半導體物理名詞解釋總結

半導體物理名詞解釋

1. 有效質量：a 它概括了半導體內部勢場的作用，使得在解決導體中電子在外力作用下的

運動規律時，可以不涉及半導體內部勢場的作用 b 可以由實驗測定，因而可以很方便

的解決電子的運動規律

2. 空穴： 定義 價帶中空著的狀態看成是帶正電荷的粒子，稱為空穴

意義 a 把價帶中大量電子對電流的貢獻僅用少量的空穴表達出來 b金屬中

僅有電子一種載流子，而半導體中有電子和空穴兩種載流子，正是這兩種載流子的相互作用，

使得半導體表現出許多奇異的特性，可用來制造形形色色的器件

3. 理想半導體（理想與非理想的區別）：a 原子并不是靜止在具有嚴格周期性的晶格的格

點位置上，而是在其平衡位置附近振動 b 半導體材料并不是純凈的，而是含有各種雜

質 即在晶格格點位置上存在著與組成半導體材料的元素不同其他化學元素的原子c

實際的半導體晶格結構并不是完整無缺的，而存在著各種形式的缺陷

4. 雜質補償：在半導體中，施主和受主雜質之間有相互抵消的作用通常稱為雜質的補償作

用

5. 深能級雜質：非Ⅲ、Ⅴ族雜質在硅、鍺的禁帶中產生的施主能級距離導帶較遠，他們產

生的受主能級距離價帶也較遠，通常稱這種能級為深能級，相應的雜質為深能級雜質

6. 簡并半導體：當E-E》kT不滿足時，即f（E）《1，[1-f（E）]《1的條件不成立時，

Fo

就必須考慮泡利不相容原理的作用，這時不能再應用玻耳茲曼分布函數，而必須用費米

分布函數來分析導帶中的電子及價帶中的空穴的統計分布問題。這種情況稱為載流子的

簡并化，發生載流子簡并化的半導體被稱為簡并半導體（當雜質濃度超過一定數量后，

載流子開始簡并化的現象稱為重摻雜，這種半導體即稱為簡并半導體

7. 熱載流子：在強電場情況下，載流子從電場中獲得的能量很多，載流子的平均能量比熱

平衡狀態時的大，因而載流子與晶格系統不再處于熱平衡狀態。溫度是平均動能的量度，

既然載流子的能量大于晶格系統的能量，人們便引入載流子的有效溫度T來描寫這種

e

與晶格系統不處于熱平衡狀態時的載流子，并稱這種狀態載流子為熱載流子

8. 砷化鎵負阻效應：當電場達到一定値時，能谷1中的電子可從電場中獲得足夠的能量而

開始轉移到能谷2，發生能谷間的散射，電子的動量有較大的改變，伴隨吸收或發射一

個聲子。但是，這兩個能谷不是完全相同的，進入能谷2的電子，有效質量大為增加，

遷移率大大降低，平均漂移速度減小，電導率下降，產生負阻效應

9. 準費米能級：統一的費米能級是熱平衡狀態的標志。當外界的影響破壞了熱平衡，使半

導體處于非平衡狀態時，就不再存在統一的費米能級。但是可以認為，分別就導帶和價

帶中的電子講，他們各自基本上處于平衡狀態，導帶與價帶之間處于不平衡狀態。因為

費米能級和統計分布函數對導帶和價帶各自仍是適用的，可以引入導帶費米能級和價帶

費米能級，它們都是局部的費米能級。稱為“準費米能級”

