半导体物理有效质量公式（半导体物理名词解释）

以下是我在学习半导体物理中总结的一些名词解释，希望对学习该门课程的同学有所帮助。因为是我自己积累的，难免会有不对的地方，欢迎指出修改。

1.空⽳:⼀种假想粒⼦，代表了半导体中近满带价带中空着的状态，具有正电⼦电荷和正有效质量，描述了半导体近满带中⼤量电⼦的整体⾏为。

2.有效质量:半导体晶体中电⼦的表观质量，具有质量 的量纲。其物理意义在于概括了半导体内部势场 的作⽤，使得在分析半导体中电⼦在外⼒作⽤下的 规律时可以不考虑内部势场的作⽤，简化了分析， 同时，电⼦的有效质量可以通过回旋共振测出。

3.替位式杂质和间隙式杂质:杂质原⼦进⼊晶体后，若取代晶格格点上的原⼦，称为替位式杂质;若挤⼊原⼦与原⼦之间的空隙，则称为间隙式杂质。

4.施主杂质和受主杂质:电离出导电电⼦，且⾃⾝成为正电中⼼的杂质，称为施主杂质;电离出导电空⽳，且⾃⾝成为负电中⼼的杂质，称为受主杂质。

5.杂质电离能:使电⼦/空⽳脱离施主/受主杂质的束缚，成为导电电⼦/空⽳所需要的能量。 施主能级和受主能级:被施主杂质束缚的电⼦所处在的能量状态，称为施主能级;被受主杂质束缚的空⽳所处在的能量状态，称为受主能级。

6.波函数的形式和物理意义:形式 物理意义在于:波函数模的大小代表了该处电⼦出现的概率，表示了晶体中的电⼦是以被调幅的平⾯波在晶体中传播。

7.单电⼦近似:晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原⼦核的势场和大量其他电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性的，且同晶格同周期。

8.共有化运动:由于电⼦壳层的交叠，晶体中的电⼦不再局限于某⼀个原⼦上，而是可以从晶胞中某⼀点运动到其他晶胞相似的壳层对应点上，从而可以在整个晶体中运动。组成晶体原⼦的外层电子共有化较强，其⾏为与⾃由电⼦类似，称为准自由电子;内层电⼦的共有化运动较弱，其⾏为与孤⽴原⼦中的电⼦类似。

9.杂质的补偿作⽤:同时存在施主杂质和受主杂质时，施主能级上的电⼦能够优先填充受主能级，此 时 有效杂质浓度为两者之差。

10.⾮简并半导体和简并半导体:载流⼦分布服从玻尔兹曼统计律的半导体，称为⾮简并导体;服从费 ⽶统计律的半导体，称为简并半导体。

11.⾮简并半导体的热平衡判据:

12.强电场效应:在电场强度⾜够⼤时，载流⼦的平均漂移速度与电场强度关系脱离线性关系，此时迁 移率不再是常数，⽽是随电场强度变化⽽变化，当电场强度进步增加时，平均漂移速度达到饱和。

13.热平衡态和⾮平衡态:在⼀定温度下的半导体，载流⼦的复合和产⽣达到动态平衡，此时⽆载流⼦ 的净产⽣或是净复合的状态，称为热平衡态;半导体的热平衡态被打破，载流⼦的复合与产⽣不再动 态平衡，存在载流⼦的净产⽣或是净复合的状态，称为⾮平衡态。

14.本征激发:在某温度下，价带电⼦受热激发⽽跃迁⾄导带，成为导带电⼦，同时在价带留下导电空 ⽳的过程，称为本征激发。

15.光注⼊:光照在热平衡半导体上，使之产⽣⾮平衡载流⼦的过程，产⽣的⾮平衡空⽳与⾮平衡⼦数 量是相等的。

16.准热平衡态:⾮平衡态体系中，通过载流⼦与晶格相互作⽤，导带电⼦体系和价带空⽳体系分别很 快与晶格达到平衡的状态，即⼀个能带内达到热平衡⽽导带和价带之间不是热平衡。

17.直接复合和间接复合:电⼦直接从导带跃迁⾄价带与空⽳复合的过程，称为直接复合;导带电⼦和 价带空⽳通过禁带中的能级进⾏复合的过程，称为间接复合。

18.电离杂质散射和晶格振动散射:杂质电离后成为正电或负电中⼼对载流⼦的运动产⽣影响，且与电 离浓度和温度有关，称为电离杂质散射;由于晶格热振动⽽对载流⼦的运动产⽣影响，称为晶格振动散射，分为光学波散射和声学波散射，与温度有关。

19.扩散长度和牵引长度:⾮平衡载流⼦通过扩散运动，深⼊样品的平均距离，称为扩散长度;⾮平衡 载流⼦在电场作⽤下，通过漂移运动，在寿命时间内所漂移的距离，称为牵引长度。

20.小注⼊和⼤注⼊:注⼊产⽣的非平衡少⼦数量远小于多⼦数量，称为小注⼊;注⼊产⽣的⾮平衡少 ⼦数量⼤于或等于多⼦浓度。

21.半导体的功函数和电⼦亲和能:处于费⽶能级上电⼦跃迁⾄真空能级中所需要的能量，称为半导体的功函数;半导体导带底上的电⼦跃迁⾄真空能级中所需要的能量，称为半导体的电⼦亲和能。

