半导体物理学 (第七版)读后感

半导体物理学 （第七版）读后感

半导体物理学是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。是固体物理学的一个分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。

实际的半导体都不是绝对完整和纯净的晶体。一方面为了控制半导体的性质，往往有意在半导体中掺进某些杂质元素；另一方面，在半导体中还不可避免地存在由于原材料或制备过程引入的各种杂质。而且，材料制备的高温过程还在半导体中引入空位和间隙原子等点缺陷，它们往往还要进一步发生凝聚或与杂质原子聚合等变化，构成更为复杂的缺陷及络合体。所有这些杂质和缺陷都可以对半导体的物理性质发生重要的影响。

半导体中的杂质或缺陷可以束缚电子或空穴，形成能量在禁带中的局域态（即电子被限制在某一局部区域的量子态）。一般把它们区分为浅能级和深能级。浅能级指能量很靠近导带底的电子束缚态，或能量很接近价带顶的空穴束缚态。浅能级中的电子或空穴，在稍高的温度（如室温）就基本上电离而成为在导带中的自由电子和价带中的自由空穴，起导电作用。这样的自由的电子或空穴统称载流子。

此外，所谓类氢能级是最典型的浅能级。Ⅴ族元素如磷、砷、锑掺入硅或锗，取代原来的Ⅳ族原子；或Ⅵ族元素掺入Ⅲ-Ⅴ化合物，取代其中Ⅴ族原子；都可以形成类氢能级。在这类能级中，多一价的杂质原子构成正电荷中心，以其库仑电场束缚电子，类似于氢原子。但是，由于介电作用和有效质量，束缚能一般只有几十毫电子伏，甚至更小。这类杂质通过电离能在导带中释放电子，称为施主。典型的空穴类氢能级可以通过掺入少一价的杂质原子（如Ⅲ族元素掺入硅、锗，或Ⅱ族元素掺入Ⅲ-Ⅴ化合物取代Ⅲ族原子等）形成负电荷中心，从而束缚空穴。这样的杂质称为受主，因为它们电离（为价带提供空穴半导体物理学）实际上就是接受来自价带的电子。类氢能级的杂质原子除形成正或负电中心，在原子以外

的空间等效于点电荷外，在原子内的区域和原来的原子的势能是有差别的，这样就使类氢能级的基态在一定程度上偏离类氢的模型，称为中心胞修正。在半导体中掺入同一族的原子有时也可以束缚载流子形成浅能级，称为等电子中心。等电子中心与类氢能级不同，没有长程的库仑场，而主要靠中心原子势能场的短程作用形成束缚态，因而具有某些与类氢能级很不同的特征