半导体物理器件

半导体物理器件

名词解释

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1 光电效应；在光的照射下，电路中产生电流或电流变化。分两类，一是光照下能使物体电阻值改变称“内阻效应”或光导效应，二是在光照下能够产生一定的方向的电动势，称‘阻挡层光电效应’或光伏效应。

2 压阻效应；对半导体施加应力时，出产生变形外，能带结构也要发生变化，因而，半导体的发生改变，这种由于应力的作用使电阻率发生改变的现象。

3 热电效应；把热能转换成电能的过程，其中最重要的是温差电现象。

4 单晶体；在三维空间里由全同结构也要发生单元，无间隙的周期的排列这中无限的重复的结构遍及整个晶体称单晶。

5 非晶体；在三维空间中只是短程序或者就是无序的排列结构的晶体。

6多晶体；由多个单晶体构成的晶体。

7晶胞：由于晶体是由全部结构单元周期性地、无间隙地无限重复构成的，而研究晶体时研究最简结构称晶胞。原胞；由于晶体是由全同结构单元，周期性地无间隙无限重复构成的而研究晶体时研究最简结构或非最简结构单元称初基晶

8 格点；研究晶体中原子，分子或离子的排列，把这些粒子的重心作为一个几何点。

9 空间点阵；晶体中有无限多个在空间按一定规律分布的格点。

10 晶列

直线上一定有无数个格点，这样的直线称晶列。

11 晶格；在空间点阵中，不同的三个晶列族分空间为无数格子称晶格。

12 晶面；通过不在同一晶列的三个格点作一平面在这平面上必须包含无数个格点这样的平面叫做晶面。

13 点阵常数；在晶体中选三个互不平行的特定的晶列方向为晶轴，以晶轴上两相邻的格点见得距离为单位，这单位称为点阵常数

14 晶向指数

的，每个方向则用三个最小整数u v w来表示记为【u v w】表示晶向的这组数据称为晶向指数。

15面间距：在晶体中的同一族晶面中，相邻两晶面的距离称为面间距。

16面密度：在晶体中单位面积中的原子数称为面密度，单位面积中的化学键数称为键密度。

17晶格缺陷

周期性的、无限重复的由规则性的排列，但在自然界的晶体物质不会有那么完美的结构，晶格排列中的任何不规则的地方，就是晶格的缺陷。

18弗兰克缺陷：在晶体中总有少数部分原子会脱离正常的晶格点，而跑到晶格空隙中，成为自间隙原子，这种作用又使得原先的晶格上没有任何原子占据成为晶格的空位，这样一对间隙与空位称为弗兰克缺陷。

19肖特基缺陷：当晶格原子扩散到晶体最外层时，这使得晶格中仅残留空位而没有自间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。

20位错：当晶体中的晶格缺陷沿着一条直线对称时，这种缺陷称为位错。1 位错包括（刃位错）（螺旋位错）和（位错环）

21非平衡运动：当位错的运动需要借助原子及晶格原位运动时，称为非平衡运动。

22晶界：是两个或多个不同结晶方向是的单晶交界处，晶界是可以弯曲的，但在热平衡状态下，为了减少晶界的能量，他们通常是平面状的。

晶体是由全同结构单元周期地、无间隙地无重复构成的

23 电子公有化运动：晶体原子的内壳层由于基本上没有重叠，电子依然围绕原子核运动，而外壳层发生能级重叠，电子不再局限于一个原子，而可从一个原子壳层转到相邻的另一个原子壳层上去，并可以从邻近的原子再转移到更远的原子上去，像这种的电子可以在整个晶体中运动，为晶体内所有原子共有的现象。

24电子的量子态；电子围绕原子核作着特定的运动这一系列特定的运动状态称电子的量子态。

25禁带；允带之间没有电子的运动的区域。

26满带；在能量低的能带中填满电子的能带。

27导带；能带图中最高的全空或半空，电子没有填满的能带。

28电子导电；当外加电场时，电子向着电场相反的方向运动，形成电流，电子没有填满的能带。

29空穴导电；空穴朝着电场的方向运动同样刑场电流。

30 本征半导体；没有掺杂的半导体，纯净的半导体。31非征半导体；掺杂杂质的半导体，加入杂质原子控制半导体性质的导体。

32掺杂；为了增加半导体中的载流子浓度，将一定数量的杂质原子掺入半导体。

33 杂质电离区；在低温度下，电子首先从施主能级激发到导带或空穴由受主能级激发到价带随温度的升高，载流子浓度不断增大，当达到一定浓度时，杂质达到饱和电离的温度。34非本征区；本征激发的载流子浓度依然较低半导体的载流子浓度保持基本恒定，主要由电离的杂质浓度决定。35 本征区；当温度继续升高，本征激发的载流子大量增加，此时的载流子浓度由电离的杂质浓度和本征载流子浓度共同决定的温度区域。

