半导体带隙

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半导体物理带图

施主与受主:半导体中掺入施主杂质后,施主电离后将成为带正电离子,并同时向导带提供电子,这种杂质就叫施主;半导体中掺入受主杂质后,受主电离后将成为带负电的离子,并同时向价带提供空穴,这种杂质就叫受主.直接带隙与间接带隙:直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k 空间中同一位置.间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k 空间中不同位置.简并与非简并半导体:简并半导体:掺杂浓度高,对于n 型半导体,其费米能级EF 接近导带或进入导带中;对于p 型半导体,其费米能级EF 接近价带或进入价带中的半导体.非简并半导体:掺杂浓度较低,其费米能级EF 在禁带中的半导体.少子与多子:半导体中有电子和空穴两种载流子.半导体材料中某种载流子占大多数,则称它为多子,另一种为少子.表面重构与表面弛豫:其表面的分子链、链段和基团会随着环境改变而重新排列以适应环境的变化,使界面能最低达到稳定状态.表面为了适应环境从一个状态到另一个状态的变化过程,称表面重构.空穴与空位:在电子挣脱价键的束缚成为自由电子后,其价键中所留下的空位.一个空穴带一个单位的正电子电量.空位:晶体中的原子或离子由于热运动离开了原来的晶格位置后而留下的.少子寿命与扩散长度:非平衡载流子的平均生存时间,扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离.杂质与杂质能级:杂质,半导体中存在的于本体元素不同的其他元素.半导体材料的电磁性质可以通过掺入不同类型和浓度的杂质而加以改变,半导体中的杂质或缺陷可以在禁带中形成电子的束缚能级,称为杂质能级.本征半导体:纯净的,不含任何杂质和缺陷的半导体.杂质带导电:杂质能带中的电子通过杂质电子之间的共有化运动参加导电的现象称为杂质导电.电中性条件:电中性条件是半导体在热平衡情况下,它的内部所必须满足的一个基本条件.电中性条件即是说半导体内部总是保持为电中性的,其中没有多余的空间电荷,即处处正电荷密度等于负电荷密度.禁带窄化效应:杂质能带进入导带或价带,并与导带或价带相连,形成新的简并能带,使能带的状态密度发生了变化,简并能带的尾部伸入到禁带中,称为带尾,导致禁带宽度由Eg 减小到Eg ’,所以重掺杂时,禁带宽度变窄了,称为禁带变窄效应.负阻效应 直接复合与间接复合:直接复合:导带电子和价带空穴之间直接跃迁复合.间接复合:导带电子通过复合中心（禁带中的能级）和价带空穴间接复合. 什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点?答:浅能级杂质是指杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质.它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子,并同时向导带提供电子或向价带提供空穴.漂移运动与扩散运动之间有什么联系?非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系?解:漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系.而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系,二者的比值与温度成反比关系,即q 0=μ.何谓非平衡载流子?非平衡状态与平衡状态的差异何在?解:半导体处于非平衡 态时,附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度,额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子.通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子.热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的,产生与复合处于动态平衡状态,跃迁引起的产生、复合不会产生宏观效应.在非平衡状态下，额外的产生、复合效应会在宏观现象中体现出来.何谓迁移率?影响迁移率的主要因素有哪些?解:迁移率是单位电场强度下载流子所获得的漂移速率.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.何谓本征半导体?为什么制造半导体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料?完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体.杂质能够为半导体提供载流子,对半导体材料的导电率影响极大.简要说明什么是载流子的漂移运动,扩散运动和热运动?他们有何不同?解:载流子因浓度差而引起的扩散运动;在电场力作用下载流子的漂移运动;由外加温度引起的载流子的热运动等.热运动:在没有任何电场作用时,一定温度下半导体中的自由电子和空穴因热激发所产生的运动是杂乱无障的,好像空气中气体的分子热运动一样.由于是无规则的随机运动,合成后载流子不产生定向位移,从而也不会形成电流.漂移运动:在半导体的两端外加一电场E,载流子将会在电场力的作用下产生定向运动.电子载流子逆电场方向运动,而空穴载流子顺着电场方向运动.从而形成了电子电流和空穴电流,它们的电流方向相同.所以,载流子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动,而漂移运动产生的电流称漂移电流.扩散运动: 在半导体中,载流子会因浓度梯度产生扩散.如在一块半导体中,一边是N 型半导体,另一边是P 型半导体,则N 型半导体一边的电子浓度高,而P 型半导体一边的电子浓度低.反之,空穴载流子是P 型半导体一边高,而N 型半导体一边低.由于存在载流子浓度梯度而产生的载流子运动称为扩散运动.就你在任何知识渠道所获得的信息，举出一个例子来说明与半导体物理相关的最新知识进展。简述pn 结的形成及平衡pn 结的特点.将P 型半导体与N 型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN 结.PN 结具有单向导电性.在半导体中,费米能级标志了什么?它与哪些因素有关?系统处于热平衡状态,也不对外做功时,系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化.其标志了电子填充能级的水平.