半导体物理名词解释&刘恩科第七版&中科院804考研（二）
未考过的名词解释——截至2020年，不包括21考研
(资料图片)
闪锌矿型结构：由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
费米面：自由电子的能量E等于费米能级EF的等能面称为费米面。
费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。
施主能级：被施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。
价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下被电子占满的最高能带称为价带。
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，形成电流，起导电作用，这种能带即为导带。
n型半导体：主要依靠导带电子导电的半导体称为n型半导体。
p型半导体：主要依靠价带空穴导电的半导体称为p型半导体。
空穴的牵引长度：空穴在强电场作用下漂移运动的有效范围称为空穴的牵引长度。
空位：在一定条件下，晶格原子不仅在其平衡位置附近振动，而且有一部分原子会获得足够的能量，脱离周围原子对他的束缚，挤入晶格原子间隙间成为间隙原子，原来的位置便成为空位。
本征载流子：本征半导体中由本征激发产生的载流子，不是由掺杂或注入产生的。
束缚激子：等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一中心由于库仑作用又能俘获另一种带电符号相反的载流子从而成为定域激子，称为束缚激子。
漂移运动：在外加电压时，半导体内载流子在电场力的作用下的定向运动称为漂移运动。
状态密度：能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数，公式如下。
等电子复合中心：在Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体中掺入一定量的与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子和主原子之间电负性的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心，带电中心会吸引和被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。
陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。
回旋共振：一些物质如半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频磁场同时作用下会发生抗磁共振。
负阻效应：当电场达到一定值时，能谷1中的电子可从电场中获得足够的能量而开始转移到能谷2，发生能谷间的散射，电子的动量有较大的改变，伴随吸收或发射一个声子。但是，这两个能谷不是完全相同的，进入能谷2的电子，有效质量大为增加，迁移率大大降低，平均漂移速度减小，电导率下降，从而电流密度减小，产生负阻效应。
耿氏效应：在n型砷化镓两端电极上加电压，当半导体内电场超过3×103V/cm时，半导体内的电流便以很高的频率振荡，这个效应称为耿氏效应。
扩散长度：载流子由于浓度差的扩散运动有效范围称为扩散长度。
pn结隧道效应：对于两边都是重掺杂的pn结，杂质浓度大，势垒区很薄，由于量子力学的隧道效应，N区导带的电子可能穿过禁带到P区价带，P区价带电子也可能穿过禁带到N区导带，从而有可能产生隧道电流。正向电流一开始就随正向电压的增加而迅速上升到一个极大值。而后随着电压增加，电流反而减小，达到一极小值。当电压继续增大时，电流又随电压上升。反向时，反向电流随反向偏压的增大而迅速增大。
理想MIS结构：①金属与半导体间功函数差为零；②在绝缘层中没有任何电荷且绝缘层完全不导电；③绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态。
等电子杂质效应：等电子杂质掺入化合物半导体中，替代晶格点上的同族原子后由于电负性和共价半径等方面的差别，会在禁带中产生能级，这个能级称为等电子陷阱。这种效应称为等电子杂质效应。
深耗尽状态：在金属与半导体间加上一高频正电压，由于空间电荷层内的少数载流子的产生速率跟不上电压的变化，反型层来不及建立，为保持电中性，耗尽层延伸向半导体深处产生大量正电荷。此时耗尽层的宽度很大，可远大于强反型的最大耗尽深度，且其宽度随电压VG的幅度的增大而增大，这种状态称为深耗尽状态。
