半导体物理-副本-副本-副本3.1.4杂质的补偿作用
半导体物理名词解释
半导体物理名词解释1.单电子近似：假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。
2.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子的共有化运动。
3.允带、禁带： N个原子相互靠近组成晶体，每个电子都要受到周围原子势场作用，结果是每一个N度简并的能级都分裂成距离很近能级，N个能级组成一个能带。
分裂的每一个能带都称为允带。
允带之间没有能级称为禁带。
4.准自由电子：内壳层的电子原来处于低能级，共有化运动很弱，其能级分裂得很小，能带很窄，外壳层电子原来处于高能级，特别是价电子，共有化运动很显著，如同自由运动的电子，常称为“准自由电子”，其能级分裂得很厉害，能带很宽。
6.导带、价带：对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。
下面是已被价电子占满的满带，也称价带。
8.（本证激发）本征半导体导电机构：对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。
9.回旋共振实验意义：这通常是指利用电子的回旋共振作用来进行测试的一种技术。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
当交变电磁场角频率W等于回旋频率Wc时，就可以发生共振吸收，Wc=qB/有效质量10.波粒二象性，动量，能量P=m0v E=12P2m0P=hk1.间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，称为间隙式杂质。
2.替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。
3.施主杂质与施主能级：能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。
它们称为施主杂质或n型杂质。
半导体部分名词解释
1.单电子近似：即假设每个电子是周期性排列且在固定不动的原子核势场及其它电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期势场。
2.电子共有化运动：电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去。
因而电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
电子的共有化运动只发生在能量相同的壳层，其中最外层电子的公有化运动最显著。
3.电子在晶体内的共有化运动：晶体中电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其它晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子在晶体内的共有化运动。
4.准自由电子：组成晶体的原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子近似，称为准自由电子。
5.本征激发：价带上的电子激发成为准自由电子。
亦即价带电子激发成为导带电子的过程称为本征激发。
6.有效质量的意义：它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。
7.间隙式杂质：杂质原子进入半导体后，杂质原子位于晶格原子间的间隙位置称为间隙式杂质。
通常外来杂质半径臂、比原晶格原子半径小很多。
8.替位式杂质：杂志原子进入半导体后，杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，常称为替位式杂质。
通常外来杂质半径与原晶格原子半径大小比较相近。
9.杂质电离：电子脱离杂志电子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离。
10.施主电离：施主杂质释放电子的过程叫做施主电离。
11.受主电离：空穴挣脱受主杂志束缚的过程称为受主电离。
12.施主杂质：杂质电离时，能够释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。
13.n型半导体：通常把主要依靠导带电子导电的半导体称为电子型或n型半导体。
14.受主杂质：杂质在纯净半导体中能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称它们为受主杂质或p型杂质。
15.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。
半导体物理知识归纳及习题讲解 2
半导体物理绪 论 一、什么是半导体导体半导体 绝缘体 电导率ρ <310- 9310~10- 910> cm ∙Ω此外，半导体还有以下重要特性1、 温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si ） 若温度从 30C 变为C 20时，ρ增大一倍2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力 例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、 光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。
另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。
综上：● 半导体是一类性质可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。
二、课程内容本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。
预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体固体非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料）晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里（610-m ）按一定方式规则排列——称为长程有序。
单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。
多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。
非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距）存在结构有序——短程有序。
§1 化学键和晶体结构1、 原子的负电性化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。
电离能：失去一个价电子所需的能量。
亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。
(ⅡA 族和氧除外) 原子负电性=（亲和能+电离能）18.0⨯ （Li 定义为1）● 负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。
● 价电子向负电性大的原子转移ⅠA 到ⅦA ，负电性增大，非金属性增强同族元素从上到下，负电性减弱，金属性增强2、 化学键的类型和晶体结构的规律性ⅰ）离子晶体：(NaCl)由正负离子静电引力形成的结合力叫离子键，由离子键结合成的晶体叫离子晶体（极性警惕）● 离子晶体的结构特点：任何一个离子的最近邻必是带相反电荷的离子。
半导体物理(名词解释)
共有化运动:在半导体中，由于原子之间的相互作用，电子不再局限于某个原子，而是可以在整个晶体中自由运动的现象能带特点：分裂的每一个能带称为允带。
允带间的能量范围称为禁带内层原子受到的束缚强，共有化运动弱，能级分裂小，能带窄，外层原子受束缚弱，共有化运动强，能级分裂明显，能带宽价带是指晶体中最低能量的，能带其中的电子通常被束缚在原子或分子中，不能自由移动导带是指晶体中能量较高的，能带其中的电子可以自由移动并参与导电禁带是指晶体中价带和导带之间的能量区域，其中不存在允许的电子能量状态允带是指晶体中允许电子存在的能量状态所组成的能带本征激发：价带上的电子被激发成为准自由电子，即价带电子激发成为导带电子的过程有效质量体现了晶格周期性势场的影响能带底部的有效质量大于零，能带顶部的有效质量小于零有效质量具有方向性能带宽，有效质量小，能带窄，有效质量大空穴:半导体中，由于电子的运动而形成的空位满带中的电子不导电施主杂质:为半导体材料提供导电电子的杂质受主杂质:为半导体材料提供导电空穴的杂质杂质电离:价电子脱离杂质原子成为自由电子的过程施主能级：被失主杂质束缚的电子的能量状态（多余电子的杂质能级）受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态(多余空穴的杂质能级)N型半导体:依靠导带电子导电的半导体P型半导体:依靠空穴导电的半导体浅能级杂质:施主或受主能级离导带底或价带顶很近,杂质电离能很小深能级杂质:杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。
杂质的补偿作用：半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主杂质和受主杂质之间有相互抵消的作用ND＞NA，ND-NA为有效施主浓度ND＜NA，NA-ND为有效受主浓度弗伦克尔缺陷:间隙，原子和空位是成对出现的肖特基缺陷:只在晶体内形成空穴而无间隙原子空穴和替位原子都是点缺陷位错是线缺陷状态密度:在能带中能量E附近，每单位能量间隔内的量子态数有效质量大的能带状态密度大费米分布函数f（E）:描述每个量子态被电子占据的几率随E的变化，f（E）＝1/［1+exp（（E-EF）/k0T）］费米能级EF是系统的化学势：指温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级载流子的复合:电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定能量，从而使导带中的电子和价带中的空穴不断减少热平衡状态:在一定的温度下，电子从低能量的量子态跃迁到高能量的量子状态及电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态这两个相反过程之间建立起动态平衡。
电子科技大学 材料与能源学院 半导体物理 知识点
1.载流子、空穴：价带电子具有导电的特性，用空穴导电来描写，即价带中不被电子占据的空状态，空穴带正电荷+q，能量坐标与电子相反。
在常温下由于热激发，使得一些价电子获得足够的能量脱离共价键的束缚成为自由电子，同时共价键上留下一个空位即空穴。
2.引入空穴的意义：把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。
半导体中有电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子（荷载电流的粒子）3.杂质的补偿作用：半导体中同时存在施主和受主杂质，因为施主和受主之间有相互抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
4.分布函数5.等电子陷阱:固体中的等电子杂质以短程作用为主的俘获电子或空穴所形成的束缚态6.本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体，靠热激发产生载流子。
7.费米能级的意义：系统处于热平衡状态，不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，即系统的费米能级。
处于热平衡状态的系统具有统一的化学势，即处于热平衡的电子系统有统一的费米能级。
费米能级位置直观标志了电子占据量子态情况。
费米能级标志了电子填充能级的水平。
对系统而言，Ef 位置越高，有较多的能量较高的量子态上有电子。
8.有效质量9.电离能10.杂质电离、施主杂质、受主杂质（举例说明）：施主杂质以Si掺杂P为例，一个磷原子占据了了硅原子的位置，磷原子的最外层有五个电子，其中四个与相邻的半导体原子形成了共价键，还剩一个价电子，同时磷原子所在处也多余一个正电荷+q，所以P替代Si之后形成了一个正电中心P+和一个多余的价电子，这个多余的价电子就束缚在正电荷中心周围。
但束缚作用较共价键弱得多，少许能量即可使其挣脱为自由电子。
这时磷原子就少了一个价电子的磷离子，它是一个不能移动的正电中心。
上述电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离，使价电子挣脱束缚成为导电电子的能量为杂质电离能ΔED，将被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E D受主杂质（缺少一个电子从硅原子中夺取一个电子，在硅晶体的共价键中产生一个空穴，B接受电子成为不能移动的负电离子中心），将被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级E A11.迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度，单位是m2/V.s或cm2/V.s12.电导率和迁移率的关系13.杂质散射和格波散射电离杂质产生带电离子，引入了库伦势场这一附加势场使载流子散射破坏了周期势场格波散射：晶格振动（格波）的散射：长纵学波起主要作用1）声学波：交换动量作用2）光学波：交换能量作用14.直接复合和间接复合直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合15.复合中心和陷阱中心复合中心：半导体中杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，杂质缺陷越多，寿命就越短，杂质和缺陷有促进复合的作用，这些促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。