22.表⾯态:由于晶格周期性在表⾯处被破坏，或是表⾯存在杂质或缺陷⽽在半导体表⾯处的禁带中引⼊的表⾯状态，其对应的能级为表⾯能级。若该能级被电⼦占据时呈电中性，失去电⼦后呈正电性， 则称为施主表⾯态;若该能级空着时呈电中性，得到电⼦后呈负点性，则称为受主表⾯态。

23.复合中⼼和陷阱中⼼:对⾮平衡载流⼦的复合起促进作⽤，⽽对半导体的导电类型和载治⼦浓度没 有影响的杂质，称为复合中⼼;对⾮平衡载流⼦的复合起阻得作⽤的杂质或缺陷，称为陷阱中⼼。

24.准费⽶能级:处于⾮平衡状态下的半导体，导带与价带不再具有统⼀的费⽶能级，但分别就导带电 ⼦和价带空⽳⽽⾔，又是处在各⾃的平衡状态，从⽽引⼊导带费⽶能级和价带费⽶能级，即为局部 费 ⽶能级。

25.欧姆接触和整流接触:不产⽣明显附加阻抗，且不会对半导体内部载流⼦浓度发⽣显著改变的⾦擒 与半导体接触产⽣的结构，称为欧姆接触;产⽣明显附加阻抗起到整流作⽤的⾦属与半导体相接触形 成的结构，具有单向导由性，也称为肖特基接触。

26.硅和锗的能带结构:硅的导带结构:导带极⼩值位于<100 >⽅向的布⾥渊区中⼼到布⾥渊区边界的 0.85倍处。锗的导带结构:长轴沿< 111 >⽅向上八个半个旋转椭球等能⾯，沿旋转轴⽅向不⼀样，旋转椭球中心恰好位于第⼀布⾥渊区边界上。硅与锗价带结构类似:存在三种空⽳带，分别为重空⽳带，轻空⽳带和由于⾃旋—轨道耦合⽽产⽣的第三能带。

27.深能级杂质和浅能级杂质:杂质能级位于半导体禁带中远离导带底(施主)或价带顶(受主)，即 杂质电 离能很⼤的杂质，称为深能级杂质;反之称为浅能级杂质。

28.散射⼏率:单位时间内单个电⼦的散射次数。

29.热载流⼦:半导体处于强场中时，电⼦的平均能量高于晶格平均能量，以温度度量，则电⼦平均温度⾼于晶格平均温度，因此称强场中电⼦为热载流⼦。

30.少⼦寿命:⾮平衡少⼦在半导体中存在的平均时间，即产⽣⾮平衡少⼦的因素去除后，⾮平衡少⼦的浓度衰减⾄初始浓度的1/e倍所需的时间。

31.多数载流⼦和少数载流⼦:半导体输运过程中起主要作⽤的载流⼦，称为多数载流⼦，如n-si中的电⼦;起次要作⽤的载流⼦，称为少数载流⼦，如n-si中的空⽳。

32.回旋共振:导体中的电⼦在恒定磁场中受洛仑兹⼒作⽤将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电⼦的回旋频率时，将发⽣强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。

33.直接带隙与间接带隙半导体:若导带极值与价带极值位于K空间同⼀位置处，则称为直接带隙半导体，若不为同⼀位置，则称为间接带隙半导体。

34.镜像⼒和隧道效应:⾦属与半导体相接触时，半导体中的电荷在⾦属表⾯感应出带电符号相反的电荷，同时半导体中的电荷要受到⾦属中感应电荷的库仑吸引力，称此⼒为镜像里;能量低于势垒顶的电⼦有⼀定概率穿过这个势垒的现象，称为隧道效应。穿透的概率与电⼦能量和势垒厚度有关。

35.. 霍耳效应:通过电流的导体放⼊均匀磁场中，若磁场与电流的⽅向相垂直，则在磁场的作⽤下，载 流 ⼦的运动⽅向发⽣偏转。这样在垂直于电流和磁场的方向上就会形成电荷积累，出现电势差的现象，称为霍⽿效应。

36.费米分布:费米子(电子)在平衡态时的分布，其物理意义是在温度T时，电⼦占据能量为E的状态的概率或能量为E的状态上的平均电⼦数。

37.多能⾕散射:某能⾕中的电⼦受到⾜够的能量后跃迁到另一能⾕中，同时其准动量有较大改变，伴随散射时会吸收或发射⼀个声子。

38.费⽶能级:T = 0 K时，电子系统中电⼦占据态和未占据态的分界线，标志电⼦填充⽔平。

原子热振动的一种描述。从整体上看、处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果、这种波称为格波。

金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方

体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。每个原子周围都有4个最近邻的原

子， 组成一个正四面体结构。

在倒格空间中，选取一倒格点为原点，原点与其它倒格点连线的垂直平分面的连线所组成的区域称为布里渊区。

状态密度是将能带分为一个一个能量很小的间隔来处理，假定在能带中能量E~（E dE）之间无限小的能量间隔内有dZ个量子态，则状态密度g（E）为g（E）=dZ/dE

问: 用能带论解释金属、半导体和绝缘体的导电性

按照能带理论，物质的核外电子有不同的能量，有核外电子的能量把它分为3种能带：导带，禁带，满带（价带）。

导体：系统处于基带无法将能带填满，所以导体带电。

绝缘体：系统可以填满整个能带，所以不导电。但是它的禁带更大。

半导体：系统可以填满整个能带，不导电，与绝缘体的区别是半导体的禁带小。在一定温度下，有少量电子可被激发到导带，即本征激发的过程，此时满带不满，这时半导体就会导电。

半导体物理基础对数字和模拟方向都很重要，大家一定要基础扎实

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