36辐射复合；载流子复合时，发射光子产生发光的现象。也称发光复合。

37非辐射复合；载流子复合时，发射离子将能量传递给晶格，产生热能现象。

38 俄歇复合；载流子复合时，将能量传递给其他载流子，增加它们的能量现象。

39 非平衡载流子的寿命；载流子浓度减少到原值e 分之1所经历的时间。

0 内建电场

从N型半导体向P型半导体指向的电场。41点缺陷：又由本质原子产生的自由间隙原子和空穴，由杂质原子产生的间隙原子和提位原子，包括了弗兰克缺陷和肖基特缺陷。

42线缺陷：当晶体中的晶格缺陷是沿着一条直线对称时的缺陷称为位错。包括位错、螺旋位错和位错环

43复合中心：半导体中的杂质和缺陷既可能引人载流子又可能引人深能级，研究表面，深能级又促进载流子复合的作用，把这些促进载流子复合的杂质和缺陷。

44p-n结的制备方法包括合金法、扩散法、离子注入法、薄膜生长法。

45太阳能级硅多晶硅的制取工艺包括真空挥发、利用化学反应、造渣除杂和定向凝固。

46p-n结的基本特征电流电压特性、电容特性、隧道特性、雪崩效应、开关效应、光伏效应。

47本征吸除工艺：由于位错等缺陷有吸附杂质特别是金属杂质的作用，工艺上常用生成氧沉淀来吸附杂质，使器件制作区域为洁净区以提高器件的成品率和品质，这种工艺称为内吸杂或本征吸除工艺。

48固态加料法：直接将固态多晶硅原料加入石英坩埚内，加入的多晶硅原料可使用棒状多晶、块状多晶、颗粒多晶三种形态。

49铸造多晶硅：是利用铸造技术定向制备硅多晶体，现在统称为me-si。

50浇铸法：在一个坩埚内将硅料熔化，然后将熔硅注入另一个经过预热的坩埚冷却，通过控制冷却速率，采用定向凝固技术制备大颗粒的铸造多晶硅。

51直接熔融定向凝固法：简称直熔法，即在坩埚内直接将多晶硅熔化，然后通过通过坩埚底部的热交换等方式。使熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅，所以，也有人称这种方法为热交换，简称HEM法。

52吸杂技术：指在硅片的内部或背面有意造成各种晶体缺陷，以吸引金属杂质在这些缺陷处沉淀，从而在器件所在的近表面区域形成一个无杂质、无缺陷的洁净区。

53带状硅材料：又称为带硅材料或硅带材料，是一种正在发展的新型太阳能电池硅材料。它是利用不同的技术，直接在硅熔体中生长出带状的多晶硅材料。

4应力控制

液面保持一定的冷却温度梯度，这是因为带硅的冷却速率都

提高。

55边缘稳定性：是指生产出的带状硅的宽度应严格一致。

56多晶硅薄膜：是指生长在不同非硅衬底材料上的晶体薄膜，它是由众多大小不一且晶向不同的细小硅晶粒组成的，直径一般为几百纳米到几十微米。

切片规定厚度的切片。

58载具：用以承载硅片的载体。

59研磨操作：主要是控制磨盘速度与施于磨盘上的压力求出施压的情况

60晶体的熔化：温度升高，晶体内原子的热运动增加，晶格结构被破坏，而由固态变成液态或非晶体，这一过程叫晶体的熔化。凝固：与熔化相反的过程叫凝固，也叫结晶，即由液态向固态晶体转化。熔化热：晶体熔化时吸收的热量叫熔化热或熔解热。结晶潜热：晶体结晶时放出的热量。

61自发成核：由于液体过冷，自发生成晶核。

62非自发晶核：借助于外来固态物质的帮助，如在籽晶、埚壁、液体中的非溶性杂质等产生的晶核，称为非自发晶核。63二维晶核：由于熔体系统能量的涨落，，某一定数量的液相原子差不多同时落在平滑界面上的邻近区域，形成一个具有单原子厚度d并有一定宽度的平面原子集团，称为二维晶核。

晶核临界半径：根据热力学分析，二维晶核必须超过某个临界值才能稳定，称为晶核临界半径。

64填充法：这种方法是在原料棒接近圆锥体的部位钻一个小洞，把掺杂原料填塞在小洞里，依靠分凝效应使杂质在单晶的轴向分布趋于均匀。这种方法较适用于分凝系数较小的杂质。

气相掺杂法：这种方法是将易挥发的ph3N型或b2h6P 型气体直接吹入熔区内；

分凝

现象称为分凝。

平衡分凝系数k：固体中的杂质溶度c3与液体中杂质溶度c1之比定义为平衡分凝系数。

65热施主：热施主是双施主，即可提供2个电子，其能级位置在导带下0.006-0.07ev和0.013-0.015ev。新施主：热施主在550-850度热处理，还会生成与氧有关的施主，，被称为“新施主”。

