半导体物理复习归纳

一、半导体的电子状态）Ge、金刚石结构（Si、1个空间对角线4对角线互相平移1/Si、Ge原子组成，正四面体结构，由两个面心立方沿空间长度套构而成。由相同原子构成的复式格子。）2、闪锌矿结构（GaAs对角线族化合物分子构成，与金刚石结构类似，由两类原子各自形成的面心立方沿空间3-5。由不同原子构成有一定离子键/4个空间对角线长度套构而成。由共价键结合，相互平移1 的复式格子。）3、纤锌矿结构（ZnS六方由两类原子各自组成的以正四面体结构为基础，具有六方对称性，与闪锌矿结构类似，。而成。是共价化合物，但具有离子性，且离子性占优排列的双原子层堆积）、氯化钠结构（NaCl4 ，形成的复式格子。/2沿棱方向平移1

、原子能级与晶体能带5导致能由于原子间距非常小，于是电子可以在整个晶体中做共有化运动，原子组成晶体时，级劈裂形成能带。、脱离共价键所需的最低能量就是禁带宽度。价带上的电子激发为准自由电子，即价带电6 子激发为导带电子的过程，称为本征激发。7、有效质量的意义有效质量为负说明晶格对粒子做负功）a.有效质量概括了半导体内部势场的作用（ b.有效质量可以直接由实验测定有效质量越大。能带越窄，二次微商越小，c.有效质量与能量函数对于k的二次微商成反比。的方法、8测量有效质量。测出共振吸收时共振吸收角频率等于回旋频率时，就可以发生回旋共振。当交变电磁场要求为能观测出明显的共振吸收峰，电磁波的角频率和磁感应强度，就可以算出有效质量。下进行。，且实验要在低温样品纯度较高、空穴9，+q价带中空着的状态被看成带正电的粒子，称为空穴。这是一种假想的粒子，其带正电荷。

m*而且具有正的有效质量p /重空穴10、轻重空穴：有效质量较大的空穴轻空穴：有效质量较小的空穴11、间接带隙半导体的半导体。不同k值价带顶导带底和处于

二、半导体中的杂质和缺陷能级、晶胞空间体积计算1 8个原子占晶胞空间的百分数：个硅原子，每个原子看做半径为晶胞中有8r的圆球，则Si且等于，4体对角线长度处的圆球中心间的距离为2r/立方体某顶角的圆球中心与距此顶角13a）的1/4。边长为a的立方体体对角线长（2、杂质类型

：原子较小，存在于晶格原子间的间隙位置间隙式

替位式：原子大小及价电子壳层结构与晶格原子相近，取代晶格原子而位于晶格格点处（3、5族元素属于替位式）

3、杂质能级

被施主/受主杂质束缚的电子/空穴的能量状态称为施主E/受主E能级，位于离导带/价带很AD近的禁带中。电子/空穴挣脱杂质束缚成为导电粒子所需的能量称为杂质电离能。杂质电离能小的杂质能级很接近导带底/价带顶，称为浅能级，在室温下就几乎全部离化。

4、杂质补偿

施主、受主杂质间的相互抵消作用称为杂质补偿。高度补偿的半导体虽然导电性类似高纯半导体，但实际性能很差。

5、深能级杂质

施主杂质能级距离导带底、受主杂质能级距离价带顶很远的能级称为深能级。深能级杂质能够多次电离，往往在禁带引入若干个能级。有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级。深能级杂质对载流子浓度和导电类型的影响没有浅能级杂质显著，但对于载流子复合作用比浅能级杂质强，故也称为复合中心。

6、缺陷

点缺陷、位错

三、载流子统计分布

1、热平衡

载流子产生：

本征激发（电子从晶格获取能量从价带跃迁到导带形成导带电子和价带空穴）

杂质电离（电子从施主能级跃迁到导带产生导带电子，从价带跃迁到受主能级产生价带空穴）载流子复合：电子从高能量量子态跃迁到低能量量子态，并向晶格放出能量。

载流子产生与复合达到动态平衡，称为热平衡，此时导电的电子与空穴浓度均保持稳定。

2、获得热平衡载流子浓度的思路：

A.允许的量子态按能量如何分布——状态密度

B.电子在允许的量子态中如何分布——分布函数

3、状态密度

状态密度g(E)是能带中，能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。电子/空穴能量越高，状态密度越大。

计算步骤：

A.算出k空间中的量子态密度（量子态数除以k空间体积）

3等于晶体体积）的整数倍，每个单位半导体晶体线度，LL是k（在k空间中坐标是2π/L立方体中有1个量子态（计入电子自旋则为2个量子态）

B.算出k空间中与能量E~(E+dE)间所对应的k空间体积

2dk

πk4等能球面的球壳体积C.两者相乘即为能量E~(E+dE)间的量子态数

D.g(E)=dZ/dE，由E-k关系化简得

4、费米分布

电子占据费米能级的概率在各种温度下总是1/2。费米能级标志了电子填充能级的水平。

5、玻尔兹曼分布

6、热平衡条件

7、杂质能级与能带中的能级有区别：能带中的能级可以容纳自旋方向相反的两个电子，而施主能级不允许同时被自旋方向相反的两个电子占据（要么容纳一个，要么空着）。

8、费米能级远在施主能级下时施主杂质几乎完全电离，费米能级远在受主能级上时受主杂质几乎完全电离。（简并。重掺杂时费米能级很靠近甚至进入导带/价带）

9、载流子浓度随温度变化

A.低温弱电离区：杂质少量电离，本征激发可忽略。该段E随温度先上升再下降，在温度上F升到使N=0.11N时E达到极值。杂质浓度越高，达到极值的温度越高。FDC

B.中间电离区

C.强电离区（饱和区）：杂质几乎完全电离。载流子浓度随温度保持不变。

D.过渡区

E.本征激发区

10、费米能级随温度及杂质浓度变化

11、简并半导体

重掺杂情况下，费米能级进入导带（或价带）的情况。此时必须考虑泡利不相容原理，因而不能再使用玻尔兹曼分布，必须使用费米分布。发生简并时的杂质浓度与杂质电离能△E D（掺杂类型）和温度T有关。△E越小，则发生简并的杂质浓度较小时。发生简并化有一D个温度范围，杂质浓度越大，发生简并的温度范围越宽。

12、禁带变窄效应

简并半导体中，杂质浓度高，杂质原子相互间比较靠近，导致孤立的杂质能级扩展为杂质能带。这会使杂质电离能减小。当杂质能带与导带或价带相连，将使禁带宽度变窄。