异质结的特点：①能带发生了弯曲，出现“尖峰”和“凹口”；②能带在交界面处不连续，有一个突变。
异质pn结的超注入现象：在异质结pn结中由宽禁带半导体注入到窄禁带半导体中的少数载流子浓度可超过宽禁带半导体中多数载流子的浓度。
间接带隙半导体：导带极小值和价带极大值对应波矢不同的半导体称为间接带隙半导体。
非竖直（直接）跃迁：在非竖直（直接）跃迁中，电子不仅吸收光子，同时还和晶格交换一定的振动能量，即吸收或放出一个声子。
理想半导体（理想与非理想的区别）：①原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；②半导体材料并不是纯净的，而是含有各种杂质即在晶格格点位置上存在着与组成半导体材料的元素不同其他化学元素的原子；③实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷。
半导体太阳电池的基本原理：当用适当波长的光照射非均匀半导体（pn结等）时，由于内建电场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势（光生电压），如将pn结短路，则出现电流。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。根据这一原理可制成太阳能电池，将太阳辐射能直接转变为电能。
光电池（光电二极管）的基本原理：当用适当波长的光照射pn结时，由于pn结势垒区内存在较强的内建电场，结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反的方向运动，pn结两端产生光生电动势，如将pn结与外电路接通，只要光照不停止，就会有渊源不断的电流过电路，pn结起到了电源的作用。
半导体发光器件的基本原理：半导体的电子可以吸收一定能量的光子而被激发。同样，处于激发态的电子也可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量，也就是电子从高能级向低能级跃迁，伴随着发射光子，这就是半导体的发光现象。（产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态，即在半导体内需要有某种激发过程存在，通过与非平衡载流子的复合，才能形成发光。）
半导体激光器件的基本原理：处在激发态E2的原子数大于处在激发态E1的原子数，则在光子流hν12照射下，受激辐射将超过吸收过程。这样由系统发射的能量为hν12将大于进入系统的同样能量的光子数，这钟现象称为光量子放大。通常把处于激发态E2（高能级）的原子数大于处在激发态E1（低能级）的原子数的这种反常情况，称为“分布反转”或“粒子数反转”。激光的发射，必须满足①形成分布反转，使受激辐射占优势；②具有共振腔，以实现光量子放大；③至少达到阈值电流密度，使增益至少等于损耗。
半导体霍尔器件的基本原理：把通有电流的半导体放在均匀磁场中，设电场沿x方向，磁场方向和电场垂直，沿z方向，则在垂直于电场和磁场的+y或-y方向将产生一个横向电场，这个现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的电子器件称为霍尔器件。
二维电子气：当反型层的厚度小到与电子德布罗意波长相比拟时，反型层中电子将处于半导体内近界面处很窄的量子势阱中，由于量子化效应，电子在垂直于界面方向的运动发生量子化，对应的电子能量成为不连续的，但电子在平行于界面方向的能量仍是准连续的，电子的运动可看作是平行于界面的准二维运动，称为二维电子气。
半导体压阻器件的基本原理：对半导体施加应力时，半导体的电阻率要发生改变，这种现象称为压阻效应。应用：半导体应变计、压敏二极管、压敏晶体管等①利用半导体电阻随应力变化的这一现象可以制成半导体应变计；②pn结伏安特性随压力变化很大，利用这一压敏特性可以制成压敏二极管和压敏三极管。
非晶态半导体：原子排列不具有周期性，即不具有长程有序的半导体称为非晶态半导体。
半导体热电效应的应用：温差发电器、制冷器。
判断半导体的导电类型：①热探针法：当温度增加时，载流子浓度和速度都增加，它们由热端扩散到冷端，如果载流子是空穴，则热端缺少空穴，冷端有过剩空穴，冷端电势较高，形成由冷端指向热端的电场；如果载流子是电子，则热端缺少电子，冷端有过剩电子，热端电势较高，形成由热端指向冷端的电场。所以，由半导体的温差电动势的正负，可以判断半导体的导电类型；②霍尔效应法：N型和P型半导体的霍尔系数符号相反，也即霍尔电压Vh的正负相反，所以，从霍尔电压Vh的正负可以判断半导体的导电类型。
空穴意义：①把价带中大量电子对电流的贡献仅用少量的空穴表达出来；②金属中仅有电子一种载流子，而半导体中有电子和空穴两种载流子，正是这两种载流子的相互作用，使得半导体表现出许多奇异的特性，可用来制造形形色色的器件。