施主-能增加电子溶度的杂子原子n型掺杂

受主-能增加空穴溶度的杂质原子p型掺杂

66线缺陷-指位错，包括刃位错，螺旋位错，混合位错。

n型材料-主要依靠导带中的电子导电的半导体，参有施主的材料

p型材料-主要依靠价带中的空穴导电的半导体，参有受主的材料

67本征激发-电子从热震动的晶格中吸收能量从价带跃迁导带，即从低能态跃迁到高能态，形成自由的导带电子和价带空穴。

68载流子的复合-外界没有光、电、磁等作用时，在一定温度下，从低能态跃迁到高能态的载流子会产生相反的运动，即从高能态向低能态跃进，同时释放一定能量，称为载流子的复合

合金法-指在一种半导体晶体上设置金属或半导体元素，通过加温等工艺形成？

扩散法-指在n型或p型半导体材料中，利用扩散工艺掺入相反型号的半导体，从而构成p-n结。

离子注入法：将n型或p型掺杂剂的离子束在静电场中加速，注入p型或n型半导体表面区域，在表面形成与基本型号相反的半导体，从而形成p-n结

69薄膜生长法-在n型或p型半导体材料表面，通过气相、液相等外延技术生长一层具有相反导电类型的半导体薄膜，在两者的界面处形成p-n结。

70正向电流-对空穴而言，在正向电压作用下，从p型半导体扩散到n型半导体，电流通过，电流基本随电压呈指数上升。击穿电压-当反向电压大于一定数值时，电流急剧增大，p-n结被击穿。

71功函数

外自由空间所需做的功。

72金属-半导体接触：在半导体晶片上淀积一层金属，形成的紧密接触。

73肖特基接触

在晶体中总有少部分原子会脱离正常的晶格点而跑到晶格间隙中，成为自间隙原子。这种作用又使得原先的晶格点上没有任何原子占据，成为晶格的空位。这样一对自间隙原子与空位，称为弗兰克缺陷。

当晶格原子扩散到晶体最外层时，这使得晶格中仅残留空位而没有自间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。

74、欧姆接触：以肖特基接触为基础制成的二极管，简称SBD。而很小的电阻，且具有线性和对称的电流-电压关系的金属。

75半导体接触-半导体的表面势垒与半导体P-N 结相似，内建电场所产生的势垒。

76电子高电导区（反阻挡层）：金属和半导体接触后，在界面附近的金属一侧形成了很薄的高密度空穴层，半导体一侧形成了一定厚度的电子积累区域，从而形成一个具有电子高电导率的空间电荷区。

77、反阻挡层：N型半导体与功函数较小的金属接触或P 型半导体与功函数较大的金属接触，在平衡时靠近表面处就会形成一个载流子浓度很大的高导电区。

78、表面势垒：由于内建电场也在变化，导致空间电荷区的两端产生电势均差。

太阳能级硅有什么特点

纯度要求远不及电子级多晶硅，为了降低太阳能电池的成本，太阳能电池用单晶硅制取的头尾料，回收料，低品味的还原料，甚至电子工业用硅的废料等，纯度一般认为6个9就可以满足

79一个理想的晶体就是在三维空间里由全同结构单元无间隙地、周期性的、重复地构建而成，这种无限重复的结构遍及整个晶体，称为单晶体。而又多个单晶体构成的晶体，称为多晶体。

而只是短程有序或者就是无序结构的晶体，称为非晶体。80将晶体结构截分为一个个彼此互相并置而等同的平行六面体的基本单位，即为晶胞。晶胞是晶体的基本结构单位，客观地反映了晶体结构三维周期性。

81晶体结构=点阵+基元

晶格常数——晶格中两个相邻格点之间的距离，用a、b、c来表示，晶格常数描述了晶格的大小

82金刚石结构——两个面心立方沿着空间对角线位移1/4的空间对角线距离所构成的晶体结构，金刚石结构的晶胞是立方体，原胞是正四面体，晶体硅就属于金刚石结构

83晶体熔化时吸收的热量叫熔化热；结晶时放出的热量叫结晶潜热

84过冷度：实际结晶温度与其熔点的差值，最小的叫亚稳极限，液体必须有一定的过冷度，结晶才能自发进行85晶核的形成，1由于液体过冷，自发生成晶核叫自发成核；2借助外来固态物资的帮助，叫非自发结晶

