半导体小结与重要术语解释汇总.docx

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半导体小结与重要术语解释汇总

第一章固体晶体结构

小结

1.硅是最普遍的半导体材料

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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

1.二元半导体：

两元素化合物半导体，如GaAs。

2.共价键：

共享价电子的原子间键合。

3.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。

4.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。

5.元素半导体：

单一元素构成的半导体，比如硅、锗。

6.外延层：

在衬底表面形成的一薄层单晶材料。

7.离子注入：

一种半导体掺杂工艺。

8.晶格：

晶体中原子的周期性排列

9.密勒系数：

用以描述晶面的一组整数。

10.原胞：

可复制以得到整个晶格的最小单元。

11.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。

12.三元半导体：

三元素化合物半导体，如AlGaAs。

13.晶胞：

可以重构出整个晶体的一小部分晶体。

14.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。

第二章量子力学初步

小结

1.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。

2.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。

3.薛定谔波动方程式描述和判断电子状态的基础。

4.马克思·玻恩提出了概率密度函数|fai（x）|2.

5.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。

6.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

1.德布罗意波长：

普朗克常数与粒子动量的比值所得的波长。

2.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。

3.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。

4.光子：

电磁能量的粒子状态。

5.量子：

热辐射的粒子形态。

6.量子化能量：

束缚态粒子所处的分立能量级。

7.量子数：

描述粒子状态的一组数，例如原子中的电子。

8.量子态：

可以通过量子数描述的粒子状态。

9.隧道效应：

粒子穿过薄层势垒的量子力学现象。

10.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。

第三章固体量子理论初步

小结

1.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。

2.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。

3.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。

4.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负电荷粒子，一般存在于允带的底部；空穴是具有负有效质量的正电荷粒子，一般存在于允带的顶部。

5.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。

6.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。

7.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

1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.空穴：

与价带顶部的空状态相关的带正电“粒子”。

8.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。

9.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。

10.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。

11.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，从而规定满足费米能级上下若干kT的约束条件。

12.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。

第四章平衡半导体

小结

1.导带电子浓度是在整个导带能量范围上，对导带状态密度与费米-狄拉克概率分布函数的乘积进行积分得到的

2.价带空穴浓度是在整个价带能量范围上，对价带状态密度与某状态为空的概率【1-fF（E）】的乘积进行积分得到的。

3.本章讨论了对半导体渗入施主杂质（V族元素）和受主杂质（111族元素）形成n型和p型非本征半导体的概念。

4.推导出了基本关系式ni2=n0p0。

5.引入了杂质完全电离与电中性的概念，推导出了电子与空穴浓度关于掺杂浓度的函数表达式。

6.推导出了费米能级位置关于掺杂浓度的表达式。

7.讨论了费米能级的应用。

在热平衡态下，半导体内的费米能级处处相等。

重要术语解释

1.受主原子：

为了形成p型材料而加入半导体内的杂质原子。

受主:

能接受电子，并使自身带负电的杂质。

受主能级：

不占有电子时（即束缚空穴时）电中性，占据电子时带负电。

2.载流子电荷：

在半导体内运动并形成电流的电子和（或）空穴。

3.杂质补偿半导体：

同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体。

4.完全电离：

所有施主杂质原子因失去电子而带正电，所有受主杂质原子因获得电子而带负电的情况。

5.简并半导体：

电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n型）或价带中（p型）的半导体。

6.施主原子：

为了形成n型材料而加入半导体内的杂质原子。

施主：

能向晶体提供电子，同时自身成为带正电的离子的杂质称为施主杂质。

施主能级：

占有电子时为中性，不占有电子时带正电。

一般用EA表示。

7.有效状态密度：

即在导带能量范围内对量子态密度函数gc（E）与费米函数fF（E）的乘积进行积分得到的参数Nc；在价带能量范围内对量子态密度函数gv（E）与【1-fF（E）】的乘积进行积分得到的参数N。

8.非本征半导体：

进行了定量施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离本征载流子浓度产生多数载流子电子（n型）或多数载流子空穴（p型）的半导体。

