功函数是电子离开金属表面的能量的平均值对于半导体
功函数总结解读
功函数:是体现电子传输能力的一个重要物理量,电子在深度为χ的势阱内,要使费米面上的电子逃离金属,至少使之获得W=X-E F的能量,W称为脱出功又称为功函数;脱出功越小,电子脱离金属越容易。
另外,半导体的费米能级随掺杂和温度而改变,因此,半导体的功函数不是常数。
功函测量方法:光电子发射阈值法、开尔文探针法和热阴极发射阻挡电势法、热电子发射法、场发射法、光电子发射法以及电子束(或离子束减速电势(retarding potential法、扫描低能电子探针法等。
紫外光电谱(UPS测量功函数1.测量所需仪器和条件仪器:ESCALAB250多功能表面分析系统。
技术参数:基本真空为3×10-8Pa, UPS谱测量用Hel(21.22eV,样品加-3.5 V偏压;另外,测量前样品经Ar+离子溅射清洗, Ar+离子能量为2keV,束流密度为0.5μA/mm2。
运用此方法一般除ITO靶材外, 其它样品都是纯金属标样。
2.原理功函数:φ=hv+ E Cutoff-E Fermi3.测量误差标定E Fermi标定:费米边微分E Cutoff标定:一是取截止边的中点, 另一种是由截止边拟合的直线与基线的交点。
4.注意事项测试样品与样品托(接地要接触良好,特别是所测试样的表面与样品托之间不能存在电阻。
用Fowler-Nordheim(F-N公式测定ITO功函数1.器件制备双边注入型单载流子器件ITO/TPD(NPB/Cu原料:较高迁移率的空穴传输材料TPD和NPB作有机层,功函数较高且比较稳定的Cu作电极,形成了双边空穴注入的器件。
制备过程:IT0玻璃衬底经有机溶剂和去离子水超声清洗并烘干后,立即置于钟罩内抽真空,在1×10-3 Pa的真空下依次蒸镀有机层(TPD或NPB和金属电极Cu。
2.功函测量方法运用Fowle~Nordheim(F-N公式变换,消除了载流子有效质量和器件厚度因素的影响,提高了测量的精度,可以简单准确地测定了ITO的功函数。
金半接触电势差
金半接触电势差
金半接触电势差是一个物理学概念，主要涉及到金属和半导体之间的接触现象。
以下是关于金半接触电势差的详细介绍：
定义与形成原因：
1.金半接触电势差，也称为肖特基势垒或表面势垒，是当金属与半导
体相互接触时在两者之间产生的电势差。
2.这种电势差的形成是由于金属和半导体中的电子在界面处的分布
不均匀所导致的。
具体来说，金属中的自由电子密度通常远高于半
导体中的自由电子密度，导致电子从金属流向半导体，直到达到动
态平衡。
影响因素：
1.金半接触电势差的大小取决于金属的功函数和半导体的电子亲和
能以及两者的界面状态。
功函数描述了从金属内部将一个电子移至
其表面所需的能量，而电子亲和能则是半导体导带底的电子被移出
至真空能级所需的能量。
2.界面状态也会影响金半接触电势差的大小，例如界面处的缺陷、氧
化物或其他污染物都可能改变势垒的高度和形状。
应用与影响：
1.金半接触电势差在电子器件中具有重要的应用，如二极管、场效应
晶体管等。
在这些器件中，金半接触电势差决定了电流的流向和大
小，从而影响了器件的性能。
2.此外，金半接触电势差也是研究金属-半导体界面物理和化学反应
的重要参数。
通过对金半接触电势差的测量和分析，可以深入了解
界面的电子结构和化学性质，为材料科学和器件设计提供有价值的
信息。
综上所述，金半接触电势差是由于金属和半导体之间电子分布不均匀而产生的电势差，其大小取决于金属的功函数、半导体的电子亲和能以及两者界面的状态。
金半接触电势差在电子器件和界面物理化学研究中具有重要的作用。
半导体物理考试重点
半导体物理考试重点题型：名词解释 3*10=30 分；简答题 4*5=20 分；证明题 10*2=20 分；计算题 15*2=30 分名词解释施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。
受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。
3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。
多子、少子(1)少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。