86在低温热处理时，过饱和的氧一般聚集形成氧施主；

87在相对高温热处理或多步热处理循环时，过饱和的氧就析出形成样氧沉淀

二填空

．．．晶体具有（各向异性），而非晶体是（各向同性）。

2 在（物理学）中一般取（原胞）而原胞只反映晶格的（周期性），不反映晶格的（对称性）；（晶体学）中一般取（晶胞）既反映晶格的周期性，又反映晶格的对称性。

3 晶体中不可能的对称轴有（五重轴）和（七重轴以上的对称轴）。

4 互相平衡的晶列构成（晶列族），一个晶列族包含晶体的（全部格点）。

5 硅晶体为（金钢石结构），它可以看成是两个沿对角线方向错开（1/4）对角线的面心立方晶格构成。

6 硅原子在原子物理理论中，有（能量的量子化）（系统能量最低原理）（泡沫不相容原理）三个原理。

7 硅晶体为典型的（共价键结合），共价键结合有两个特点（饱和性）和（方向性）。

8 硅晶体的半导体性质来源于它的结构，它所有的价电子都被束缚在共价键上，没有自由电子，不导电。

9 晶格缺陷有（点缺陷）（线缺陷）（面缺陷）和（体缺陷）。

10 固溶度随温度的增加而（增加），但当温度接近（熔点）时，固溶度急剧（下降）。

11 滑移系统包含了（滑移方向）及（滑移面），滑移方向几乎全由（经过结构）所决定。

12 位错沿着布格向量的运动称（滑移），位错垂直于布格向量的运动称（爬升），爬升是一种（非守恒运动），滑移是一种（守恒运动），当爬升引起额外半平面尺寸减少时称（正爬升），当爬升引起额外半平面变大时称为（负爬升），正爬升导致晶格空位的（消失），负爬升则导致晶格空位的（产生）。

13 面缺陷包括（层错）（双晶缺陷）及（晶界）。

14 当部分的晶格在特定方向产生塑性变形，而且形变区原子与未变形区原子在交界处仍是紧密接触，这种缺陷称（双晶缺陷）

用分析法可以测定晶体的溶化或凝固温度。

15一般来说，晶体的熔点愈高，它的溶化热（或结晶潜热）也愈大。

（熔体过冷）是自发结晶的必要条件。

16晶体与液体的接触面界，大致有两类：1坎坷不平的、粗糙的、即固相也液相的原子犬牙交错地分布着；另一类是界面是平滑的，具有晶体学的特征。

17单晶硅的制备，就目前已形成规模生产的方法有两种，即区熔法和直接法。

区熔法又称fz法，即悬浮区熔法。

18杂质在硅中能容纳的最大数目是特定的，能容纳的最大数目称为杂质在硅中的固溶度。影响固溶度的主要原因则是电化学与价位化学

三．1半导体有哪些分类？半导体材料的性质:答：按结构分为晶体和非晶体半导体；按成分从大分为有机半导体和无机半导体；无机半导体又分为单质半导体和化合物半导体。1对热敏感2电阻率随温度变化与金属变化相反（升高下降）3具有光电效应4具有压阻效应5对磁敏感6具有热电效应7导电特性

2硅的物理性质？

晶体硅呈银灰色，有金属光泽，硬而脆；液态密度比固态体积大；本征载流子浓度光学性质：常温下禁带宽度为对可见光不透明，可透过近红外。液态的表面张力较大，密度较小，可进行悬浮区容生产。室温下无延展性，高温下有塑性。

3硅的哪些化学性质？

1硅原子的最外层电子为4个，一般以共价键形式与其他原子结合呈4价，其正电性较金属低，2室温下化学性质不活泼，高温下能与多种物质反应，3晶体硅在常温下很稳定，不溶于所有的酸，但能溶于HNo3与hf的混合溶液中，4硅和烧碱反应生成偏硅酸钠和氢。

4物质的纯度怎么来表示？

1主体物占总体物质的百分比来表示2以某中杂质或某些杂质与总物的比来表示。

5 共价键有什么特点？

答：饱和性：饱和性就是遵循泡沫不相容原理，在每一个轨道上只能容纳两个自旋相反的电子,硅的3S3P电子若按图所示排布两个S电子已经配对形成共价键，只有两个P电子才能与其它原子的电子配对形成共价键，硅的化合价应为2价，但事实上硅的化合价为4价，这可通过电子轨道杂化来解释。

方向性：就其方向性而言，轨道杂化后，每个电子都含有1/4的S成分和3/4的P成分，它们的性质是等同的。在结合时4个硅原子分别处在正四面体的4个顶角上，它们之间的夹角为109*28’。6硅晶体的结构特征？

答：硅晶体为金刚石结构，具有金刚石结构的共性，其外本身也具有一些特性。

硅原子：和其他元素的原子一样，由原子核和核外电子组成，具有能量的量子化，系统能量最低原理，泡沫不相容原理三个物理理论规律，最外层电子的排布决定了硅原子的化合键应为4和2

硅中的化合键：硅晶体为典型的共价键结合，具有饱和性和方向性两个特点。

面间距、面密度和键密度：在晶体的同一族晶面中，相邻两晶面间的距离称为面间距。在晶面中单位面积中的原子数为面密度。单位面积中的化合键数称为键密度。键密度越大，结合力越强。由于晶体中原子密度是一定的，所以面间距大的晶面，面密度越大。