10. 陷阱中心：半導體處于熱平衡狀態時，無論是施主、受主、復合中心或是任何其他的雜

質能級上，都具有一定數目的電子，它們由平衡時的費米能級及分布函數所決定。實際

上，能級中的電子是通過載流子的俘獲和產生過程與載流子之間保持著平衡的。當半導

體處于非平衡狀態，出現非平衡載流子時，這種平衡遭到破壞，必然引起雜質能級上電

子數目的改變。如果電子增加，說明能級具有收容部分非平衡電子的作用，若是電子減

少，則可以看成能級具有收容空穴的作用。雜質能級的這種積累非平衡載流子的作用稱

為陷阱效應，把有顯著陷阱效應的雜質能級稱為陷阱，相應的雜質和缺陷為陷阱中心

11. 理想pn結模型：

a 小注入條件——注入的少數載流子濃度比平衡多數載流子濃度小的多

b 突變耗盡條件—— 外加電壓和接觸電勢差都降落在耗盡層上，耗盡層中的電荷由

1

電離施主和電離受主的電荷組成。耗盡層外的半導體是電中性的。因此，注入的少數載流子

在p區和n區是純擴散運動

c 通過耗盡層的電子和空穴電流是常量，不考慮耗盡層中載流子的產生及復合作用

d 玻耳茲曼邊界條件——在耗盡層兩端。載流子分布滿足玻耳茲曼統計分布

12. 勢壘電容：在外加正向偏壓增加時，將有一部分電子和空穴“存入”勢壘區，反之，當

正向偏壓減小時，勢壘區的電場增強，勢壘區寬度增加，空間電荷數量增多，這就是有

一部分電子和空穴從勢壘區“取出”。對于加反向偏壓的情況類似。總之，pn結上外加

電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區的“存入”和“取出”作用，導致勢壘區的空

間電荷數量隨外加電壓而變化，這和一個電容器的充放電作用相似，這種pn結的電容

效應稱為勢壘電容

13. 擴散電容：正向偏壓時，有空穴從p區注入n區，于是在勢壘區與n區邊界n區一側一

個擴散長度內，便形成了非平衡空穴和電子的積累，同樣在p區也有非平衡電子和空穴

的積累。當正向偏壓增加時，由p區注入到n區的空穴增加，注入的空穴一部分擴散走

了。所以外加電壓變化時，n區擴散區內積累的非平衡空穴也增加，與它保持電中性的

電子也相應增加。同樣，p區擴散區內積累的非平衡電子和與它保持電中性的空穴也要

增加。這種由于擴散區的電荷數量隨外加電壓的變化所產生的電容效應，稱為pn結的

擴散電容

14. pn結隧道效應：在簡并化的重摻雜半導體中，n型半導體的費米能級進入了導帶，p型

半導體的費米能級進入了價帶。在重摻雜情況下，雜質濃度大，勢壘區很薄，由于量子

力學的隧道效應，n區導帶的電子可能穿過禁帶到p區價帶，p區價帶電子也可能穿過

禁帶到n區導帶，從而有可能產生隧道電流。

15. 耗盡層近似：當勢壘高度遠大于kT時，勢壘區可近似為一個耗盡層。在耗盡層中，載

o

流子極為稀少，他們對空間電荷的貢獻可以忽略；雜質全部電離，空間電荷完全由電離

雜質的電荷形成。

16. 肖特基勢壘二極管：利用金屬-半導體整流接觸效應特性制成的二極管稱為肖特基勢壘

二極管，它和pn結二極管具有類似的電流-電壓關系，即它們都有單向導電性，但前者

又又區別于后者的以下顯著特點: a、就載流子的運動形式而言，pn結正向導通時，由p

區注入n區的空穴或由n區注入p區的電子，都是少數載流子，他們先形成一定的積累，

然后靠擴散運動形成電流。這種注入的非平衡載流子的積累稱為電荷貯存效應，它嚴重

地影響了pn結的高頻性能。而肖特基勢壘二極管的正向電流，主要是由半導體的多數

載流子進入金屬形成的。它是多數載流子器件。因此，肖特基勢壘二極管比pn結二極

管有更好的高頻特性 b、對于相同的高度，肖特基勢壘二極管的J或J要比pn結的

sdst

反向飽和電流J大得多。

s

17. 歐姆接觸：金屬與半導體接觸時還可以形成非整流接觸，即歐姆接觸，它不產生明顯的

附加阻抗，而且不會使半導體內部的平衡載流子濃度發生顯著的改變（半導體重摻雜時，

它與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸

18. 理想MIS結構：a 金屬與半導體間功函數差為零 b 在絕緣層中沒有任何電荷且絕緣層

完全不導電 c 絕緣層與半導體界面處不存在任何界面態

19. 深耗盡狀態：在金屬和半導體之間加一脈沖階躍或高頻正弦波形成的正電壓時，由于空

間電荷層內的少數載流子的產生速率跟不上電壓的變化，反型層來不及建立，只有靠耗

盡層延伸向半導體深處而產生大量受主負電荷以滿足電中性條件。因此，這種情況時，

耗盡層的寬度很大，可遠大于強反型的最大耗盡層寬度，且其寬度隨電壓幅度的增大而

增大，這種狀態稱為深耗盡狀態

20. Si-SiO系統各種電荷：a 二氧化硅層中的可動離子。主要是帶正電的鈉離子，還有鉀、

2

2

21. 異質結：有兩種不同的半導體單晶材料可超過組成的結，則稱為異質結

