浓度：如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，
则称它为少子。

多子浓度是指多子占总的载流子数的百分。

● 多子、多子浓度：半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称
它为多子。

多子浓度是指少子占总的载流子数的百分。

● 热平衡半导体：是指半导体的电子系统有统一的费米能级，电子和空穴的激发与复
合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡的。

● 热平衡判据：
● 非简并半导体：载流子遵从经典的波尔兹曼统计分布的半导体就是非简并半导体 ● 饱和区（强电离区）：当温度升高至大部分杂质都可以电离时称为强电离，满足这
011F E E k T e -=+200i
n p n =
个条件的温度区间称为强电离区。

●简并半导体：发生载流子简并化，载流子遵从费米统计分布的半导体就是简并半导
体
●强简并：
●载流子冻析效应：温度低于100K时，施主杂质只有部分电离，尚有部分载流子被
冻析在杂质能级上，对导电没有贡献，这种现象叫做低温载流子的冻析效应。

●杂质能带：由许多杂质原子靠近、电子轨道相互重叠并成键后即组成晶体，则其中
的电子状态即由原子中的能级状态转变为能带状态，即杂质能级展宽为杂质能带。

●禁带宽度变窄：当参杂浓度大于3*10^18每立方厘米时，载流子的冻析效应不再明
显，杂质的电离能为0，电离率迅速上升至1,。

使得禁带宽度由Eg减小为Eg’，所以重掺杂时禁带宽度变窄，称为禁带变窄效应。

●带尾：杂质能带进入了导带或者价带，并与导带或者价带相连，形成了新的简并能
带，使得能带的状态密度发生了变化，简并能带的尾部伸入到禁带中，称为带尾。

●导带电子浓度：半导体导带中单位体积内电子的数量。

●价带空穴浓度：半导体价带中单位体积内空穴的数量。

●本征载流子浓度：是指本征半导体材料中自由电子和自由空穴的平衡浓度
●载流子、载流子浓度：载流子是指在半导体中运载电流的带电粒子——电子和空穴，
又称自由载流子。

载流子浓度指单位体积的载流子数目
第四章
●载流子漂移运动：电子在电场力下的运动
●散射：载流子在运动过程中与晶格原子或电离的杂质离子的碰撞
●散射几率：载流子在单位时间内被散射的次数
●电离杂质散射：载流子运动到电离杂质附近受到库仑势场的作用。

●载流子的迁移率：平均速度与电场强度的比值
●载流子的平均自由时间：连续两次散射间自由运动的平均时间
●载流子的平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程
●长纵声学波散射：长纵声学波原子疏密的变化形成附近势场引起散射
●长纵光学波散射：长纵光学波形成极性光学波散射和光学波形变势散射。

●等能谷散射：载流子分布相同的能谷称为等同能谷，在这些等能谷中，电子可以从
一个极值散射到附近的极值上称为等能谷散射。

●负微分电导：定义dJ/dE为微分电导，当半导体中电流密度随电场的增加而减小时，
微分电导小于零，称为负微分电导。

●耿氏震荡：存在负微分电导的半导体在强场中电流出现震荡现象。

由于载流子分布
不均匀，在高阻区形成偶极畴，偶极畴不断产生，长大，漂移和吸收的过程便产生
微波震荡。

●
第五章
小注入：非平衡载流子浓度比平衡多子浓度低得多,比平衡少子浓度高得多。

光注入：用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法。

少子寿命（寿命）：非平衡载流子的平均生存时间。

复合中心：促进复合过程的杂志和缺陷。

复合：导带电子跃迁到价带，使电子-空穴对消失的过程。

直接复合：导带电子直接跃迁到价带与空穴复合
间接复合：导带电子和价带空穴通过复合中心复合
表面复合：半导体表面复合。

俄歇复合：非平衡载流子从高能级向低能级跃迁复合过程中释放的能量使导带（或价带）中另一个载流子激发到更高能级，或使另一个载流子发射到半导体外。

准费米能级：注入作用下，导带电子、价带空穴在极短时间各自达到平衡，但导带电子与价带空穴不平衡，半导体没有统一费米能级，处于非平衡态。

这种非平衡态用电子准费米能级，空穴准费米能级描述
稳态：注入不随时间变化。

最有效复合中心：当Et≈Ei（禁带中央附近的深能级杂质），净复合率最大，称为最有效复合中心。

陷阱：具有显著陷阱效应的杂质或缺陷称为有效陷阱。

扩散流密度：载流子扩散方向上，单位时间内通过单位面积的载流子数。

三种复合的区别：
①直接复合是辐射复合，所确定的寿命是半导体材料能获得的最大寿命（本征寿命），
在窄直接带隙半导体、本征半导体中占支配地位；
②间接复合是辐射复合，不仅需要发射光子释放复合能量，还要吸收或发射一个适当
的声子满足晶体动量守恒，在间接带隙半导体复合中占支配地位；
③俄歇复合是无辐射复合，是三粒子过程，在窄禁带半导体、较高温度工作的半导体、
大注入半导体中占支配地位；
第六章：
突变结：在交界面处，杂质浓度由N A（p型）突变为N D（n型），具有这种杂质分布的pn结。