各向异性：溶解和生长速率的不同。机械性能的各向异性。热氧化速率的各向异性。

7简述晶体的各向异性？

答：晶体的机械、物理、化学及电学性质都是各向异性的，晶体的各向异性源于晶面组成的不同，它包括溶解和生长速率的不同。机械性能的各向异性。热氧化速率的各向异性。fz硅单晶的掺杂方法是多样的，较常用的有填装法、气相掺杂法、中子媗变掺杂法。

直拉法又称cz法，其基本设备有：炉体、晶体及坩埚的开降和传动部分、电气控制部分、气体控制部分、热场的配置。8直拉硅中的氧含量远高于多晶硅中的氧含量，其主要来源是石英坩埚的熔解。

直拉硅中的碳在硅中的平衡分凝系数为0.07，在硅单晶中头部溶度小，尾部溶度大，在快速拉晶的条件下，分凝系数增大。

1954年由Rusler提出了连续加料法cc2法，其优点之一是，由于维持着固定的溶液量，石英坩埚内的熔硅无需太多，溶液的对流较稳定，有利于晶体的生长。

9二次加料是一种连续加料工艺

cc2法的优点：晶体均匀性得到提高；产能得到增加；晶体可用率得到增加。

20铸造多晶硅的主要优势是材料利用率；能耗低、制备成本低，晶体生长简便，易于生长。

利用铸造技术制备多晶硅主要有两种：一种是浇铸法，另一种是直接熔融定向凝固法，简称直熔法。

铸造多晶硅中，含有高溶度的氧，碳和过渡金属杂质，氧和碳是主要杂质元素。

铸造多晶硅中氧的主要来源有两个方面：一是来自于原材料，二是来自于铸造多晶硅的生长过程。

晶界对晶体硅电学性能的影响主要由：晶界势垒和晶面态两方面。

位错是铸造多晶硅中一种重要的结构缺点。

带状硅材料按照其生长方式可分两大类：一类是垂直提拉生长，另一类是水平横向生长。

对于带状硅材料而言，无论是垂直生长还是水平生长，在晶体生长时面临着三个基本的问题：即边缘稳定性问题，应力控制论题和产率问题。

液相外延是一种重要的制备多晶硅薄的技术。

与非晶硅薄膜相比，氢是多晶硅薄膜的主要杂质。

晶片切好后必须进行测试，其考核切片是否合格的参数有晶片的晶向，晶片的总厚度偏差ttv，翘曲度，弯曲度。

酸性腐蚀是一种等方向性腐蚀，即各结晶片受到均匀的腐蚀。

边沿抛光的形状有圆形和梯形。

影响抛光质量的几个因素：抛光垫、抛液、压力、转盘的旋转速度、温度。

湿式化学清洗目前有3种不同的方式：侵论式、喷洗式和密闭容器式。

10简述区熔工艺

1原料的具备:将高质量的多晶硅棒料的表面打磨光滑，然后将一端切磨成锥形，再将打磨好的硅料进行腐蚀清洗，除去加工时的表面污染。

2装炉将腐蚀清洗后的硅棒料安装在射频线圈的上面，将准备好的粒晶装在射频线圈的下面。

3关上炉门，用真空泵排除空气后，自炉内充入惰性气体，使炉内压力略高于大气压力。

4给射频圈送上高频电力加热，使硅棒低端开始熔化，将棒料下降与粒晶熔接，当溶液与粒晶充分熔接后，使射频线圈和棒料快速上升，以拉出一细长的晶须，消除位错。晶须拉完后，慢慢地让单晶直径增大到目标大小，以阶段称为放肩。放肩完成后，便转入等经生长，直到结束。

11区熔工艺有什么影响因素

1在各种不同生长状况下熔区内热对流的情况

2表面张力的影响

3电磁托力

4重力作用

5离心力的影响，离心力是晶体旋转产生的，主要影响固液面的熔体。

12简述直拉工艺

1温度梯度与单晶生长2工序中的步骤：原料的装备；装炉；抽空；加热，熔化；晶须生长；放肩；等径生长；收尾；冷却。

空隙的发生与晶体生长速率、溶液的性及晶体的转速等因素有关。析出物，析出物发生的步骤包括成核、成长。成核必须借助其他缺陷而产生的称为异质成核。而成核是随机性均匀发生的称为同质成核。

对于N型半导体，电子是多数载流子，溶度高，而P型半导体电子是少数载流子，溶度低

缺陷那级：空位呈受主，自间隙原子呈施主；位错易集聚杂质，从而引入能级，面缺陷引人深能级。

3直拉工艺中有哪些杂质

直拉工艺中的杂质主要杂质有磷，硼，碳，氧和铁，铜镍等一些金属杂质。

25铸造多晶硅有什么特征

优点：材料的利用率高，能耗低，制备成本低，晶体生长简便，易于大尺寸生长。

缺点：含有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质溶度，其晶体的质量明显低于硅单晶，从而降低了太阳能电池的光电转换效率。

14简述铸造多晶硅的基本制备方法？

1浇铸法：即在一个坩埚内将硅料熔化，然后将熔硅注入另一个经过预热的坩埚内冷却，通过控制冷却速度，采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅，

2直接熔融定向凝固法，简称直熔法，即在坩埚内直接将多晶硅熔化，然后通过坩埚底部的热交换等方式，使熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅，所以，也有人称这种方法为热交换法，简称HEM.