9.束缚态：

低温下半导体内的施主与受主呈现中性的状态。

此时，半导体内的电子浓度与空穴浓度非常小。

10.本征载流子浓度ni：

本征半导体内导带电子的浓度和价带空穴的浓度（数值相等）。

11.本征费米能级Efi：

本征半导体内的费米能级位置。

12.本征半导体：

没有杂质原子且晶体中无晶格缺陷的纯净半导体材料。

13.非简并半导体：

参入相对少量的施主和（或）受主杂质，使得施主和（或）受主能级分立、无相互作用的半导体。

第五章载流子运输现象

小结

1半导体中的两种基本疏运机构：

电场作用下的漂移运动和浓度梯度作用下的扩散运动。

2存在外加电场时，在散射作用下载流子达到平均漂移速度。

半导体存在两种散射过程，即晶格散射和电离杂质散射

3在弱电场下，平均漂移速度是电场强度的线性函数；而在强力场下，漂移速度达到饱和，其数量级为107cm/s。

4载流子迁移率为平均漂移速度与外加电场之比。

电子和空穴迁移率是温度以及电离杂质浓度的函数。

5漂移电流密度为电导率和电场强度的乘积（欧姆定律的一种表示）。

电导率是载流子浓度和迁移率的函数。

电阻率等于电导率的倒数。

6扩散电流密度与载流子扩散系数和载流子浓度梯度成正比。

7扩散系数和迁移率的关系成为爱因斯坦关系

8霍尔效应是载流子电荷在相互垂直的电场和磁场中运动产生的。

载流子风生偏转，干生出霍尔效应。

霍尔电压的正负反映了半导体的导电类型。

还可以由霍尔电压确定多数载流子浓度和迁移率。

重要术语解释

电导率：

关于载流子漂移的材料参数；可量化为漂移电流密度和电场强度之比。

扩散：

粒子从高浓度区向低浓度区运动的过程。

扩散系数：

关于粒子流动与粒子浓度梯度之间的参数。

扩散电流：

载流子扩散形成的电流。

漂移：

在电场作用下，载流子的运动过程。

漂移电流：

载流子漂移形成的电流

漂移速度：

电场中载流子的平均漂移速度

爱因斯坦关系：

扩散系数和迁移率的关系

霍尔电压：

在霍尔效应测量中，半导体上产生的横向压降

电离杂质散射：

载流子和电离杂质原子之间的相互作用

晶格散射：

载流子和热震动晶格原子之间的相互作用

迁移率：

关于载流子漂移和电场强度的参数

电阻率：

电导率的倒数；计算电阻的材料参数

饱和速度：

电场强度增加时，载流子漂移速度的饱和值。

第六章半导体中的非平衡过剩载流子

小结

1讨论了过剩电子和空穴产生与复合的过程，定义了过剩载流子的产生率和复合率

2过剩电子和空穴是一起运动的，而不是互相独立的。

这种现象称为双极疏运

3推导了双极疏运方程，并讨论了其中系数的小注入和非本征掺杂约束条件。

在这些条件下，过剩电子和空穴的共同漂移和扩散运动取决于少子的特性，这个结果就是半导体器件状态的基本原理

4讨论了过剩载流子寿命的概念

5分别分析了过剩载流子状态作为时间的函数作为空间的函数和同时作为时间与空间的函数的情况

6定义了电子和空穴的准费米能级。

这些参数用于描述非平衡状态下，电子和空穴的总浓度

8半导体表面效应对过剩电子和空穴的状态产生影响。

定义了表面复合速度

重要术语解释

1双极扩散系数：

过剩载流子的有效扩散系数

2双极迁移率：

过剩载流子的有效迁移率

3双极疏运：

具有相同扩散系数，迁移率和寿命的过剩电子和空穴的扩散，迁移和复合过程

4双极输运方程：

用时间和空间变量描述过剩载流子状态函数的方程

5载流子的产生：

电子从价带跃入导带，形成电子-空穴对的过程

6载流子的复合：

电子落入价带中的空能态（空穴）导致电子-空穴对消灭的过程

7过剩载流子：

过剩电子和空穴的总称

8过剩电子：

导带中超出热平衡状态浓度的电子浓度

9过剩空穴：

价带中超出热平衡状态浓度的空穴浓度

10过剩少子寿命：

过剩少子在复合前存在的平均时间

11产生率：

电子-空穴对产生的速率

12小注入：

过剩载流子浓度远小于热平衡多子浓度的情况

13少子扩散长度：

少子在复合前的平均扩散距离：

数学表示为

，其中D和

分别为少子的扩散系数和寿命

14准费米能级：

电子和空穴的准费米能级分别将电子和空穴的非平衡状态浓度与本征载流子浓度以及本征费米能级联系起来

15复合率：

电子－空穴对复合