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Chapter 04 Conductivity of Semiconductors

名词解释

迁移率

表示单位电场强度下载流子的平均漂移速度，其大小为电场强度和载流子漂移速度的比值，单位为 $m^2/(V\cdot s)$ 或 $c{m}^2/(V\cdot s)$ 。迁移率代表了载流子导电能力的大小。

电离杂质散射

施主杂质电离后是一个带正电的离子，受主杂质电离后是一个带负电的离子。在电离施主或电离受主周围形成一个库仑势场，这一库仑势场局部地破坏了杂质附近的周期性势场，而载流子运动到电离杂质附近时，使其运动速度和方向均发生改变，即为电离杂质散射。

晶格振动散射

在一定温度下，晶体中原子都各自在其平衡位置附近做微振动，载流子在半导体中运动时，会不断地与这些热振动着的晶格原子发生碰撞，这种由于晶格热振动的碰撞使载流子速度的大小及方向不断地改变即为晶格振动散射，主要包括光学波和声学波散射，其中长纵光学波和长纵声学波在散射中起着主要作用。

长纵光学波在离子性晶体中形成疏密相间区域时会造成半个波长区域带正电，另半个波长区域带负电，带正负电区域产生电场，形成一个附加势场；

而长纵声学波会造成原子分布的疏密变化，产生体变，即疏处体积膨胀、密处压缩，产生附加势场。这两种附加势场破坏了原来势场的严格周期性，从而产生散射。

等同的能谷间散射

硅的导带具有极值能量相同的6个旋转椭球等能面(锗有4个)，载流子在这些能谷中分布相同，这些能谷称为等同的能谷；电子在这种多能谷半导体中从一个极值附近散射到另一个极值附近的散射，即为等同的能谷间散射。

位错散射

在n型(p型)材料中，位错线俘获(释放)电子成为一串负电(正电)中心，其周围形成了一个圆柱形正(负)空间电荷区，其内部存在的电场就是引起载流子散射的附加势场。位错散射具有各向异性，电子垂直于空间电荷圆柱体运动时将受到散射。

平均自由程

半导体中的载流子相邻两次碰撞之间的平均距离，即为载流子的平均自由程。

平均自由时间

载流子在电场中做漂移运动时，只有在连续两次散射之间的时间内才做加速运动，这段时间称为自由时间。自由时间长短不一，若取极值多次而求得其平均值，则称为载流子的平均自由时间。

电导有效质量

对于等能面是旋转椭球面的多极值半导体，沿晶体的不同方向，有效质量不同。例如，硅有6个极值，旋转椭球等能面，横向有效质量 $m_i$ 和纵向有效质量 $m_l$ ，引入电导有效质量 $m_e$ ，关系为 $m_e=3m_l{m}_i/(2m_l+m_i)$ ，引入之后载流子迁移率与有效质量的关系不变。

多能谷散射

在电场作用下，电子从电场中获取能量，可在能谷间转移，即能谷间散射，电子的准动量有较大的改变，伴随散射发射或吸收光学声子。同时，电子的有效质量、迁移率、平均漂移速度、电导率都将发生变化。

负微分迁移率

在电场强度达到 $3.2\times {10}^{3}V/cm$ 时，发生能谷间散射，并随散射发射或吸收一个光学声子。由于两个能谷不完全相同，从能谷1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，出现微分电导区，迁移率为负值。

负阻效应

在n型的砷化镓和磷化铟(InP)等双能谷半导体中，在高电场作用下载流子获得足够的能量从低能谷转移到卫星谷，有效质量增加，迁移率下降，平均漂移速度减小，电导率下降，称为负阻效应。

填空题

1. 在半导体中，如果温度升高，考虑其对载流子的散射作用，电离杂质散射概率减小和晶格振动散射概率增大。

解析

由电离杂质散射所限制的迁移率 ${\mu }_I$ 与温度 $T$ 的关系可以表示为：

$${\mu }_I\propto T^{3/2}$$

我们知道，迁移率 $\mu$ 与散射概率 $P$ 成反比关系（散射越强，迁移率越低）。因此，既然 ${\mu }_I$ 随着温度的升高而增大（$T^{3/2}$），这必然意味着电离杂质散射的概率 $P_I$ 随着温度的升高而减小。

2. 半导体载流子在运动中遭到散射的根本原因是________，原胞中含有两个原子的半导体共有6支格波，频率________的3支称为声学波，频率________的3支称为光学波。从原子振动方式来看，无论声学波还是光学波，根据原子位移方向和波传播方向之间的关系都可分为________和________。对于声学波，原胞中的两个相邻原子做________的振动，表明原胞________的振动。

3. 半导体中的主要散射机构有________和________，前者在________下起主要作用，后者在________下起主要作用。其他因素引起的散射包括________散射、________散射、________散射和________散射。对化合物半导体材料砷化镓，其主要散射机构是________散射、________散射和________散射。

4. 长声学波对载流子散射概率$P_s$与温度$T$的关系是________，由此所决定的迁移率与温度的关系为________。

Chapter-06 PN Junction

名词解释

空间电荷区

当两块半导体形成pn结时，由于n区和p区之间存在着载流子浓度的梯度，导致空穴从p区流向n区，电子从n区流向p区的扩散运动；对于p区，空穴离开之后留下了不可移动的负电电离受主，在pn结附近p区一侧形成一个负电荷区；同理，在pn结的n区一侧出现了由电离施主构成的正电荷区域，通常就把pn结附近的这些电离施主和电离受主所带的电荷称为空间电荷，它们所在的区域就是空间电荷区。

内建电势差

平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差$V_D$称为接触电势差或者内建电势差。

势垒高度

Chapter-07 Metal-Semiconductor Contact

名词解释

电子亲和能

对半导体而言，电子亲和能表示使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。

热电子发射理论

以n型半导体为例，当n型阻挡层很薄，以至于电子平均自由程远大于势垒宽度时，电子在势垒区的碰撞可以忽略，因此，这时起决定作用的是势垒高度。半导体内部的电子只要有足够的能量超越势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属；同样，金属

贡献者

Tuntun Yuchiha

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