肖特基势垒二极管与pn结二极管相比：具有类似的电流-电压关系，即它们都有单向导电性，但前者又区别于后者的以下显著特点①就载流子的运动形式而言，pn结正向导通时，由P区注入N区的空穴或由N区注入P区的电子，都是少数载流子，他们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这种注入的非平衡载流子的积累称为电荷贮存效应，它严重地影响了pn结的高频性能。而肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体的多数载流子进入金属形成的。它是多数载流子器件。因此，肖特基势垒二极管比pn结二极管有更好的高频特性；②对于相同的高度，肖特基势垒二极管的Jsd或Jst要比pn结的反向饱和电流Js大得多。
共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限于某一个原子上，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。
能带：考虑由N个原子组成的晶体，N是一个很大的数值。假设N个原子相距很远时，则每个原子的能级都和孤立原子的一样，都为N度简并。当N个原子相互靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周围原子势场的作用，其结果是每一个N度简并的能级都分裂成N个彼此相距很近的能级，这些能级组成一个能带。
禁带：分裂的每一个能带都称为允带，允带之间没有能级，即能带结构中能态密度为零的能量区间，称为禁带。
准自由电子：假设晶体中有一个很弱的周期势场，则电子的运动情况应当与自由电子比较接近，但同时也体现出周期势场中电子状态的新特点，这样的电子称为准自由电子。
直接带隙半导体：导带和价带极值对应于相同波矢的半导体。
施主杂质电离：电子脱离施主杂质原子束缚的过程称为施主杂质电离。
受主杂质电离：空穴挣脱受主杂质原子束缚的过程称为受主杂质电离。
杂质的补偿作用：施主和受主杂质之间互相抵消的作用通常称为杂质的补偿作用。
伯格斯矢量：当位错在晶体内滑动时，原子沿着某一特定的方向相对于其邻近原子改变了某一特定的距离，表示这种原子位移的矢量定义为位错的伯格斯矢量。
热平衡状态：在一定温度下，如果没有其他外界作用，半导体中的电子从不断热振动的晶格中获得一定的能量，就可能从低能量的量子态跃迁到高能量的量子态，使导带中的电子和价带中的空穴增加，这就是载流子的产生。与此同时，电子也可以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，这就是载流子的复合。当这两个相反的过程之间建立起动态平衡时，称为热平衡状态。
热平衡载流子：热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。
非简并性系统：服从玻尔兹曼统计率的电子系统称为非简并性系统。
简并性系统：服从费米统计率的电子系统称为简并性系统。
载流子的简并化：导带中的电子及价带中的空穴统计分布不能用玻尔兹曼分布函数描述，而必须用费米分布函数描述的情况称为载流子的简并化。
低温载流子冻析：温度低于100K时，施主杂质只有部分电离，尚有部分载流子被冻析在杂质能级上，对于导电没有贡献，这种现象称为低温载流子冻析效应。
杂质能带：在简并半导体中，杂质浓度高，杂质原子间间隔较小，导致其电子波函数发生交叠，使孤立的杂质能级扩展为能带，称为杂质能带。
杂质带导电：杂质能带中的电子通过在杂质原子之间的共有化运动参与导电的现象称为杂质带导电。
禁带变窄效应：当杂质能带进入导带或价带，并与导带或价带相连，形成新的简并能带，使能带的状态密度发生了变化，简并能带的尾部伸入到禁带中，导致禁带宽度减小，故重掺杂时禁带宽度变窄，称为禁带变窄效应。
漂移速度：定向运动的速度称为漂移速度。
散射：载流子在半导体中运动时，会不断地与热振动着的晶格原子或电离的杂质离子发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小和方向就发生改变，这一过程称为散射。
平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程。
中性杂质散射：低温下杂质没有充分电离，没有电离的杂质呈中性，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，这种杂质称为中性杂质散射。
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2021-09-18