半导体物理要点总结..docx

第一章半导体的能带理论共价键：硅锗原子之间组合靠的是共价键结合，他们的晶格结构与碳原子组成的金刚石类似。四原子分别处于正四面体的顶角，任意顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为两原子共有，共有的电子在两原子之间形成较大的电子云密度，通过他们对原子实的引力把两个原子结合在一起。闪锌矿型结构：类似于金刚石的结构但是是由两种原子构成的，一个中心原子周围有4个不同种类的原子。因为原子呈现电正性或者电负性，有离子键的成分。纤锌矿结构：离子性结合占优的话，就形成该结构。不具有四方对称性，取而代之是六方对称性。共有化运动：原子的电子分列不同能级，也即是电子壳层。当原子互相接近形成晶体时，电子壳层互相交叠，电子可以转移到相邻原子上去，可以在整个晶体中移动，这种运动叫做电子的共有化运动。能带：电子的能级在受到其他原子影响之后，就会出现分裂现象，这种分裂后产生n个很近的能级叫做能带。禁带：分裂的每一个能带称为允带，允带之间则称为禁带。单电子近似：晶体中某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场，以及其他大量电子的平均势场中运动，势场是周期性变化的，周期于晶格周期相同。电子在周期性势场中的运动特点和自由电子的运动十分相似。导体、半导体、绝缘体的能带：导体是通过上层的不满带导电的。对于半导体和绝缘体，从上到下分别是空带、禁带、价带（满带），在外电场作用下并不导电，但是当外界条件（加热光照）发生变化时，满带中的少量电子可能被激发到空带当中，这些电子可以参与导电，同时满带变成部分占满，满带也会起导电作用。这种导电作用等效于把这些空的量子状态看作带正电荷的准粒子的导电作用，常称这些空的量子状态为空穴。绝缘体的禁带宽度很大，激发点很困难，而半导体相对容易，在常温下就有电子被激发到导带。有效质量：在描述电子运动规律的方程中出现的是电子的有效质量mn*，而不是电子的惯性质量m0。这是因为其中f并非全部外力，其实电子还收到原子和其他电子的作用，此时用有效质量进行计算可以简化问题，f和加速度挂钩，而内部势场作用用有效质量概括。使得探讨半导体电子在外力作用下规律时可以不涉及内部势场作用。另外地mn*可以实验测得，方便有效。本征激发：当温度大于0k时，有电子从价带激发到导带，价带中同时产生空穴，这个过程叫做本征激发。本征半导体就是没有掺杂的半导体，也即电子和空穴都参加导电的半导体。载流子和载流子浓度：可移动带电荷的物质微粒被称作载流子，而在半导体中就是电子和空穴。载流子浓度就是单位体积载流子的数目。第二章半导体中的杂质与缺陷能级间隙式杂质：杂质原子进入半导体以后，位于晶格原子间叫做间隙式杂质。一般原子比原原子要小。替位式杂质：取代晶格原子而位于格点处，叫做替位式杂质。两种原子大小近似，价电子壳层也类似。施主杂质：V族元素为替位式杂质，它释放一个电子，增加导电性，如P+，是一个不能移动的正电中心。使之电离的能量远远小于禁带宽度Eg。释放电子的过程叫做施主电离。又叫n型杂质。施主能级：施主能级Ed位于禁带中离导带很近处。由于杂质数量较少，为一些具有相同能量的孤立能级。受主杂质：III族元素的替代式杂质，产生共价键是缺少一个电子，因而产生一个空穴，B-可以作为一个负电中心。受主原子对空穴有静电引力，但是很弱，容易脱离，形成自由活动的空穴。又叫p型杂质。受主能级：空穴的能量在能带图上为越下越高。而受主能级Ea的位置在禁带很靠近价带处。同样，一般也是孤立能级。P型、n型半导体：空穴带正电荷，positive。电子带负点，negative。杂质补偿：n、p型半导体可以互相补偿，也就是电子和空穴之间可以补偿。实际半导体与理想半导体区别：1.原子不是严格在格点上而是平衡位置振动。2不纯净。3缺陷，点缺陷，线缺陷，面缺陷。第三章半导体中载流子的统计分布热激发：电子从热振动的晶格中获得能量，就可能从低能量的量子态跃迁到高能量的量子态，产生到导带电子和空穴。复合：与热激发相反作用，向晶格释放能量，电子跃迁到低能量的量子态，导带中的电子和价带中的空穴都减少。热平衡状态：一定温度下，这两个过程建立起动态平衡。导电电子和空血浓度保持一个稳定数值。热平衡载流子：热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。温度改变形成新的动态平衡时，新的热平衡载流子浓度也在随之改变。状态密度：半导体的导带和价带中，有很多能级存在，但间隔很小，近似认为是连续的。因而可将能带分为一个一个很小的间隔处理。假定能力E~E+dE有无限小的能量间隔内有dZ个量子态，则状态密度g（E）=dZ/dE，也就是说，g（E）为能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。费米分布函数：f（E）=1/1+exp（E-EF/k0T）。其中EF为费米能级，f（E）表示了一个温度下电子在各量子态的分布。费米能级等于系统的化学势μ，Ef=μ=（