单边突变结：两边的杂质浓度相差很多。

线性缓变结：杂质分布可以用x=x j处的切线近似表示的pn结。

耗尽层近似：空间电荷密度就等于电离杂质密度。

势垒电容：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荷数量随外加电压而变化，这种电容效应。

扩散电容：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。

雪崩击穿：当反向偏压很大时，载流子获得了很大的动能，能够把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴，如此下去的连锁反应成为载流子的倍增效应，由此大量载流子迅速增大了反向电流，从而发生pn结击穿。

隧道击穿：pn结加反向偏压，势垒区能带发生倾斜，使n区导带底比p区价带顶还低，使p 区价带中大量的电子隧道穿过势垒到达n区导带中去，使反向电流急剧增大。

热击穿：流过pn结的反向电流要引起热损耗，对应于一定的反向电流所消耗的功率也增大，产生大量的热能。

隧道结：由重掺杂的p区和n区形成的pn结通常称为隧道结。

小注入下，载流子在五个区运动情况分析：
1.正向偏压：注入电子在中性P区与势垒区交界处堆积，浓度比P区内部高，产生流向P
区内部的电子扩散流。

非平衡电子扩散过程中与P区空穴复合，经过几个扩散长度后，全部复合。

注入空穴在中性N区与势垒区交界处堆积，浓度比N区内部高，产生流向N区内部的空穴扩散流。

非平衡空穴扩散过程中与N区电子复合，经过几个扩散长度后，全部复合。

2.反向偏压：势垒区电场强度增加，空间电荷增加，势垒区边界向中性区移动。

势垒区与中性N区交界处空穴被势垒区强电场驱向P区，势垒区与中性N区交界处电子被驱向P区（少子抽取）。

中性P区、中性N区少子与之形成浓度梯度，不断补充被抽取的载流子，构成反向扩散电流。

由于少子浓度低，浓度梯度小，反向电流小。

反向偏压较大时，势垒区交界处少子浓度近似为零，少子浓度梯度不随外加偏压变化，反向扩散电流不随反向电压变化（饱和）。

第七章：
半导体功函数：半导体中能量等于费米能级的电子逸出到真空所需最小能量。

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。

接触电势差：当金属和半导体接触时，电子从功函数较小材料逸出到功函数较大材料，接触面附近产生阻止电子继续转移的接触电势差。

表面态：原子周期排列在表面中断，表面存在未饱和共价键（悬挂键），对应的电子量子态（表面态）和表面能级定域在表面。

电子占据时为电中性、无电子时带正电的表面态为施主型表面态。

无电子时为电中性，有电子时带负电的表面态为受主型表面态。

扩散理论：
1、表面空间电荷区宽度远大于载流子平均自由程；
2、表面空间电荷内载流子全部耗尽；
3、均匀掺杂非简并半导体；
4、表面势垒高度远大于k0T
热电子发射理论近似：
1、阻挡层宽度远小于载流子平均自由程；
2、半导体进入金属的电子只占半导体总电子很小一部分，半导体内电子浓度与电流密度无关；
3、金属中能量高于势垒顶的电子都能到达半导体；
4、平衡势垒高度
肖特基二极管的特点：
1、正向电流由半导体多子注入金属形成，注入电子在金属中
不积累，直接漂移流走，高频特性好；
2、正向导通电压0.3V左右，比PN结二极管低；
3、制作工艺简单；
4、制作MS结构后，不能有高于金属-半导体合金温度的工艺；
形成金属与半导体欧姆接触：在实际生产中主要是利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触。

选Wm<Ws的金属与重掺杂n型半导体或Wm>Ws的金属与重掺杂p型半导体接触。

表面最外层格点原子有一个未配对电子，称为未饱和键或悬挂键。

被局限在表面附近的这些电子状态被称为表面态，对应的能级称为表面能级。

理想表面就是指表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同，且表面上不附着任何原子或分子的半无限晶体表面。

MIS结构：由中间以绝缘层隔开的金属板和半导体衬底组成。

理想情况：1.金属与半导体功函数差为零；2.绝缘层内没有电荷（完全不导电）；3.绝缘层半导体界面不存在界面态。

当在金属和半导体之间加电压后，在半导体中，电荷必须分布在一定厚度的表面层内，这个带电的表面层称做空间电荷区。