半导体物理之名词解释

1.迁移率参考答案：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：*q m τμ= 可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。

影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。

n pneu peu σ=+2.过剩载流子参考答案： 在非平衡状态下，载流子的分布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。

非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。

将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分，称为过剩载流子。

非平衡过剩载流子浓度：00,n n n p p p ∆=-∆=-，且满足电中性条件：n p ∆=∆。

可以产生过剩载流子的外界影响包括光照（光注入）、外加电压（电注入）等。

对于注入情形，通过光照或外加电压（如碰撞电离）产生过剩载流子：2i np n >，对于抽取情形，通过外加电压使得载流子浓度减小：2i np n <。

3. n 型半导体、p 型半导体N 型半导体：也称为电子型半导体.N 型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷）,使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N 型半导体.在N 型半导体中,自由电子为多子,空穴为少子,主要靠自由电子导电.自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（自由电子）的浓度就越高,导电性能就越强.P 型半导体：也称为空穴型半导体.P 型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体.在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）,使之取代晶格中硅原子的位子,就形成P 型半导体.在P 型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子,主要靠空穴导电.空穴主要由杂质原子提供,自由电子由热激发形成.掺入的杂质越多,多子（空穴）的浓度就越高,导电性能就越强.4. 能带当N 个原子处于孤立状态时，相距较远时，它们的能级是简并的，当N 个原子相接近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。

当N 很大时，分裂能级可看作是准连续的，形成能带。

5.能带理论这是讨论晶体（包括金属、绝缘体和半导体的晶体）中电子的状态及其运动的一种重要的近似理论。

它把晶体中每个电子的运动看成是独立的在一个等效势场中的运动，即是单电子近似的理论；对于晶体中的价电子而言，等效势场包括原子实的势场、其他价电子的平均势场和考虑电子波函数反对称而带来的交换作用，是一种晶体周期性的势场。

能带理论就是认为晶体中的电子是在整个晶体运动的共有化电子，并且共有化电子是在晶体周期性的势场中运动；结果得到：共有化电子的本征态波函数是Bloch函数形式，能量是由准连续能级构成的许多能带。

6.有效质量7.回旋共振8. 空穴空穴是未被电子占据的空量子态，代表价带顶附近的电子激发到导带后留下的价带空状态，是一种为讨论方便而假设的粒子。

9.深能级半导体中的深能级杂质原子对其价电子的束缚比较紧，则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处（即比较靠近禁带中央），故称为深能级杂质。

杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。

深能级杂质有三个基本特点：一、是不容易电离，对载流子浓度影响不大。

二、是一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。

三、是能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低四、是深能级杂质电离后变为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减小，导电性能下降。

10.激子在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带产生一个空穴，而在导带产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。

空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。

11.有效能态密度对导带中不同能级上所有的电子，看作是处于导带底Ec，密度为Nc的能级上。

这里的Nc就是电子有效能态密度，对于价带中的空穴同理。

12.费米能级费米能级标志电子填充能级的水平。

费米能级位于禁带之中（即位于价带之上，导带之下），费米能级是量子态是否被电子占据的分界线。

在热力学温度0K时，能量高于费米能级的量子态基本是空的，能量低于费米能级的量子态基本上全部被电子所占据。

对于N型半导体费米能级在禁带中央以上；掺杂浓度越大，费米能级离禁带中央越远，越靠近导带底部对于P 型半导体费米能级在禁带中央以下；掺杂浓度越大，费米能级离禁带中央越远，越靠近价带顶部13.费米分布费米分布：1()1FE E KT f E e -=+表示能量为E 的能级被电子占据的几率，而1()f E -表示能级被空穴占据的几率。

14.声学波、光学波声学波：基元的整体运动。

光学波：非共价键性化合物基元中原子的相对运动。

声学波：频率较低，接近声波频率。

光学波：1频率较高，与红外光频率相近。

2有偶极矩，可与光波相互作用。

15.散射机制（1）载流子散射的原因：只要是破坏晶格周期性势场，（即能够产生附加势场的因素），就都是散射载流子的根源。

（2）散射分为：晶格振动散射，杂质电离散射，还有等能谷散射，中性杂质散射，位错散射等。

（3）杂质电离散射半导体电离的施主或受主杂质是带电的离子，在他们周围有库伦势场，当载流子从离子周围通过时，由于库伦势场的作用，载流子会被散射。

电离杂质散射32p NT -∝( N 是电离杂质浓度)，随着温度升高，散射几率变小。

（4）使用条件：低温时比较重要（5）晶格振动散射横声学波和横光学波不起作用。

只有长波起作用长声学纵波：因为纵长声学波会使晶体产生体变——原子分布发生疏密变化，则将导致禁带宽度随之发生变化，即能带极值在晶体中出现波动，从而使得载流子的势能发生了改变，即产生了周期性势场之外的附加势场——称为形变势，所以就将散射载流子。