(2)多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。
禁带、导带、价带(1)禁带：能带结构中能量密度为 0 的能量区间。
常用来表示导带与价带之间能量密度为 0 的能量区间。
(2)导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带(3)价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能8、(1)费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。
(2)受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级(3)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9、功函数：功函数是指真空电子能级 E0 与半导体的费米能级之差。
10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
直/间接复合( 1 ) 直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。
半导体简答题
半导体简答题1.在怎样条件下，电流密度随电场强度成线性变化?在强电场下,欧姆定律是否仍然正确? 电场强度不⼤的条件下；不正确2.产⽣负微分电导的条件是什么？3.如何⽤霍⽿效应来测量出半导体的导电类型、载流⼦浓度及迁移率？从霍尔电压的正负可以判别半导体的导电类型；测出RH可求载流⼦浓度；测出电导率可求出霍尔迁移率。
4.具有相同电阻率的掺杂锗和硅,哪⼀个材料的少⼦浓度⾼?为什么? 锗的少⼦浓度⾼。
由电阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和锗本征载流⼦浓度的数量级差别，可以算出锗的少⼦浓度⾼。
5.电导有效质量与状态密度有效质量有何区别?它们与电⼦的纵向有效质量和横向有效质量的关系如何?当导带底的等能⾯不是球⾯时，不同⽅向的电导的有效质量就不同，且态密度分布可能不同，通过把不同的电导有效质量进⾏加权平均，就可以换算得到状态密度的有效质量。
6.什么是声⼦?它对半导体材料的电导起什么作⽤?声⼦是晶格振动的简正模能量量⼦，声⼦可以产⽣和消灭，有相互作⽤的声⼦数不守恒，声⼦动量的守恒律也不同于⼀般的粒⼦，并且声⼦不能脱离固体存在。
电⼦在半导体中传输时若发⽣晶格振动散射，则会发出或者吸收声⼦，使电⼦动量发⽣改变，从⽽影响到电导率。
7.半导体的电阻温度系数是正还是负的?为什么?负的，迁移率随温度的升⾼逐渐降低1.区别半导体平衡状态和⾮平衡状态有何不同？什么叫平衡载流⼦？半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。
如果对半导体施加外界作⽤，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为⾮平衡状态。
处于⾮平衡态的半导体⽐平衡态多出来的这部分载流⼦称为⾮平衡载流⼦。
2.在平衡情况下，载流⼦有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论⾮平衡载流⼦的复合运动？有，3.什么是俄歇复合?在半导体中，电⼦与空⽳复合时，把能量或者动量，通过碰撞转移给另⼀个电⼦或者另⼀个空⽳，造成该电⼦或者空⽳跃迁的复合过程叫俄歇复合4.为什么不能⽤费⽶能级作为⾮平衡载流⼦浓度的标准⽽要引⼊准费⽶能级？准费⽶能级和费⽶能级有何区别？当热平衡状态受到外界影响，遭到破坏, 使半导体处于⾮平衡状态,不再存在统⼀的费⽶能级,因为费⽶能级和统计分布函数都是指热平衡状态下。
功函数
什么是功函数？把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。
功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。
同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数单位:电子伏特,eV功函数的分类：一般情况下功函数指的是金属的功函数，非金属固体很少会用到功函数的定义。