温度,半导体材料的导电类型,杂质的含量,能量零点的选取等.简述浅能级杂质和深能级杂质的主要区别.解:深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用.浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用.浅能级杂质就是指在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子,往往就是能够提供载流子—电子或空穴的施主、受主杂质;它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底,因此称其为浅能级杂质.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以为带电中心,对载流子起散射作用,使载流子迁移率减小,导电性能下降.简述金半结的形成过程及金半结接触的类型.轻掺杂半导体上的金属与半导体形成整流接触,其接g 半导体中出现成对的电子-空穴对.如果温度升高,则禁带宽度变窄,跃迁所需的能量变小,将会有更多的电子被激发到导带中. 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因.解:电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带,即允带和禁带.温度升高,则电子的共有化运动加剧,导致允带进一步分裂,变宽;允带变宽,则导致允带与允带之间的禁带相对变窄.反之,温度降低,将导致禁带变宽.因此,Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数. 试指出空穴的主要特征.解:空穴是未被电子占据的空量子态,被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态,是准粒子.主要特征如下:A 、荷正电:+q;B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）;C 、E P =-E n ;D 、m P *=-m n *.简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征.解: Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； GaAs a ）E g （300K ）= 1.428eV ，Eg (0K) = 1.522eV ；b ）直接能隙结构；c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ；什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点?解:浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质.它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子,并同时向导带提供电子或向价带提供空穴. 什么叫施主?什么叫施主电离?施主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出n 型半导体.解:半导体中掺入施主杂质后,施主电离后将成为带正电离子,并同时向导带提供电子,这种杂质就叫施主.施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离.施主电离前不带电,电离后带正电.例如,在Si 中掺P,P 为Ⅴ族元素,本征半导体Si 为Ⅳ族元素,P 掺入Si 中后,P 的最外层电子有四个与Si 的最外层四个电子配对成为共价电子,而P 的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子.这个过程就是施主电离.n 型半导体的能带图如图所示:其费米能级位于禁带上方. 什么叫受主?什么叫受主电离?受主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出p 型半导体.解:半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子,并同时向价带提供空穴,这种杂质就叫受主.受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离.受主电离前带不带电,电离后带负电.例如,在Si 中掺B,B 为Ⅲ族元素,而本征半导体Si 为Ⅳ族元素,P 掺入B 中后,B 的最外层三个电子与Si 的最外层四个电子配对成为共价电子,而B 倾向于接受一个由价带热激发的电子.这个过程就是受主电离.p 型半导体的能带图如图所示:其费米能级位于禁带下方.掺杂半导体与本征半导体之间有何差异?试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响.解:在纯净的半导体中掺入杂质后,可以控制半导体的导电特性.掺杂半导体又分为n 型半导体和p 型半导体.例如,在常温情况下,本征Si 中的电子浓度和空穴浓度均为1.5╳1010cm -3.当在Si 中掺入1.0╳1016cm -3 后,半导体中的电子浓度将变为1.0╳1016cm -3,而空穴浓度将近似为2.25╳104cm -3.半导体中的多数载流子是电子,而少数载流子是空穴.两性杂质和其它杂质有何异同?解:两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂质.如Ⅲ-Ⅴ族GaAs 中掺Ⅳ族Si.如果Si 替位Ⅲ族As,则Si 为施主;如果Si 替位Ⅴ族Ga,则Si 为受主.所掺入的杂质具体是起施主还是受主与工艺有关.深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响?解:深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用.浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用.何谓杂质补偿?杂质补偿的意义何在?当半导体中既有施主又有受主时,施主和受 画出Si 和GaAs 的能带结构简图，并分析其能带结构特点Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； GaAs ： a ）E g （300K ）= 1.428eV ，Eg (0K) = 1.522eV ；b ）直-4段温度很低，本征激发可忽略。 半导体接触形成阻 其接触后的能带图如图