半导体物理简单名词解释
《半导体物理》基本名词解释极性半导体：含有离子键成分本征半导体：不含杂质的半导体本征激发：电子从价带跃迁到导带禁带宽度：脱离共价键所需要的最低能量缺陷分类：点缺陷（空位、间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（层错、晶粒间界）弗兰克尔缺陷：空位与间隙成对出现肖特基缺陷：只有空位杂质原子分类：替位式、间隙式施主杂质：释放电子而产生导电电子并形成正电中心受主杂质：接受电子而产生导电空穴并形成负电中心施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态施主杂质电离能：被俘获的电子摆脱束缚成为自由电子所需要的能量受主杂质电离能：被俘获的空穴摆脱束缚从而参与导电所需要的能量N型半导体：主要依靠导带电子导电的半导体P 型半导体：主要依靠价带空穴导电的半导体浅能级杂质：在半导体禁带中产生能级距带边较近的杂质，对载流子浓度和导电类型影响大深能级杂质：施主能级距离导带底远，受主能级距离价带顶远，对载流子复合作用大补偿作用：施主杂志和受主杂质同时存在有相互抵消的作用双性行为：杂质既能表现为施主杂质又能表现为受主杂质（Si在GaAs中）等电子陷阱：等电子杂质因电负性的差将俘获某种载流子而成为带点中心能态密度（状态密度）：单位能量间隔内的状态数目费米分布函数：能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率费米能级（化学势）：标志了电子的填充水平简并系统：服从费米统计率的电子系统非简并系统：服从玻尔兹曼统计率的电子系统，重掺杂半导体简并化条件：0-2k0T多数载流子：n型半导体的电子，p型半导体的空穴少数载流子：n型半导体的空穴，p型半导体的电子漂移运动：载流子在外加电场作用下所作的定向运动散射几率：一个电子在单位时间内受到的散射次数平均自由时间：一个电子在连续两次散射之间自由运动的时间平均自由程：一个电子在连续两次散射之间自由运动的路程载流子的主要散射机制：电离杂质散射、晶格振动散射、其他因素（等同能谷间散射、中性杂质、位错）非平衡载流子复合率：单位时间、单位体积内净复合消失的电子-空穴对数准费米能级：非平衡态时，分别就价带和导带中的电子而言，各自处于平衡状态，用来描述对应状态的费米能级。
半导体物理复习资料
第一章 半导体中的电子状态1.导体、半导体、绝缘体的划分：Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。
2.电子的有效质量是*n m ，空穴的有效质量是*p m ；**np m m -=，电量等值反号，波矢k 与电子相同 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。
能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。
3.半导体中电子所受的外力dtdkh f ⋅=的计算。
4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
第二章 半导体中杂质和缺陷能级1.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E D ；施主能级很接近于导带底；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E A ；受主能级很接近于价带顶。
施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。
深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。
深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。
3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。
在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As )掺入Ⅳ族杂质原子(Si )，Si 为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。
设315100.1-⨯=cm N A ，316101.1-⨯=cm N D ；则316100.1-⨯=-=cm N N n A D 由p n n i ⋅=2，可得p 值；①p n ≈时，近似认为本征半导体，i F E E =；②p n μμ=时，本征电导p n σσ=； p n >>时，杂质能级靠近导带底；第三章 半导体中载流子的统计分布1.费米分布函数(简并半导体)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=Tk E E E f F 0exp 11)((本征)；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=T k E E E f F 0exp 2111)((杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=T k E A E f B0exp )(；2.费米能级：TF N F E ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂==μ；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
高二物理竞赛杂质的补偿作用课件
质。
杂质半导体多子和少子的移动都能形成电流。但
由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近
似认为多子与杂质浓度相等。
+4
+4
+5
+4
+4 +4
+3
+4
磷原子 电子
硼原子
施主杂质电离后向半导体提供（ ）， 受主杂质电离后向半导体提供（ ）， 本征激发向半导体提供（ ）
A. 空穴 B. 电子
空穴
填空：
En
m0q4
8
2 0
h2
n2
n 1, 2...,主量子数,ｎ=1为基态
基态能量 :
Ｅ１
m0q4
8
2 0
h
2
显然 ｎ 则Ｅ０
电离能Ｅ０=Ｅ
-Ｅ１
m0q4
8
2 0
h
2
=13.6eV
（2）用类氢原子模型估算浅能级杂质电离能
杂质的高度补偿（
）将降低半载流导子浓体度 中相对介电常数εr，杂质应处于介电常数
显而易见是浅能级杂质.
深能级杂质
在Si、Ge中掺入非Ⅲ、Ⅴ族杂质后，在Si、Ge禁带 中产生的施主能级ED距导带底EC较远，产生的受主 能级EA距价带顶EV较远，这种能级称为深能级，对 应的杂质称为深能级杂质。
深能级杂质特点
➢ 不容易电离，对载流子浓度影响不大 ➢ 一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也
ε
2 r
同理，受主杂质电离能为
E
A
=
mp q 4
8ε
02ε
2 r
h2
mp mo
Eo
ε
2 r