首先功函数与金属的费米能级是密切关联的，但也并不完全相等。
这是由于固体自身所具有的表面效应，原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。
我们在定义中将功函数理解为从固体中将电子移到表面所需要的最小能量。
在电子工程里面功函数对设“计肖特基二极”管或“发光二极管”中“金属-半导体”结以及“真空管”也就显得非常重要。
一般将功函数按照电子能量的来源，或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。
当电子从热能中吸收能量，激发到达表面我们称之为热功函数。
当电子从光子中吸收能量，激发到达表面时我们称之为光电功函数。
功函数的作用：1）当金属与半导体接触，金属与半导体之间功函数差相对很小时（同时半导体有高浓度的杂质），也就是说接触面势垒很窄的情况下，形成欧姆接触。
2）当半导体与金属功函数相差较多，形成势垒，在金半接触面形成势垒结，形成肖特基二极管（也叫做整流二极管）的结构基础。
3）金半接触金属电子激发到达半导体晶体，激发半导体可发出各种可见光，根据此原理可以制成各种发光二极管，而这里面的激发原理也是与功函数分不开的。
4）在mos晶体管中调节阈值电压，也就是说若要改变mos晶体管的阈值电压，可以通过改变栅极金半功函数实现。
功函数的设计：在功函数的定义中涉及到两个重要的物理量：平带电压，表面势。
而功函数实际上可以认为是两者加和。
在设计功函数时要考虑影响功函数的几个因素：1）晶体取向，一般情况下晶体密排面具有较大的功函数。
2）表面缺陷、吸附院子造成电子表面势垒的不同，引起功函数的变化。
半导体物理第七章总结复习_北邮分析
第七章一、基本概念1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。
金属功函数：金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。
3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V sm D -=5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。
表面空间电荷区=阻挡层=势垒层6.电子阻挡层：金属功函数大于N 型半导体功函数（Wm>Ws ）的MS 接触中，电子从半导体表面逸出到金属，分布在金属表层，金属表面带负电。
半导体表面出现电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。
电场从半导体指向金属。
取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多，因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。
【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】7.电子反阻挡层：金属功函数小于N 型半导体功函数（Wm<Ws ）的MS 接触,电子从金属流向半导体,半导体表面带负电,金属表面带正电,电场方向指向半导体。
从半导体内到表面，能带下弯曲，半导体表面电子浓度比体内高（N 型反阻挡层）。
8.半导体表面势垒(肖特基势垒)高度:s m s D W W qV qV -=-=9.表面势垒宽度：10.半导体表面势: 取半导体体内为参考电位，半导体表面的势能Vs 。
11 .表面态: 在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应的能级称为表面能级。
表面态一般分为施主型和受主型两种。
若能级被电子占据时呈中性，施放电子后呈正电性，成为施主型表面态；若能级空着的时候为电中性，接收电子后带负电，则成为受主型表面态。
功函数总结
金■中£了的勢轉和膛出功功函数：是体现电子传输能力的一个重要物理量，电子在深度为X的势阱内，要使费米面上的电子逃离金属，至少使之获得W=X —E F的能量，W称为脱出功又称为功函数；脱出功越小，电子脱离金属越容易。
另外，半导体的费米能级随掺杂和温度而改变，因此，半导体的功函数不是常数。