半导体知识点

1.施主杂质：能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质。 2. 受主杂质：能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。 3.受主能级：通过受主掺杂在半导体禁带中形成缺陷能级。正常情况下，此能 级被空穴占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 4.施主能级：通过施主掺杂在半导体禁带中形成缺陷能级，被施主杂质束缚 电子能量状态称为施主能级。 5.空穴：在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。 6.间接复合：导带中的电子通过禁带的复合中心能级与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为间接复合。 7.直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合， 这样的复合过程称为直接复合。 8.非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流 子浓度，比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载 流子。 9.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。 10.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。 11.本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体叫做本征半导体。 12.杂质半导体：在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导 体称为杂质半导体。 13. 迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度。 14.扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离。由扩散系数和材料寿命决定。 15.复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。 16.状态密度：单位能量间隔内的量子态数目称为状态密度。 17.小注入：过剩载流子的浓度远小于热平衡多子浓度的情况 18.过剩空穴：价带中超出热平衡状态浓度的空穴浓度△p=p-p。 简答题 1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？

(完整版)半导体材料光学带隙的计算

半导体材料光学带隙的计算 禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。 禁带宽度可以通过电导率法和光谱测试法测得,为了区别用电导率法测得禁带宽度值，用光谱测试法测得的禁带宽度值又叫作光学带隙。 下面以光谱测试法为例介绍半导体材料光学带隙的计算方法： 对于半导体材料，其光学带隙和吸收系数之间的关系式为[1]： αhν=B(hν-Eg)m （1） 其中α为摩尔吸收系数,h为普朗克常数，ν为入射光子频率， B 为比例常数，Eg为半导体材料的光学带隙，m的值与半导体材料以及跃迁类型相关： （1）当m=1/2 时，对应直接带隙半导体允许的偶极跃迁； （2）当m=3/2 时，对应直接带隙半导体禁戒的偶极跃迁； （3）当m=2 时，对应间接带隙半导体允许的跃迁； （4）当m=3 时，对应间接带隙半导体禁戒的跃迁。 下面介绍两种禁带宽度计算公式的推导方法： 推导1：根据朗伯比尔定律可知： A=αb c (2) 其中 A 为样品吸光度，b 为样品厚度，c 为浓度，其中bc 为一常数，若B1=(B/bc)1/m，则公式(1)可为： (Ahν)1/m=B1(hν-Eg) (3) 根据公式(3),若以hν 值为x 轴，以(Ahν)1/m 值为y 轴作图，当y=0 时，反向延伸曲线切线与x 轴相交，即可得半导体材料的光学带隙值Eg。 推导2：根据K-M 公式可知： F(R∞)=(1- R∞)2/2 R∞=K/S (4)