15铸造多晶硅中晶界和位错对材料性能影响有那些？

晶界的缺陷使深能级的级能，是少数载流子的强复合中心，会导致材料性能的降低，一般而言，晶粒越小，晶界的总面积就越大，对材料的性能影响也越大。

位错密度越高，少数载流子的俘获密度越高，材料的电学性能越差。

16热平衡下电子溶度和空穴溶度相乘的结果是什么，有什么意义？

结果是本征半导体载流子溶度，意义：可以看出，载流子溶度的乘积仅与溶度有关，而与费米能级和其他因素无关。即

对于某种半导体材料而言，某禁带宽度

eg是一定的，在一定的温度下，热平衡的载流子溶度的乘积是一定的，与半导体的杂质类型和参杂溶度无关。

17半导体器件为什么都工作在非本征区，

半导体载流子溶度随着温度变化出三个明显的区域，杂质电离区，非本征区和本征区。在杂质电离区和本征区温度变化时，载流子溶度变化剧烈，半导体性质也随之变化。而在非本征区温度变化时，载流子溶度变化很小，半导体性质也稳定，为了准确控制半导体的载流子溶度和电学性能，半导体包括太阳电池都工作在本征激发载流子溶度较低的非本征区。

18什么时杂质的补偿

在同时含有施主杂质的半导体中，由于受主能级比施主能级低得多，施主能级上的电子首先要去填充受主能级，使施主向导带提供电子的能级和受主向价带提供空穴的能力因相互抵消而减弱的现象。

19什么是非平衡载流子，

处于热平衡状态的半导体，在一定温度下载流子的溶度使恒定的。用分数表示，处于热平衡状态的电子溶度和空穴溶度，满足质量作用定律。若对外力作用下，能带中的载流子数目发生明显的改变，这时两者多出一部分，这平衡态多出来的部分载流子称过量载流子即非平衡载流子。

20P-N结的有哪几种制备方法。

1合金法：在一种半导体晶体晶体上放置金属或半导体元素，通过加温等工艺形成P-N结

2扩散法：在N型或P型半导体材料中，利用扩散工艺掺入相反型号的杂质，在局部区域形成与基体材料相反型号的半导体，从而构成P-N结。

3离子注入法：将N型或P型掺杂剂的离子束在静电场中加速，注入P型或N型半导体表面区域，在表面形成与基体型号相反的半导体，从而形成P-N结。

4薄膜生长法：在N型或P型半导体材料表面，通过气相、液相等外延技术，生长层具有相反导电类型的半导体薄膜，在两者的界面形成P-N结。

21什么是P-N结的整流特性

p-n结具有许多重要的基本特征，包括电流电压特性、电容效应、雪崩效应、开关效应、光伏效应，其中电流电压特性又称整流特性。

22制作欧姆接触有什么办法。

所谓的欧姆接触就是指没有整流作用的接触，制备方法有：1低势垒接触：就是选择适当的金属使其功函数和相应半导体的功函数之差很小。导致金属与半导体接触形成的低势垒极低，则在室温下就有足够的载流子可以从半导体进入金属或进入半导体。2高复合接触：在金属与半导体接触面附近用一种方法引入大量的复合中心。

3高掺杂接触：在半导体表面与金属电极接触处，如果先用扩散或合金法，掺入高溶度的施主或受主杂质，构成金属结构。

23冶金级硅的冶炼原理是什么。

在电弧炉中利用含量较高的石英砂与焦炭或木炭，在2000左右条件下发生反应生成硅，这种硅杂质含量高，纯度一般为0.95~0.99.杂质fe、al最多。

24太阳能电池的基本原理

半导体吸收光能后在pn结上产生光伏电动势的效应称pn结的光生伏打效应。包括三个物理过程：1半导体材料吸收光能产生非平衡的电子-空穴对。2产生的非平衡电子和空穴从产生处以扩散或漂移的方式向势场运动，这种势场除pn结的空间电荷外，也可以是金属-半导体的肖特基势垒。3进入势场区的非平衡电子和空穴在势场的作用下向相反运动方向而分离，于是在p侧积累空穴，在n侧积累了电子，建立起电势差。

