名词解释(半导体物理)

直接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间相同点的半导体通常被称为直接带隙半导体。电子要跃迁的导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。例子有GaAs，InP,InSb。

间接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间不同点的半导体通常被称为间接带隙半导体。

形成半满能带不只需要吸收能量，还要该变动量。例子有Ge，Si。

准费米能级：非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡态--准平衡态,可以定义EFn、EFp分别为电子和空穴的准费米能级。

有效质量：在讨论半导体的载流子在外场力的作用下的运动规律时，由于载流子既受到外场的作用，又受到晶体内部周期性势场的作用，只要将内部势场的复杂作用包含在引入的有效质量中，并用它来代替惯性质量，就可以方便地采用经典力学定律来描写。由于晶体的各向异性，有效质量和惯性质量不一样，它是各向异性的。有效质量是半导体内部势场的概括。

纵向有效质量和横向有效质量：由于半导体材料的k空间等能面是椭球面，有效质量是各向异性的。在回旋共振实验中，当磁感应强度相对晶轴有不同取向时，可以得到为数不等的吸收峰，在分析时引入纵向有效高质量和横向有效质量表示旋转椭球等能面在长轴方向和短轴方向上的有效质量的差别。是晶体各向异性的反映。

扩散长度: 指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离,它由扩散系数和材料的非平衡载流子的寿命决定,即L=√Dt。

牵引长度：是指非平衡载流子在电场E作用下，在寿命t时间内所漂移的的距离, 即L(E)=Eut,有电场,迁移率和寿命决定。

费米能级：表示系统处于热平衡状态时，在不对外做功的情况下，增加一个电子所引起系统能量的变化。它标志了电子填充能级水平，与温度，材料的导电类型以及掺杂浓度等因素有关。

电子亲和势：表示要使得半导体导带底的电子逃逸出体外（相对于真空能级）所需的最小能量，对半导体材料而言，它与导电类型，掺杂浓度无关。

复合中心：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定的能级，对非平衡载流子的寿命有很大的影响。实验发现：杂质，缺陷越

多，其寿命越短，说明杂志和缺陷具有促进复合的作用。把促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。

陷阱中心：如果半导体中的杂质和缺陷所形成的能级具有收容部分非平衡载流子的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应，把能产生显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。

能级的分类：在纯净的半导体中，参入少量的其它元素杂质，对半导体的性能影响很大。由于杂质的存在，使得该处的周期性势场受到扰乱，因而杂质的电子不能处于正常的导带货价带中，而是在禁带中引入分裂能级，即杂质能级。根据杂质能级在禁带中的位置不同，分为深能级杂质和浅能级杂质。又根据杂质电离后释放电子还是空穴，分为施主和受主两类。

浅能级杂质：施主和受主能级离导带底或价带顶很近，电离能很小，在常温下，杂质基本全部电离，使得导带或价带增加电子或空穴，它的重要作用是改变半导体的导电类型和调节半导体的导电能力。

深能级杂质：能级较深，电离能很大，对半导体的载流子浓度和导电类型没有显著的影响，但能提供有效的复合中心，可用于高速开关器件。

镜像力：金属与半导体接触时，半导体中的电荷在金属表面感应出带电符号相反的电荷，同时半导体中的电荷要受到金属中的感应电荷的库仑吸引力，这个吸引力就称为镜像力。

隧道效应：能量低于势垒顶的电子有一定几率穿过势垒，这种效应就是隧道效应。隧道穿透的几率与电子的能量和势垒的厚度有关。

镜像力和隧道效应对接触势垒的影响：在加上反向电压时，上述两种效应将使得金属一边的势垒降低，而且反向电压越大，势垒降得越低，从而导致反向电流不饱和。

功函数：功函数是指真空电子能级Eo与半导体的费米能级Ef之差。影响功函数的因素是掺杂浓度，温度和半导体的电子亲和势。

接触势：则是指两种不同的材料由于接触而产生的接触电势差。

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。由散射决定。

扩散长度：则是非平衡载流子深入样品的平均距离。由扩散系数和

材料的寿命决定。

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。有散射有关，散射越弱，平均自由时间越长。

非平衡载流子的寿命：是指非平衡载流子的平均生存时间。有复合几率决定，与复合几率成反比关系。

欧姆接触：是指其电流-电压特性满足欧姆定律的金属与半导体接触。形成欧姆接触的常用方法有两种：一是选择适当的功函数的金

属与半导体接触构成反阻挡层，即形成多子的势阱；二是金属与重

掺杂n型半导体通过隧道效应产生隧穿电流。

作图分析题(画出中等掺杂的Si的电阻率p随温度T的变化关系图)

AB:（低温弱电离）本证激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，故电阻率p随温度T升高下降。

BC:（杂质全电离）以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降，故电阻率p随温度T升高

上升。

CD：（本证激发）本证激发为主，晶格振动散射导致迁移率下降，

但载流子浓度升高很快，故电阻率p随温度T升高而下降。

画出理想有n-Si构成的MIS结构的高频和准静态的C-V曲线，在图上标明积累，耗尽与反型的区域，并用文字在下方说明各个阶段在半导体表面载流子浓度的变化特征。如果绝缘层中存在正电荷，在什么位置时对高频C-V没有影响？通过什么方法的处理可以消除可移动正电荷的影响？

1■当在栅电极上加正的偏压时，半导体表面能带下弯，表面积累了比平衡状态的电子浓度高的多子电子；当加负的偏压时，能带向上弯，表面电子被电场力赶走耗尽；当继续加大负偏压，能带更加向

上弯使得中间能级超过费米能级，表面的空穴浓度大于多子电子浓

度，出现反型态，如在高频的小信号下，少子的产生和复合，跟不上外加电场信号的变化，则对电容没有贡献，则电容趋于最小值。

2■当绝缘层中存在正电荷时，会使得C-V向负偏压方向偏移，但当正电荷处于金属和绝缘层之间时，对C-V没有影响。

3■可移动正电荷的影响可以通过温度-偏压实验（B-T实验），把可移动正电荷赶到金属和绝缘层之间。

从能带结构的角度分析说明，在强电场下，n型GaAs和n型Si的电子飘逸速度随电场的变化的规律有何差别？导致这一差别的主要原因是什么？

强电场下，n-Si的电子飘逸速度Vd随电场增强而升高的幅度有所降低（即偏离欧姆定律），最终趋于饱和。n-GaAs的Vd在场强E 达某一范围时出现微分负电导区，即Vd随场强增强而减小，迁移率为负值；当场强E再增大时，Vd随场强E增强而增加，最终趋于饱和。导致这一差别的根本原因是两种半导体材料的能带结构不同。

对于n-Si材料的电子飘逸速度饱和效应可用热载流子效应来解释。n-GaAs在导带中存在两个能量相差不大的不等价能谷，这一能带结构有3个与负微分迁移率有关的典型特征：①存在导带电子的子能谷；②子能谷与主能谷的能量差小于禁带宽度而远大于KoT;③电子在子能谷的中的有效质量远大于其主能谷的有效质量，因而子能谷低的有效态密度较高。

当外加电场升高到足以发生光学声子参与的散射之前，短波声学声子因足以提供可弥补两个不等价能谷之间的能量差，使热电子从主能谷向能量较高的子能谷跃迁。由于这两个不等价能谷具有不同的曲率，这种跃迁导致电子有效质量的改变，从而发生迁移率的改变。