其中R∞为绝对反射率(在日常测试中可以用以硫酸钡做参比测得的样品相对反射率代替[2])，K 为吸收系数，S 为散射系数。若假设半导体材料分散完全或者将样品置于600入射光持续光照下可认为K=2α[3]。因在一定温度下样品散射系数为一常数，假设比例常数为B2，,我们可通过公式(4)和公式(1)可得：(F(R∞) hν)1/m=B2(hν-Eg) (5) 根据公式(5)，若以hν 值为x 轴，以(F(R∞) hν)1/m值为y 轴作图，当y=0 时，反向延伸曲线切线与x 轴相交，即可得半导体材料的光学带隙值Eg。 推导方法1和推导方法2分别为通过测量样品吸收光谱和反射光谱值来计算半导体材料的光学带隙。下面介绍以直接光学带隙半导体材料（m=1/2）S1 和S2 为例，通过推导方法 1 计算半导体材料的光学带隙值。首先测得S1 和S2 的紫外吸收光谱，如图1 所示。然后通过吸收光谱做(Ahν)2-hν 线性关系图，如图2 所示。沿曲线做反向切线至y=0 相交，所得值为光学带隙值，由图 2 即可得Eg s1=3.0ev;Eg s2=3.1ev。

半导体物理学名词解释

半导体物理学名词解释 1.能带： 在晶体中可以容纳电子的一系列能 2.允带：分裂的每一个能带都称为允带。 3.直接带隙半导体：导带底和价带顶对应的电子波矢相同 间接带隙半导体：导带底和价带顶对应的电子波矢不相同 4、施主杂质：能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心的杂质，称为施主杂质。 施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级。 5、受主杂质：能够能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质。 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 6、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。 7、禁带宽度：导带底与价带顶之间的能量差。 8、禁带：（导带底与价带顶之间能带） 9、价带： （0K 条件下被电子填充的能量最高的能带） 10、导带：（0K 条件下未被电子填充的能量最低的能带） 11、迁移率：表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位cm^2/(V ·s)。 12、有效质量： 的作用。有效质量表达式为： ，速度： 13、电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴：带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位 14、费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。费米分布函数为： 15、漂移运动：载流子在电场作用下的运动。 扩散运动：载流子在浓度梯度下发生的定向运动。 16、本征载流子：就是本征半导体中的载流子（电子和空穴），即不是由掺杂所产生出来的。 17、产生：电子和空穴被形成的过程 2 22*dk E d h m n =T k E E F e E f 011)(-+=

半导体物理学 基本概念汇总

半导体物理学基本概念 有效质量-----载流子在晶体中的表观质量，它体现了周期场对电子运动的影响。其物理意义：1）有效质量的大小仍然是惯性大小的量度；2）有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递，因此可正可负。 空穴-----是一种准粒子，代表半导体近满带（价带）中的少量空态，相当于具有正的电子电荷和正的有效质量的粒子，描述了近满带中大量电子的运动行为。 回旋共振----半导体中的电子在恒定磁场中受洛仑兹力作用将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电子的回旋频率时，发生强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。施主-----在半导体中起施予电子作用的杂质。受主-----在半导体中起接受电子作用的杂质。 杂质电离能-----使中性施主杂质束缚的电子电离或使中性受主杂质束缚的空穴电离所需要的能量。 n-型半导体------以电子为主要载流子的半导体。 p-型半导体------以空穴为主要载流子的半导体。 浅能级杂质------杂质能级位于半导体禁带中靠近导带底或价带顶，即杂质电离能很低的杂质。浅能级杂质对半导体的导电性质有较大的影响。 深能级杂质-------杂质能级位于半导体禁带中远离导带底（施主）或价带顶（受主），即杂质电离能很大的杂质。深能级杂质对半导体导电性质影响较小，但对半导体中非平衡载流子的复合过程有重要作用。位于半导体禁带中央能级附近的深能级杂质是有效的复合中心。 杂质补偿-----在半导体中同时存在施主和受主杂质时，存在杂质补偿现象，即施主杂质束缚的电子优先填充受主能级，实际的有效杂质浓度为补偿后的杂质浓度，即两者之差。