功函测量方法：光电子发射阈值法、开尔文探针法和热阴极发射阻挡电势法、热电子发射法、场发射法、光电子发射法以及电子束(或离子束)减速电势(retarding Potential)法、扫描低能电子探针法等。
紫外光电谱(UPS)测量功函数1. 测量所需仪器和条件仪器：ESCALAB250多功能表面分析系统。
技术参数：基本真空为3×0-8Pa, UPS谱测量用Hel(21.22eV),样品加-3.5 V偏压；另外，测量前样品经Ar+离子溅射清洗，Ar+离子能量为2keV,束流密度为0.5 μA/mm 2。
运用此方法一般除ITo靶材外，其它样品都是纯金属标样。
2. 原理Kl Λ2⅛ 5 HI Λ2⅛IiS功函数：φ=V+ E CUtOff-E Fermi3. 测量误差标定E Fermi 标定：费米边微分E CUtOf f标定：一是取截止边的中点，另一种是由截止边拟合的直线与基线的交点。
4. 注意事项测试样品与样品托(接地)要接触良好，特别是所测试样的表面与样品托之间不能存在电阻。
用FOWIer-NOrdheim(F-N)公式测定ITo功函数1. 器件制备双边注入型单载流子器件ITO /TPD(NPB) / CU原料：较高迁移率的空穴传输材料TPD和NPB作有机层，功函数较高且比较稳定的CU作电极, 形成了双边空穴注入的器件。
制备过程：ITo 玻璃衬底经有机溶剂和去离子水超声清洗并烘干后，立即置于钟罩内抽真空,在1 ×10-3 Pa的真空下依次蒸镀有机层(TPD或NPB)和金属电极CU O2. 功函测量方法运用Fowle~Nordheim(F-N)公式变换，消除了载流子有效质量和器件厚度因素的影响，提高了测量的精度，可以简单准确地测定了ITO的功函数。
半导体物理历年真题参考答案---bySYP哈工大半导体考研真题
14)简并半导体：当杂质浓度足够高时，费米能级接近导带底甚至进入导带(N型)或者接近价带甚至进入价带的情况(P型)．说明导带底附近的量子态基本被电子占据，价带顶附近基本被空穴占据，这种情况玻尔兹曼分布来近似已不适合，必须用费米分布函数来分析能带中的载流子统计分布问题，称之为载流子的简并化，这时半导体称为简并半导体．
33)表面复合：半导体表面处杂质和表面特有的缺陷（表面态或界面态）在禁带中形成复合中心（也称为表面能级），通过这种复合中心在半导体表面发生复合的过程，称为表面复合，它是一种间接复合。
34)表面复合率：半导体表面复合过程中单位时间内通过单位表面积上复合掉的电子-空穴对数，称为表面复合率。实验证明，表面复合率US=s·（Δp）S.
19)载流子：能够荷载电流的粒子称为载流子，在半导体里有电子和空穴两种载流子。
20)热载流子：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子平均能量比热平衡时大，因而载流子能量大于晶格系统能量，载流子和晶格系统不再处于热平衡状态，称此状态下的载流子为热载流子。
21)准费米能级：在热平衡情况下可以用统一的费米能级EF描述半导体中电子在能级之间的分布.当有非平衡载流子存在时,不再存在统一的费米能级. 在这种情况下,处于非平衡状态的电子系统和空穴系统, 费米能级和统计分布函数仍适用，可以定义各自的费米能级,称为准费米能级，它们都是局部的费米能级，包括导带准费米能级和价带准费米能级.
53)扩散长度：表示半导体中载流子边扩散边复合的过程中，载流子浓度减小至原值的1/e的距离，有空穴扩散长度Lp和电子扩散长度Ln。
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3
CaSnO
、
3
SrSnO
3
锆酸盐瓷： CaZrO 3
铌铋锌系： ZnO Bi 2O3 Nb 2O5 (烧结温度 900 C )
1. 值不同的原因
有正、负、零，取决于不同温度下质点的极 化程度，也决定于相应温度下单位体积的质点 数。
a、 TiO2、CaTiO3 b、 CaSnO3、CaZrO3 c、 BaO·4TiO2
用这种材料制作的电容器在频率超过一定范 围时衰减幅度很大，因而主要应用于低频电 路或对容量要求不大苛刻的中高频电路。最 为常见的Ⅱ型陶瓷电容器有以下几类特性： Y5V、Y5U、X7R特性。
Ⅲ型陶瓷电容器又被称为半导体陶瓷电容器 ，它是一种利用特殊的显微结构（晶粒或瓷 体半导体，晶界或表面绝缘化）来获取巨大 的宏观效益的高性能陶瓷电容器，用于制作 这类电容器的主要材料有钛酸钡和钛酸锶。 这类电容器的结构类型主要有晶界层（BLC ）和表面阻挡层（SLC）两种。晶界层陶瓷 电容器具有介电常数高（30000～50000）， 使用频率宽（0～ Hz），温度变化率及介电