3*21ac P m T τ=∝ 长光学纵波：对于极性晶体（如砷化镓）中的载流子，纵长光学波散射作用较大，因为这种格波在晶体中会产生局部的极化电场——附加势场。

1kT P ωτ-=∝h 使用条件：高温时比较重要16.间接复合电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）复合。

复合中心指的是晶体中的一些杂质或缺陷，他们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级，即复合中心能级。

在间接复合过程中，电子跃迁到负荷中心能级。

然后再跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对消失。

换一种说法是复合中心从导带俘获一个电子，再从价带俘获一个空穴，完成电子与空穴的复合。

17．爱因斯坦关系18.连续性方程19.扩散长度公式：空穴的扩散长度p L =含义：p L 是空穴在一边扩散一边复合过程中其浓度减少到1/e 时所扩散的距离。

它标志着非平衡载流子深入样品的平均距离。

扩散长度与非平衡少子的扩散系数和寿命有关系。

20.热载流子在强电场作用下，半导体中载流子的平均动能显著超过热平衡载流子的平均动能。

这种被显著加热了的载流子称为热载流子。

有关现象通常称热电子现象。

所谓热载流子，是指比零电场下的载流子具有更高平均动能的载流子。

零电场下，载流子通过吸收和发射声子与晶格交换能量，并与之处于热平衡状态，其温度与晶格温度相等。

在有电场的作用存在时，载流子可以从电场直接获取能量，而晶格却不能。

晶格只能借助载流子从电场间接获取能量，就从电场获取并积累能量又将能量传递给晶格的稳定之后，载流子的平均动能将高于晶格的平均动能，自然也高于其本身在零电场下的动能，成为热载流子。

对于MOS 器件，由于沟道存在热载流子，将引起陷阱(氧化层陷阱、界面陷阱)产生，导致器件特性的退化。

表现为漏电流减少，跨导减小，及阈值电压漂移等。

21.耗尽近似在空间电荷中，与电离杂质浓度相比，自由载流子浓度可以忽略，这称为耗尽近似。

22.载流子寿命是指非平衡载流子中非平衡电子衰减到原来数值的1/e所需的时间。

载流子的寿命与复合率有关，复合率越大，寿命越短。

23.扩散系数定义在单位时间通过单位面积的载流子数目为扩散流密度S.则其中D就是扩散系数，N是载流子密度。

扩散系数与半导体中的密度差异有关。

24.陷阱效应杂质能级积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。

陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et 中，使在Et 上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较大的变化，从引起Δn≠Δp，（如何没有陷阱存在时，杂质半导体中产生非平衡载流子的Δn=Δp，如果存在陷阱，一部分非平衡载流子就会落入陷阱之中，仅仅是落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et 中，并没有复合，从而使得Δn≠Δp）这种效应对瞬态过程的影响很重要。

【间接复合效应是指非平衡载流子通过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级Et 而逐渐消失的效应，Et 的存在可能大大促进载流子的复合；此外，最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级附近。

一般来说，所有的杂质或缺陷能级都有某种程度的陷阱效应，而且陷阱效应是否成立还与一定的外界条件有关。

】25.平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均路程。

而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。

它们的不同之处在于平均自由程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。

平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。

前者与散射有关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。

26. 杂质的扩散有哪两种类型间隙式扩散和替位式扩散【Na、K、Fe、Cu、Au 在半导体中为间隙式杂质，扩散系数要比替位式杂质大6～7个数量级，掺入它们会污染器件，导致器件无法使用。

】27.雪崩击穿、齐纳击穿以及，掺杂浓度和禁带宽度对他们的影响齐纳击穿：在高掺杂的情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子—空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。

也称为隧道击穿。

齐纳击穿是暂时性的，可以恢复。

齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。

雪崩击穿：材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。

这样通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下，使获得的能量增大。

在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。

新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子和空穴对。

如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加，流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结，这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿，也称为电子雪崩现象。