半导体物理知识整理

半导体物理知识整理

基础知识 1.导体,绝缘体和半导体的能带结构有什么不同?并以此说明半导体的导电机理（两种载流子参与导电）与金属有何不同？ 导体：能带中一定有不满带 半导体：T=0K，能带中只有满带和空带；T>0K,能带中有不满带 禁带宽度较小，一般小于2eV 绝缘体：能带中只有满带和空带 禁带宽度较大，一般大于2eV 在外场的作用下，满带电子不导电，不满带电子可以导电 总有不满带的晶体就是导体，总是没有不满带的晶体就是绝缘体 半导体不时最容易导电的物质，而是导电性最容易发生改变的物质，用很方便的方法，就可以显著调节半导体的导电特性 金属中的电子，只能在导带上传输，而半导体中的载流子：电子和空穴，却能在两个通道：价带和导带上分别传输信息 2.什么是空穴?它有哪些基本特征?以硅为例，对照能带结构和价键结构图理解空穴概念。 当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流，以及电流在外场作用下的变化，完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v(k’)的粒子的情况一样，这样假想的粒子称为空穴 3.半导体材料的一般特性。 电阻率介于导体与绝缘体之间 对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降；适当波长的光照可以改变半导体的导电能力） 性质与掺杂密切相关（微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力） 4.费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么？什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数。为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可

以用玻耳兹曼分布来描述。 费米分布受到了泡利不相容原理的限制，而在E-EF>>k0T的条件下，泡利原理失去作用，可以化简为玻尔兹曼分布。在半导体中，最常遇到的情况是费米能级EF位于禁带内，而且与导带底和价带顶的距离远大于k0T，所以，对导带中的所有量子态来说，被电子占据的概率一般都满足f(E)<<1,故半导体导带中的电子分布可以用电子的玻尔兹曼分布函数描写 5.由电子能带图中费米能级的位置和形态（如，水平、倾斜、分裂），分析半导体材料特性。 水平：热平衡 倾斜：费米能级朝哪边下倾斜，电子就往哪个方向流动，而电流的流动就是相反的方向，倾斜越大，电子流动程度越强，电流越大 分裂：掺杂（准费米能级） 6.何谓准费米能级？它和费米能级的区别是什么？ 当外界有很大能量注入，或者很多载流子注入时，载流子的数量会发生突然的变化，不再遵循费米-狄拉克分布，费米能级的调控暂时失灵 当半导体的平衡态被破坏，而且存在非平衡载流子时，分别就价带和导带中的电子讲，他们各自基本上处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而，费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，它们都是局部费米能级，成为“准费米能级” 电子和空穴的准费米能级的差反映了半导体偏离平衡态的程度。当电子的准费米能级和空穴的准费米能级相重合时，形成统一费米能级，系统处于热平衡状态 7.比较Si,Ge,GaAs能带结构的特点，并说明各自在不同器件中应用的优势。 硅的价带顶在中心点k=0处,导带底不在中心点k=0处，而是沿[100]轴，位于布里渊区中心至边缘0.85倍处 锗的价带顶在中心点k=0处,导带底也不在中心点k=0处，而是沿[111]轴，导

