半导体物理复习资料

名词解释

迁移率: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，μ=Vd/E,或μ=qt/m,有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素

空间电荷：在pn结中，电子和空穴带有相反的电荷，它们在扩散过程中要产生复合，结果使P区和N区中原来的电中性被破坏。P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子形成的电荷。

陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用

载流子：晶体中荷载电流（或传导电流）的粒子。金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。

金刚石结构：由一种原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。每个原子周围都有四个最近邻原子，组成一个正四面体结构。

本征电离：

散射: 晶体中周期场的偏离，包括两种散射，即电离杂质散射和晶格振动散射。电离杂质散射：载流子受到电离杂质中心库仑作用引起运动方向的变化。

浅能级杂质的作用：电离能小的杂质称为浅能级杂质。所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底，受主能级靠近价带顶。室温下，掺杂浓度不很高底情况下，浅能级杂质几乎可以可以全部电离。

深能级杂质的作用：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（在第五章详细讨论）。四是深能级杂质电离后以为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减少，导电性能下降。

杂质补偿：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们底共同作用会使载流子减少，这种作用称为杂质补偿。在制造半导体器件底过程中，通过采用杂质补偿底方法来改变半导体某个区域底导电类型或电阻率。

扩散定律：扩散流密度与非平衡载流子浓度梯度成正比，反映了非平衡少数载流子扩散本领的大小。

强电场效应：在金属中,由于自由电子的浓度n 大,电导率σ=ne~2τ/m 也大。在强电场 E 的作用下,流过的电流J=σ·E 是很大的。由于焦耳热的散失,温度上升到一定程度而趋于稳定值。因此,在金属中能较好地遵从欧姆定律。然而在半导体中,因为n、σ小,当逐步加大电场时,σ成为电场的函数,也就是出现非线性传导现象,即偏离欧姆定律的强电场效应。

非平稳载流子：用光的或电的方法对半导体施加外界作用,破坏了热平衡条件,使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态,则称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体,其载流子比平衡状态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子

准费米能级：存在电子空穴对的时候，导带与价带之间处于非平衡状态，n0·p0=ni2不再成立，因此不再存在统一的费米能级；但导带电子处于平衡状态，价带空穴也处于平衡状态，这种状态称为准平衡，导带和价带有各自不等的费米能级

稳态扩散方程：单位时间在单位体积内积累的载流子数目等于单位时间单位体积内复合消失的载流子数目

扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均长度，Lp=有扩散系数和材料的寿命决定。

爱因斯坦关系：对电子Dn/μn=k0T/q，对空穴Dp/μn=k0T/q,它表明非简并情况下载流子的迁移率和扩散系数之间的关系。

判断题

玻尔兹曼分布函数可以简单地看成是能量的负指数分布函数。

费米能级与杂质浓度和温度相关，但无论在任何条件下都不能使费米能级进入导带。

半导体中的载流子浓度是其最高布里渊区内价电子的浓度。

不仅适用于本征半导体而且适用于含杂质半导体。

在本征电离区多子与少子的浓度差别将不会太大。

施主杂质能提供电子给导带，即使在补偿型杂质半导体中，只要ND-NA的浓度一定，在相同温度下，电导率就是一定的。

格波在所有晶体中对电子的散射作用均相同。

在低温极限T→0K时，杂质极少电离，故费米能级与杂质能级无关。

在声学波中，对电子起散射作用的主要是长波，而长波中有一支纵波和两支横波。对电子起散射作用的主要是纵波，并能引起能带的波形起伏。

作为半导体的杂质，浅能级提供载流子而深能级束缚载流子。

以闪锌矿型结构组成的半导体，其原子间键的作用既具有共价性，又具有离子性。

只要在硅中掺入低于4价的元素，硅就会成为P型半导体.

有效质量实质上反映了半导体内部电场对电子作用的强弱。

在低温极限T→0K时，杂质极少电离，故费米能级与杂质能级无关。

在声学波中，对电子起散射作用的主要是长波，而长波中有一支纵波和两支横波。对电子起散射作用的主要是纵波，并能引起能带的波形起伏。

简答题

1.试简述费米能级的定义，在固定温度下与自由能F的关系P60 ;在平衡状态下与ｎ型杂质浓度的关系和在非平衡状态下发生的变化。

费米能级EF是系统的化学势，即EF=μ=，代表系统的化学势，F式系统的自由能。上式的意义是：当系统处于热平衡状态，也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，所以处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级。

2.试解释：“位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心”的原因P138

3.试论述载流子在半导体中受到散射的主要机理及其温度的影响。P96

4.简述非平衡载流子的主要复合过程P129

5.简述半导体能带的形成：定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用，使能级分裂形成能带。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。

6.试解释在非平衡状态，小注入条件下，少数载流子起主要作用的原因。