【半导体物理与器件】【尼曼】【课后小结与重要术语解.doc

固体晶体结构 小结 硅是最普遍的半导体材料 半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。晶胞是晶体中的一小块体积，用它可以重构出整个晶体。三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。 硅具有金刚石晶体结构。原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。二元半导体具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格基本相同。 引用米勒系数来描述晶面。这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。密勒系数也可以用来描述晶向。 半导体材料中存在缺陷，如空位、替位杂质和填隙杂质。少量可控的替位杂质有益于改变半导体的特性。 给出了一些半导体生长技术的简单描述。体生长生成了基础半导体材料，即衬底。外延生长可以用来控制半导体的表面特性。大多数半导体器件是在外延层上制作的。 重要术语解释 二元半导体：两元素化合物半导体，如GaAs。 共价键：共享价电子的原子间键合。 金刚石晶格：硅的院子晶体结构，亦即每个原子有四个紧邻原子，形成一个四面体组态。 掺杂：为了有效地改变电学特性，往半导体中加入特定类型的原子的工艺。 元素半导体：单一元素构成的半导体，比如硅、锗。 外延层：在衬底表面形成的一薄层单晶材料。 离子注入：一种半导体掺杂工艺。 晶格：晶体中原子的周期性排列 密勒系数：用以描述晶面的一组整数。 原胞：可复制以得到整个晶格的最小单元。 衬底：用于更多半导体工艺比如外延或扩散的基础材料，半导体硅片或其他原材料。 三元半导体：三元素化合物半导体，如AlGaAs。 晶胞：可以重构出整个晶体的一小部分晶体。 铅锌矿晶格：与金刚石晶格相同的一种晶格，但它有两种类型的原子而非一种。 量子力学初步 小结 我们讨论了一些量子力学的概念，这些概念可以用于描述不同势场中的电子状态。了解电子的运动状态对于研究半导体物理是非常重要的。 波粒二象性原理是量子力学的重要部分。粒子可以有波动态，波也可以具有粒子态。 薛定谔波动方程式描述和判断电子状态的基础。 马克思·玻恩提出了概率密度函数|fai（x）|2. 对束缚态粒子应用薛定谔方程得出的结论是，束缚态粒子的能量也是量子化的。 利用单电子原子的薛定谔方程推导出周期表的基本结构。 重要术语解释 德布罗意波长：普朗克常数与粒子动量的比值所得的波长。 海森堡不确定原理：该原理指出我们无法精确确定成组的共轭变量值，从而描述粒子的状态，如动量和坐标。 泡利不相容原理：该原理指出任意两个电子都不会处在同一量子态。 光子：电磁能量的粒子状态。 量子：热辐射的粒子形态。 量子化能量：束缚态粒子所处的分立能量级。 量子数：描述粒子状态的一组数，例如原子中的电子。 量子态：可以通过量子数描述的粒子状态。 隧道效应：粒子穿过薄层势垒的量子力学现象。 波粒二象性：电磁波有时表现为粒子状态，而粒子有时表现为波动状态的特性。 固体量子理论初步 小结 当原子聚集在一起形成晶体时，电子的分立能量也就随之分裂为能带。 对表征单晶材料势函数的克龙克尼-潘纳模型进行严格的量子力学分析和薛定谔波动方程推导，从而得出 了允带和禁带的概念。 有效质量的概念将粒子在晶体中的运动与外加作用力联系起来，而且涉及到晶格对粒子运动的作用。 半导体中存在两种带点粒子。其中电子是具有正有效质量的正电荷粒子，一般存在于允带的顶部。 给出了硅和砷化镓的E-k关系曲线，并讨论了直接带隙半导体和间接带隙半导体的概念。 允带中的能量实际上是由许多的分立能级组成的，而每个能级都包含有限数量的量子态。单位能量的量子态密度可以根据三维无限深势阱模型确定。 在涉及大量的电子和空穴时，就需要研究这些粒子的统计特征。本章讨论了费米-狄拉克概率函数，它代表的是能量为E的量子态被电子占据的几章。 重要术语解释 允带：在量子力学理论中，晶体中可以容纳电子的一系列能级。 状态密度函数：有效量子态的密度。它是能量的函数，表示为单位体积单位能量中的量子态数量。 电子的有效质量：该参数将晶体导带中电子的加速度与外加的作用力联系起来，该参数包含了晶体中的内力。 费米-狄拉克概率函数：该函数描述了电子在有效能级中的分布，代表了一个允许能量状态被电子占据的概率。 费米能级：用最简单的话说，该能量在T=0K时高于所有被电子填充的状态的能量，而低于所有空状态能量。 禁带：在量子力学理论中，晶体中不可以容纳电子的一系列能级。 空穴：与价带顶部的空状态相关的带正电“粒子”。 空穴的有效质量：该参数同样将晶体价带中空穴的加速度与外加作用力联系起来，而且包含了晶体中的内力。 k空间能带图：以k为坐标的晶体能连曲线，其中k为与运动常量有关的动量，该运动常量结合了晶体内部的相互作用。 克龙尼克-潘纳模型：由一系列周期性阶跃函数组成，是代表一维单晶晶格周期性势函数的数学模型。 麦克斯韦-波尔兹曼近似：为了用简单的指数函数近似费米-狄拉克函数，从而规定