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

半导体物理(微电子器件基础 )知识点总结

第一章 ●能带论：单电子近似法研究晶体中电子状态的理论 ●金刚石结构：两个面心立方按体对角线平移四分之一闪锌矿 ●纤锌矿：两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成（001）面ABAB顺序堆积●禁带宽度：导带底与价带顶之间的距离脱离共价键所需最低能量 ●本征激发：价带电子激发成倒带电子的过程 ●有效质量（意义）：概括了半导体内的势场作用，使解决半导体内电子在外力作用下运 动规律时，可以不涉及半导体内部势场作用 ●空穴：价带中空着的状态看成是带正电的粒子 ●准连续能级：由于N很大，每个能带的能级基本上可以看成是连续的 ●重空穴带：有效质量较大的空穴组成的价带 ●窄禁带半导体：原子序数较高的化合物 ●导带：电子部分占满的能带，电子可以吸收能量跃迁到未被占据的能级 ●价带：被价电子占满的满带 ●满带：电子占满能级 ●半导体合金：IV族元素任意比例熔合 ●能谷：导带极小值 ●本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体 ●应变半导体：经过赝晶生长生成的半导体 ●赝晶生长：晶格失配通过合金层的应变得到补偿或调节，获得无界面失配位错的合金层 的生长模式 ●直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置 ●间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置 ●允带：允许电子能量存在的能量范围. ●同质多象体：一种物质能以两种或两种以上不同的晶体结构存在的现象 第二章 ●替位杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。 ●间隙杂质：杂质原子位于晶格的间隙位置。 ●杂质浓度：单位体积中的杂质原子数。 ●施主（N型）杂质：释放束缚电子，并成为不可动正电荷中心的杂质。 ●受主（P型）杂质：释放束缚空穴，并成为不可动负电荷中心的杂质。

半导体物理学名词解释.

半导体物理学名词解释 1.能带：在晶体中可以容纳电子的一系列能 2.允带：分裂的每一个能带都称为允带。 3.直接带隙半导体：导带底和价带顶对应的电子波矢相同 间接带隙半导体：导带底和价带顶对应的电子波矢不相同 4、施主杂质：能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心的杂质，称为施主杂质。 施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级。 5、受主杂质：能够能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质。 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 6、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。 7、禁带宽度：导带底与价带顶之间的能量差。 8、禁带：（导带底与价带顶之间能带） 9、价带：（0K 条件下被电子填充的能量最高的能带）10、导带：（0K 条件下未被电子填充的能量最低的能带）11、迁移率：表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位cm^2/(V ·s)。 12、有效质量： 的作用。有效质量表达式为：，速度：13、电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴：带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位 14、费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。费米分布函数为： 15、漂移运动：载流子在电场作用下的运动。 扩散运动：载流子在浓度梯度下发生的定向运动。16、本征载流子：就是本征半导体中的载流子（电子和空穴），即不是由掺杂所产生出来的。 17、产生：电子和空穴被形成的过程 2 22*dk E d h m n =E E F e E f 011)(-+=

半导体物理学名词解释 2

半导体物理学名词解释 1、直接复合：电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合。 2、间接复合：指的是非平衡载流子通过复合中心的复合。 3、俄歇复合：载流子从高能级向低能级跃迁发生电子-空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回到低能级时，多余的能量常以声子的形式放出，这种复合称为俄歇复合，显然这是一种非辐射复合。 4、施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或n型杂质。 5、受主杂质：Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负点中心，所以称它们为受主杂质或p型杂质。 6、多数载流子：半导体材料中有电子和空穴两种载流子。在N 型半导体中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 7、能谷间散射： 8、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。 9、准费米能级：半导体中的非平衡载流子，可以认为它们都处于准平衡状态（即导带所有的电子和价带所有的空穴分别处于准平衡状态）。对于处于准平衡状态的非平衡载流子，可以近似地引入与Fermi能级相类似的物理量——准Fermi能级来分析其统计分布；当然，采用准Fermi能级这个概念，是一种近似，但确是一种较好的近似。基于这种近似，对于导带中的非平衡电子，即可引入电子的准Fermi能级；对于价带中的非平衡空穴，即可引入空穴的准Fermi能级。 10、禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间。 11、价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。 12、导带：导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。 13、束缚激子：等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一中心由于库仑作用又能俘获另一种带电符号相反的载流子从而成为定域激子，称为束缚激子。 14、浅能级杂质：在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流子（电子或空穴）的施主、受主杂质，它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称其为浅能级杂质。 15、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。 16、迁移率：μ，表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位是m^2/(V·s)或者cm^2/(V·s)。 17、空穴的牵引长度：表征空穴漂移运动的有效范围的参量就是空穴的牵引长度。 18、陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用就叫做陷阱效应。 19、替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。 20、间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子的间隙位置。 21、弗仑克耳缺陷：间隙原子和空穴成对出现导致的缺陷。 22、肖特基缺陷：只在晶体内形成空位而无间隙原子时的缺陷。 23、高阻区： 24、等电子杂质：当杂质的价电子数等于其所替代的主晶格原子的价电子数时，这种杂质称为等电子杂质。 25、负微分电导： 26、扩散长度：扩散长度是表征载流子扩散有效范围的一个物理量，它等于扩散系数乘以寿命的平方根。 27、杂质补偿作用：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们的共同作用会使载流子