25五复合中心的作用机理：

通过复合中心的复合是一种间接复合过程，这种复合过程是决定Si、Ge等间接能带结构半导体中少数载流子寿命的基本过程。而复合中心杂质往往都是一些原子半径较小的金属元素，很容易进入半导体中去；故为了保证少数载流子具有足够长的寿命，就应该在制作器件的工艺过程中特别注意清洁度，以确保不让复合中心杂质造成污染。半导体表面本身就是一种大缺陷，故半导体器件和集成电路在制作好之后，需要对器表面进行很好的保护处理，以减弱表面复合中心的影响，这实际上也就是所谓表面钝化技术的主要目的之一。复合中心所引起的间接复合过程，通常要比导带与价带之间的直接复合过程慢得多，这是由于复合过程既需要满足能量守恒、也需要满足动量守恒的缘故。对于直接能带半导体（如GaAs），其少数载流子寿命主要决定于直接复合过程，所以这种半导体的少数载流子寿命本来就很短。而Si、Ge等中少数载流子的直接复合寿命较长，则寿命主要决定于间接复合过程，故与复合中心浓度的关系很大。（3）复合中心与另外两类重要的杂质、缺陷中心的区别：（1）陷阱中心～这也是一种深能级的杂质或缺陷。陷阱中心的特点就是俘获一种载流子的作用特别强，而俘获另一种载流子的作用特别弱，则陷阱中心具有存储一种载流子的作用。例如电子陷阱就起着存储电子的作用，空穴陷阱就起着存储空穴的作用。一般，陷阱中心的能级深度要比复合中心能级的浅。

（2）浅能级中心～这是一种浅能级杂质。施主和受主杂质中心即属于此；这一类中心的能级都很浅（很靠近导带底或者价带顶），它们主要起着提供载流子的作用。半导体中的各种杂质和缺陷中心，不仅分别起着其不同的特殊作用，而且都将起着散射中心、影响到载流子迁移率的作用26本征半导体的载流子溶度只是温度的函数；掺杂半导体的载流子溶度，在非本征区，与掺杂溶度有关。半导体材料一般应用于非本征区

当半导体受到光注入、电注入等外界干扰时，半导体内部的载流子浓度会偏离热平衡状态下的载流子浓度，多出来的那部分载流子称为非平衡载流子，或称为过剩载流子。

载流子复合时，发出光子，产生发光现象，称为辐射复合或发光复合

载流子复合时，发出声子，将能量传递给晶格，产生热量，称为非辐射复合

载流子复合时，将能量传递给其他载流子，增加他们的能量，称为俄歇复合

27型半导体和p型半导体接触时，由于载流子的扩散和漂移，在接触的界面处留下不能移动的正电中心和负电中心，正电中心和负电中心携带的电荷所组成的区域称为空间电荷区，在达到热平衡时，空间电荷区宽度一定，空间电荷量一定28太阳能电池的基本原理：当光照在p-n结上，那些能量大于禁带宽度的光子被吸收后，产生电子-空穴对，即产生非平衡载流子。在p-n结内建电场的作用下，空穴向p型区漂移，电子向n型区漂移，形成光生电动势或光生电场，从而降低了内建电场的势垒，相当于在p型上加了正向电压，在n型上加了负向电压，在外电路未接通时，光生载流子只形成电动势。外电路接通后，外电路就会产生由p型流向n型的电流和功率。

29固体的功函数--使固体中位于费米能级处的一个电子移到体外自由空穴所需要的功

具有整流特性的金属和半导体接触称为肖特基接触

肖特基缺陷：当晶格原子扩散到晶体最外层时这使得晶格中仅残留的空位没有自间隙原子。

30金属和半导体接触时，不产生明显的附加阻抗，不会显著改变半导体内部的平衡载流子浓度，且具有线性和对称性的电流-电压关系，这样的接触称为欧姆接触。

波函数：描述一个体系的量子态

为了定量地描述微观粒子的状态，量子力学中引入了波函数，并用ψ表示。一般来讲，波函数是空间和时间的函数，并且是复函数

31三陆氢硅氢还原法（西门子法）：原料的制备，制三陆氢硅，提纯sihcl3，sihcl3的氢还原，还原尾气的回收和利用

应力控制是指在一定的生长速度下，带硅必须在固液面保持一定的冷却温度梯度，这是因为带硅的冷却速度都很高，这就导致带硅中产生和残留较大的应力，最终导致带硅中产生大量的缺陷，甚至产生带硅的弯曲和断裂。因此，对于所有的带硅生长技术来说，应力控制是非常重要的

32利用铸造技术制备多晶硅两种工艺;浇铸法：即在一个坩埚内将硅料溶化，然后将熔硅注入另一个经过预热的坩埚内冷却，通过控制冷却速度，采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅;直熔法：即在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后通过坩埚底部的热交换等方式，使熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅。

33金属杂质被吸除的步骤;1原金属沉淀的溶解，2金属原子的扩散，扩散到吸杂位置，3金属杂质在吸杂点的重新沉淀。吸杂机理;1松弛机理2分凝机理

34区熔法单晶生长

如果需要生长及高纯度的硅单晶，其技术选择是悬浮区熔提炼，该项技术一般不用于GaAs。区熔法可以得到低至1011cm-1的载流子浓度。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。柱状的高纯多晶材料固定于卡盘，一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶，在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率技法的电磁场将在多晶柱中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得多晶柱紧邻线圈的部分熔化，线圈移过后，熔料在结晶为为单晶。另一种使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长装置可置于真空系统中，或者有保护气氛的封闭腔室内