22. 異質結的特點：a 能帶發生了彎曲，出現“尖峰”和“凹口” b 能帶在交界面處不連

23. 異質pn結的超注入現象：指在異質pn結中有寬禁帶半導體注入到窄禁帶半導體中的

24. 間接帶隙半導體：導帶極小值和價帶極大值沒有對應于相同的波矢，例如像鍺、硅一類

25. 非豎直（直接）躍遷：在非豎直（直接）躍遷中，電子不僅吸收光子，同時還和晶格交

26. 光電探測器件工作原理及用途：有光照引起半導體電導率增加的現象稱為光電導。大量

27. 半導體太陽電池的基本原理：當用適當波長的光照射非均勻半導體（pn結等）時，由

28. 光電池（光電二極管）的基本原理：當用適當波長的光照射pn結時，由于pn結勢壘

29. 半導體發光器件的基本原理：半導體的電子可以吸收一定能量的光子而被激發。同樣，

30. 半導體激光器件的基本原理： 處在激發態E2的原子數大于處在激發態E1的原子數，

31. 半導體霍爾器件的基本原理：把通有電流的半導體放在均勻磁場中，設電場沿X方向，

32. 二維電子氣：MOS反型層中的電子被局限在很窄的勢阱中運動，所以反型層中的電子

氫等正離子 b 二氧化硅層中的固定電荷 c 二氧化硅層中的電離陷阱電荷。是由于各種

輻射如X射線、γ射線、電子射線等引起

續，有一個突變

少數載流子濃度寬帶半導體中多數載流子濃度

半導體，價帶頂位于K空間原點，而導帶低則不在k空間原點，這種半導體稱為間接

帶隙半導體

換一定的振動能量，即吸收或放出一個聲子

實驗證明，半導體光電導的強弱與照射波長有密切的關系，所謂光電導的光譜分析，就

是指對應于不同的波長，光電導響應靈敏度的變化關系。因此，可以通過測量光電導的

光譜分布來確定半導體材料光電導特性，根據這一原理可制成光電探測器。用途：PbS、

PbSe和PbTe是重要的紅外探測器材料，CdS除了對可見光有響應外，還可有效地用于

短波方面，知道x光短波

于內建電場的作用（不加外電場），半導體內部產生電動勢（光生電壓），如將pn結短

路，則出現電流。這種由內建電場引起的光電效應，稱為光生伏特效應。根據這一原理

可制成太陽能電池，將太陽輻射能直接轉變為電能

區內存在較強的內建電場，結兩邊的光生少數載流子受該場的作用，各自向相反的方向

運動，pn結兩端產生光生電動勢，如將pn結與外電路接通，只要光照不停止，就會有

淵源不斷的電流過電路，pn結起到了電源的作用

處于激發態的電子也可以向較低的能級躍遷，以光輻射的形式釋放出能量，也就是電子

從高能級向低能級躍遷，伴隨著發射光子，這就是半導體的發光現象。（產生光子發射

的主要條件是系統必須處于非平衡狀態，即在半導體內需要有某種激發過程存在，通過

與非平衡載流子的復合，才能形成發光

則在光子流hν照射下，受激輻射將超過吸收過程。這樣由系統發射的能量為hν

1212

將大于進入系統的同樣能量的光子數，這鐘現象稱為光量子放大。通常把處于激發態

E2（高能級）的原子數大于處在激發態E1（低能級）的原子數的這種反常情況，稱為

“分布反轉”或“粒子數反轉”。激光的發射，必須滿足 a 形成分布反轉，使受激輻射

占優勢 b 具有共振腔，以實現光量子放大 c 至少達到閾值電流密度，使增益至少等于

損耗

磁場方向和電場垂直，沿z方向，則在垂直于電場和磁場的+y或-y方向將產生一個橫

向電場，這個現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應制成的電子器件稱為霍爾器件

沿垂直于界面的z方向的運動是量子化的，形成一系列分立能級E，E，…，E

01j

…。在

xy平面內，即沿著界面方向能量仍是準連續的。稱這樣的電子系統為二維電子氣

3

33. 半導體壓阻器件的基本原理：對半導體施加應力時，半導體的電阻率要發生改變，這種

現象稱為壓阻效應。應用:半導體應變計、壓敏二極管、壓敏晶體管等 a 利用半導體

電阻隨應力變化的這一現象可以制成半導體應變計 結伏安特性隨壓力變化很大，

利用他的這一壓敏特性可以制成壓敏二極管和壓敏三極管

34. 非晶態半導體：原子排列不具有周期性，即不具有長程有序的半導體稱為非晶態半導體

35. 半導體熱電效應應用：溫差發電器 制冷器原理P373

36. 判斷半導體的導電類型 a、熱探針法 當溫度增加時，載流子濃度和速度都增加，它們

由熱端擴散到冷端，如果載流子是空穴，則熱端缺少空穴，冷端有過剩空穴，冷端電勢

較高，形成由冷端指向熱端的電場；如果載流子是電子，則熱端缺少電子，冷端有過剩

電子，熱端電勢較高，形成由熱端指向冷端的電場。所以，由半導體的溫差電動勢的正

負，可以判斷半導體的導電類型——熱探針法 P364

b、n型和p型半導體的霍爾系數符號相反，也即霍爾電壓V的正負相反，所以，從霍

h

爾電壓V的正負可以判斷半導體的導電類型

h

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