电子科技大学 材料与能源学院 半导体物理 知识点

1.载流子、空穴：价带电子具有导电的特性，用空穴导电来描写，即价带中不被电子占据
的空状态，空穴带正电荷+q，能量坐标与电子相反。

在常温下由于热激发，使得一些价电子获得足够的能量脱离共价键的束缚成为自由电子，同时共价键上留下一个空位即空穴。

2.引入空穴的意义：把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。

半导体中有
电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子（荷载电流的粒子）
3.杂质的补偿作用：半导体中同时存在施主和受主杂质，因为施主和受主之间有相互抵消
的作用，通常称为杂质的补偿作用。

4.分布函数
5.等电子陷阱:固体中的等电子杂质以短程作用为主的俘获电子或空穴所形成的束缚态
6.本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体，靠热激发产生载流子。

7.费米能级的意义：系统处于热平衡状态，不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子
所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，即系统的费米能级。

处于热平衡状态的系统具有统一的化学势，即处于热平衡的电子系统有统一的费米能级。

费米能级位置直观标志了电子占据量子态情况。

费米能级标志了电子填充能级的水平。

对系统而言，Ef 位置越高，有较多的能量较高的量子态上有电子。

8.有效质量
9.电离能
10.杂质电离、施主杂质、受主杂质（举例说明）：
施主杂质以Si掺杂P为例，一个磷原子占据了了硅原子的位置，磷原子的最外层有五个电子，其中四个与相邻的半导体原子形成了共价键，还剩一个价电子，同时磷原子所在处也多余一个正电荷+q，所以P替代Si之后形成了一个正电中心P+和一个多余的价电子，这个多余的价电子就束缚在正电荷中心周围。

但束缚作用较共价键弱得多，少许能量即可使其挣脱为自由电子。

这时磷原子就少了一个价电子的磷离子，它是一个不能移动的正电中心。

上述电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离，使价电子挣脱束缚成为导电电子的能量为杂质电离能ΔED，将被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E D
受主杂质（缺少一个电子从硅原子中夺取一个电子，在硅晶体的共价键中产生一个空穴，B接受电子成为不能移动的负电离子中心），将被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级E A
11.迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度，单位是m2/V.s或cm2/V.s
12.电导率和迁移率的关系
13.杂质散射和格波散射
电离杂质产生带电离子，引入了库伦势场这一附加势场使载流子散射破坏了周期势场格波散射：晶格振动（格波）的散射：长纵学波起主要作用
1）声学波：交换动量作用
2）光学波：交换能量作用
14.直接复合和间接复合
直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合
15.复合中心和陷阱中心
复合中心：半导体中杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，杂质缺陷越多，寿命就越短，杂质和缺陷有促进复合的作用，这些促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。

间接复
合指的就是非平衡载流子通过复合中心的复合。

陷阱中心：当半导体处于非平衡态出现非平衡载流子时，平衡遭到破坏引起杂质能级上电子数目的改变，或收容电子，或收容空穴。

杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用即陷阱效应，把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱，而把相应的杂质和缺陷成为陷阱中心。

区别：
1）对于有效复合中心, r n≈r p 电子陷阱:r n>>r p ；空穴陷阱: r p>>r n
2）复合中心和电子陷阱中电子的运动途径不同。

复合中心的电子直接落入价带与空穴复合;电子陷阱中的电子要和空穴复合，它必须重新激发到导带，再通过有
效复合中心完成和空穴的复合
3）位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心
对于电子陷阱：E F以上的能级，越接近E F，陷阱效应越显著
16.电阻率与温度的关系
AB段:温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，
它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温
度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降。

BC段:温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而增大
C段:温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。

17.*非平衡载流子的寿命及意义
18.准费米能级
统一的费米能级是热平衡的标志，当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，分别就价带和导带的电子讲，它们各自基本上处于平衡态，导带和价带之间处于不平衡状态，费米能级和统计分布函数对导带价带各自仍适用，引入局部费米能级即准费米能级，不平衡就体现在费米能级是不重合的。

19.Pn结的导通
Pn结正偏使得势垒区变窄，内建电场减弱，多子扩散>>少子漂移，多子扩散形成较大的正向电流，即pn结导通。

20.Pn结的整流特性、肖克莱方程意义
三个影响因素：1.势垒区的产生电流2.势垒区的复合电流3.大注入情况
21.*Pn结的势垒高度qV D和势垒宽度X D=Xn+Xp
势垒高度:平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差V D称为pn结的接触电势差或内建电势差。

相应的电子电势能之差即能带的弯曲量qV D称为pn结的势垒高度
22.功函数
金属的功函数：电子由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量
半导体的功函数：E0与费米能级之差称为半导体的功函数
电子亲和能：它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量
23.空间电荷区
N型和P型半导体相结合形成pn结时，由于载流子浓度梯度，导致空穴从p到n，电子从n到p的扩散运动。

对于p区，空穴离开后留下了不可动的负电的电离受主，没有正电荷与之保持中性。

因此在pn结附近p区一侧出现了负电荷区。

同理在n区一侧出现了由电离施主构成的正电荷区，通常把在pn结附近的这些电离施主和受主所带电荷称为空间电荷，它们所在的区域称为空间电荷区。

24.理想半导体
1）原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。

2）晶体中无杂质无缺陷。

3）电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。

由本征激发提供载流子
25.多数载流子
26.扩散长度
非平衡载流子深入样品的平均距离。

Lp标志着非平衡载流子深入样品的平均距离，称为扩散长度。

27.能带产生原因
1）定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用（电子共有化运动），使能级分裂形成能带。

2）定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中运动，其能量不连续形成能带。

28.半导体功函数的计算
29.金属半导体接触的能带
30.表面态
31.MIS结构绝缘层中的电荷
32.MIS结构的电场特性，四种状态。