直接带隙和间接带隙有什么区别

一般而言我们希望获得的是直接还是间接带隙的半导体？我最近在做二维原子晶体材料，假如能结合这个方向说说就更好了（如单层二硫化钼是直接带隙的而块状是间接带隙的） 我就从最基本的能带理论讲起吧,可能会有点长，算是给来自不同背景的朋友科普了。对于个别专业术语的英文表述，实在抱歉，因为答主学习相关课程的时候都是在英语国家完成的，所以更习惯用英文表述，虽然我知道它对应的中文单词是什么。还望海涵！ 好，言归正传。回答什么是indirect bandgap和什么是direct bandgap之前，我们首先得知道bandgap是什么。我们知道一个原子是由原子核与核外电子们组成的中性粒子。而电子们是以一定概率形式分布在类似轨道的核外电子云上的。但是Paul Exclusion Principle告诉我们，相同量子态的电子不能同时出现。因为电子是fermion，它的波函数描述是asymmetric的，做一个 asymmetric operation后就会发现，电子波函数消失，也就是说不存在两个相同量子态的电子。如果只考虑到spin这个自由度分为spin-up和spin-down用以区分不同的量子态，那么一个核外电子能级只能容纳两个电子。根据原子核的电荷情况，核外电子遵循Paul Exclusion Principle排布在不同的核外电子能级（Energy Level)上。这是对于一个原子的情况，但是真实情况是即使是只能在显微镜下看到的一小块材料都有数以千亿计的原子。当我们不断加入新的原子也就是说，又更多的电子被引入，从而形成更多的电子能级。当电子能级的数量足够大，电子能级之间的间隙就会变得足够小，这个时候我们就可以认为电子能级是足够稠密的，连续的了。我们把这些足够稠密的电子能级们叫做电子能带(Energy Band). 而固体物理告诉我们，lattice是由许多相同原子通过spatial translation获得的。换句话说，这些原子排布具有 spatial periodicity, 而分布在lattice里的电子能感受到来自临近原子核spatial periodic potential的影响。此时，我们不考虑 electron-electron coupling或者electron-phonon coupling，就把这个时候的电子当成quasi-free electron。这个时候，我们把这个 spatial periodic potential带进薛定谔方程的potential项，然后求解。这个时候就会发现，这个方程的wavefunction解极其类似量子力学中最经典的自由电子在两端束缚potential中的boundary解，也就是wavefunction在boundary上形成了standing wave。而electron的能量解在 boundary condition下不连续，有部分能级变低了，有部分能级变高了，没有能级的空白区域（也就是forbidden region)是前面的standing wave的自然解。在固体物理上，我们把这些在boundary的能量差叫做Energy gap,而形成这些解的boundary叫做Brillouin Zone（动量空间描述，也就是空间横坐标变量是动量k，以区别我们实空间描述，空间坐标变量是空间规度x）。换句话说，电子被lattice在动量空间的Brillouin Zone boundary散射从而想成了一个能级禁区，禁区内不会有电子能级存在，从而电子也不会以这个能级对应的能量存在。那些已经被电子full filled的band我们称之为Valence Band，而那些没有被电子filled的band我们叫Conducting Band。进一步，我们 称lowest unfilled energy level of conducting band为Conduction Band Minimum(CBM)，称