半导体物理学 基本概念

《半导体物理学 基本概念》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体物理学基本概念能带（energyband）相邻原子在组成固体时，其相应的电子能级由于原子间的相互作用而分裂，由于固体中包含的原子数很大，分离出来的能级十分密集，形成一个在能量上准连续的分布即能带。由不同的原子能级所形成的允许能带之间一般隔着禁止能带。导带与价带根据能带理论，固体中的电子态能级分裂为一系列的带，在带内能级分布是准连续的，带与带之间存在有能量间隙。在非导体中，电子恰好填满能量较低的一系列能带，再高的各带全部都是空的，在填满的能带中尽管存在很多电子，但并不导电。在导体中，则除了完全填满的一系列能带外

2、，还有只是部分地被电子填充的能带，这种部分填充带中的电子可以起导电作用，称为导带。半导体属于上述非导体的类型，但满带与空带之间的能隙比较小。通常把半导体一系列满带中最高的能带称为价带，把半导体中一系列空带中最低的能带称为导带。直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。电子要跃迁到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。间接带隙间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。杂质

3、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。施主（donor）在半导体带隙中间的能级，能够向晶体提供电子同时自身成为正离子的杂质称为施主杂质。受主（acceptor）在半导体带隙中间的能级，能接受电子同时自身成为负离子的杂质称为受主杂质。杂质能级（impuritylevel）由于杂质的存在，半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态，称为杂质能级。施主能级离化能很小，在常温下就能电离而向导带提供电子，自身成为带正电的电离施主，通常称这些杂

4、质能级为施主能级。受主能级离化能很小，在常温下就能电离而向价带提供空穴，自身成为带负电的电离受主，通常称这些杂质能级为受主能级。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。本征激发价带上的电子激发成为准自由电子，

5、即价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。有效质量（effectivemass）粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。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（hole）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。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

6、旋共振。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。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，即单位体积内正电荷数与负电荷数相等。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。多子多数载流子是在半导体输运过程中起主要作用的载流子，如n-型半导体中的电子。少子少数载流子是在半导体输运过程中起次要作用的载流子，如n-型半导体中的空穴。点缺陷是最简单的

7、晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。包括：间隙原子和空位是成对出现的弗仓克耳缺陷和只在晶体内形成空位而无间隙原子的肖特基缺陷。陷阱（trap）半导体中能够俘获电子或空穴的晶体缺陷或化学中心。热平衡时由缺陷或杂质引入的能级，当半导体内引入非平衡载流子时，如果能级上电子数目增加则该能级具有俘获非平衡电子能力，该能级称为电子陷阱。反之若该能级上电子数目减少则该能级具有俘获空穴的能力称为空穴陷阱。当非平衡载流子落入陷阱后基本上不能直接发生复合，而必须首先激发到导带或价带，然后才能通过复合

8、中心而复合。在整个过程中，载流子从陷阱激发到导带或价带所需的平均时间比它们从导带或价带发生复合所需的平均时间长得多，因此陷阱的存在大大增加了从非平衡恢复到平衡态的弛豫时间。非简并半导体半导体中掺入一定量的杂质时，使费米能级Ef位于导带和价带内，即Ev+3KT<=Ef<=Ec-3KT时，半导体成为非简并的。简并半导体（degeneracysemiconduct