a TiO2、CaTiO3有强大的局部内电场 Ti4+高价、小半径→离子位移极化→强大的局部
内电场→电子位移极化
[TiO6]八面体 Ei↑→ε很大
T T
n Ei
0
b CaSnO3、CaZrO3等以离子位移极化为主. T↑→n↓（距离↑）→ε↓
损耗相对较小的特点，这种重要的性能优势 使晶界层电容器对于优化电子线路、提高电 路工作频率特性和温度适用范围、改善整机 性能具有重要作用，如容量温度变化率在范 围之内、介质损耗小于的晶界层电容器，在 技术发达国家被广泛用于各种高性能电子仪 器设备中。被晶界层电容器制作的小型大容 量穿心电容器应用于电源及微波电路滤波接 口时，可增加各种人为或自然的电磁干扰型
电子陶瓷材料
第四章 陶瓷电容器的分类
按IEC标准，陶瓷电容器被分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ共三大类型。
Ⅰ型陶瓷电容器是电容量随温度变化稳定 度较高的电容器，主要用于高频谐振回路中， 常被称为高频陶瓷电容器。按照介电常数高低 ，Ⅰ型陶瓷电容器又可分为低介高频瓷与高介 高频瓷，其中，高介高频瓷包括了热补偿高频 瓷、热稳定高频瓷。
浓度
数
对于n相系统：
n
ln x1 ln 1 x2 ln 2 xn ln n xi ln i
i 1
n
x1 1 x2 2 xn n
xi i
i 1
n
x1 x2 xn xi
含 CO 气氛中：
TiO 2
xCO
[Ti142
xTi
3 2x
]O22xVOx
xC Vo CO（2 g）
注意碳化硅作垫板时：
Ⅱ型陶瓷电容器以高介电常数为主要特 征，其材料主体是具有钙钛矿型结构的铁电 强介磁料，其基本组成主要有和弛豫铁电体 。铁电强介质陶瓷的高介电常数来源与材料 中存在的自发极化随外电场而呈现的其介电 常数高达 。由于介电常数受温度影响很大 ，电容器容量温度特性通常用在规定温度范 围内的上、下极值容量相对于室温下的容量 变化百分比来表示。
具有介电系数 具有介电系数
1，介电系数的温度系数 2，介电系数的温度系数
的瓷料
1
2的瓷料
机械混合
其中
ln x1 ln 1 x2 ln 2
x1 1 x 2 2
x1 x2 1
x1、 x2分别为两种瓷料的体积
~ 系统介电系数 ~ 系统介电系数的温度系
号的抑制、消除功能，从而提高军事电子装备 的抗电磁干扰能力。
Ⅰ型陶瓷电容器常用来表示温度每变化1℃ 时介电常数的相对变化率，可用下式表示：
1 d
dt
1. Ⅰ型陶瓷电容器瓷的分类
金红石瓷：金红石
按主晶相分 锡 钛酸 酸盐 盐瓷 瓷： ：
CaTiO
、
3
SrTiO
、
3
MgTiO
Ti4+→Ti3+的原因： a、 烧结气氛 b、 高温热分解： c、 高价（5价）杂质： d、 电化学老化
a 烧结气氛
还原气氛夺去TiO2的O2-，使晶格出现
VO VO 2e Ti 3 含H 2中：TiO2 xH2 [Ti142xTi23x ]O22xVOx xH2O 或：Oox 2TiTxi H（2 g） 2TiTi Vo H 2O（g）
T↑→V↑（热膨胀）→（r++r-）↑→αa（极化率 ）按（r++r-）3↑↑→ε↑↑
c BaO·4TiO2
T n
T Ei
0
T (r r) a
3.ε的对数混合法则(Lichtenecher公式)
弱束缚电子松跃弛迁极到化导带（ 激、发tg能 低） 、v 、tg
激活能低→0.82~0.84ev，可见光谱上出现的吸收带，因而 材料也就显示出与吸收带相对应的补色。随着还原程度的 加剧，阳离子缺陷数增加，光吸收强度加大，颜色加深变 为深蓝色。
Ti4+→Ti3+的原因： 防止Ti4+→Ti3+的措施：
i 1
由以上法则，在生产实践中，可用具有不同εi、αi材料通过改变 浓度比来获得满足各种温度系数要求的材料。如：由αε>0 +αε<0的瓷料获得αε≈0的瓷料。
4.钛离子变价及防止措施钛原子的电子排布： 1s22s22p63s23p63d24s2，4s的能级比3d稍低，3d层的电子容易 失 去 ， 可 为 Ti4+、Ti3+、Ti2+， 可 见 Ti4+ 易 被 还 原 （ Ti4++e→Ti3+=Ti4+·e[e-弱束缚电子]）