35直拉法（Czochralski法）单晶生长

半导体圆片是从大块晶体上切割下来的，绝大多数晶体的主流生产技术是直拉生长法（Czochralski法）。这项工艺最早是由Teal在20世纪50年代初开发使用的，而在此之前，早在1918年，Czochralski采用过类似的方法，用它从熔融金属中拉制细灯丝。硅是一个单组分系统，从他开始研究晶体的生长是最容易的

36杂质分凝

由两种或两种以上元素构成的固溶体，在高温熔化后,随着温度的降低将重新结晶，形成固溶体。

杂质在固体和熔体中的浓度是不同的，在结晶的过程中会发生偏析，称为分凝现象。

实际晶体生长时，不可能达到平衡状态，也就是说固体不可能以无限缓慢的速度从熔体中结晶，因此，熔体中的杂质不是均匀分布的。例如，杂质在熔体中扩散的速度小于晶体结晶的速度的话，则在固液界面熔体一侧会出现杂质的堆积，形成一层杂质富集层。此时固液界面处固体一侧杂质浓度和液体中杂质浓度的比值，称为有效分凝系数

氧沉淀

氧在直拉单晶硅中通常是以过饱和间隙态存在，因此，在合适的热处理条件下，氧在硅中要析出，除了氧热施主以外，氧析出的另一种形式是氧沉淀。在晶体生长完成后的冷却过程和硅器件的加工过程中，单晶硅要经历不同的热处理过程。

37直拉单晶硅与铸造多晶硅的比较

①优点：直拉单晶硅为圆柱状，其硅片制备的圆形太阳电池不能有效地利用太阳电池组件的有效空间,相对增加了太阳电池组件的成本。如果将直拉单晶硅圆柱切成方柱，制备方形太阳电池，其材料乱费就增加，同样也增加了太阳电池组件的成本。

铸造多晶硅是利用浇铸或定向凝固的铸造技术，在方形坩埚中制造晶体硅材料，其生长简便，易于大尺寸生长，易于自动化生长和控制，并且很容易直接切成方形硅片，材料的损耗小，同时铸造多晶硅生长时相对能耗小，促使材料的成本进一部降低。

②缺点：含有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，其晶体的质量明显低于单晶硅，从而降低了太阳电池的光电转换效率。

冷却方法

直熔法置上升，冷却板通水冷却

浇铸法：控制加热区形成温度梯度

位错是晶体在外力的作用下，部分晶体在一定的晶面上沿一定晶体方向产生滑移，其晶体移动部位和非移动部位的边界就是位错

铸造多晶硅中氢的钝化作用：

铸造多晶硅中的氢最主要作用是钝化晶界、位错和电学性杂质的电学性能

①氢原子与杂质、缺陷的未饱和的悬挂键结合，导致杂质、缺陷电学性能的钝化

②氢还可以钝化晶体硅的表面。晶体表面含有大量的悬挂键，这些悬挂键形成表面态，从而引入复合中心，降低少数载流子的寿命。氢原子与悬挂键的结合，可以降低或消除表面态，改善材料的性能。38倒角的目的在于减少在器件工艺中发生崩边，位错及位错增值

研磨硅片的目的是改善切片的表面参数和减小切片是造成的表面损伤

腐蚀

求

抛光的目的在于改善硅片的表面参数，抛光是一个化学和机械加工过程

清洗的目的在于清洗硅片表面的污染物

6费米-狄拉克分布（费米分布函数）的公式：

7电子在导带中的溶度公式

8本征半导体载流子溶度的计算公式：

9n型半导体的载流子溶度

10非平衡载流子的寿命

12功函数计算公式

（1）基本概念：

复合中心是半导体中能够促进非平衡载流子复合（即电子、空穴成对消失）的一类杂质或缺陷。复合中心的能级是处在禁带中较深的位置（即靠近禁带中央），故复合中心杂质往往又称为深能级杂质。

复合中心的主要作用是促进载流子复合、从而降低少数载流子寿命。这是由于复合中心对于电子和空穴都具有差不多大小的俘获几率的缘故。

为了控制半导体少数载流子的寿命，有时（例如在高速开关器件中）需要有意掺入起复合中心作用的杂质；一般用作为复合中心的杂质都是重金属元素，使用最多的Au和Pt

2、少数载流子寿命

（1）基本概念：

载流子寿命就是指非平衡载流子的寿命。而非平衡载流子一般也就是非平衡少数载流子（因为只有少数载流子才能注入到半导体内部、并积累起来，多数载流子即使注入进去后也就通过库仑作用而很快地

消失了），所以非平衡载流子寿命也就是指非平衡少数载流子寿命，即少数载流子寿命。例如，对n型半导体，

非平衡载流子寿命也就是指的是非平衡空穴的寿命。