2021半导体物理知识点总结

一、半导体物理知识大纲核心知识单元A：半导体电子状态与能级（课程基本——掌握物理概念与物理过程、是背面知识基本）半导体中电子状态（第1章）半导体中杂质和缺陷能级（第2章）核心知识单元B：半导体载流子记录分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程分析办法、有关参数计算办法）半导体中载流子记录分布（第3章）半导体导电性（第4章）非平衡载流子（第5章）核心知识单元C：半导体基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生物理机理、掌握详细应用）半导体光学性质（第10章）半导体热电性质（第11章）半导体磁和压阻效应（第12章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中电子状态本章各节 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 提纲：本章重要讨论半导体中电子运动状态。重要简介了半导体几种常用晶体构造，半导体中能带形成，半导体中电子状态和能带特点，在解说半导体中电子运动时，引入了有效质量概念。阐述本征半导体导电机构，引入了空穴散射概念。最后，简介了Si、Ge和GaAs能带构造。在1.1节，半导体几种常用晶体构造及结合性质。（重点掌握）在1.2节，为了进一步理解能带形成，简介了电子共有化运动。简介半导体中电子状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体能带进行比较，在此基本上引入本征激发概念。（重点掌握）在1.3节，引入有效质量概念。讨论半导体中电子平均速度和加速度。（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体导电机构，由此引入了空穴散射概念，得到空穴特点。（重点掌握）在1.5节，简介回旋共振测试有效质量原理和办法。（理解即可）在1.6节，简介Si、Ge能带构造。（掌握能带构造特性）在1.7节，简介Ⅲ-Ⅴ族化合物能带构造，重要理解GaAs能带构造。（掌握能带构造特性）本章重难点：重点：半导体硅、锗晶体构造（金刚石型构造）及其特点；三五族化合物半导体闪锌矿型构造及其特点。熟悉晶体中电子、孤立原子电子、自由电子运动有何不同：孤立原子中电子是在该原子核和其他电子势场中运动，自由电子是在恒定为零势场中运动，而晶体中电子是在严格周期性重复排列原子间运动（共有化运动），单电子近似以为，晶体中某一种电子是在周期性排列且固定不动原子核势场以及其他大量电子平均势场中运动，这个势场也是周期性变化，并且它周期与晶格周期相似。晶体中电子共有化运动导致分立能级发生劈裂，是形成半导体能带因素，半导体能带特点：存在轨道杂化，失去能级与能带相应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中一某些电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。导带与价带间能隙（Energygap）称为禁带（forbiddenband）.禁带宽度取决于晶体种类、晶体构造及温度。当原子数很大时，导带、价带内能级密度很大，可以以为能级准持续。晶体中电子运动状态数学描述：自由电子运动状态：对于波矢为k运动状态，自由电子能量E，动量p，速度v均有拟定数值。因而，波矢k可用以描述自由电子运动状态，不同k值标志自由电子不同状态，自由电子E和k关系曲线呈抛物线形状，是持续能谱，从零到无限大所有能量值都是容许。晶体中电子运动：服从布洛赫定理：晶体中电子是以调幅平面波在晶体中传播。这个波函数称为布洛赫波函数。求解薛定谔方程，得到电子在周期场中运动时其能量不持续，形成一系列允带和禁带。一种允带相应K值范畴称为布里渊区。用能带理论解释导带、半导体、绝缘体导电性。理解半导体中求E（k）与k关系办法：晶体中电子运动状态要比自由电子复杂得多，要得到它E（k）表达式很困难。但在半导体中起作用地是位于导带底或价带顶附近电子。因而，可采用级数展开办法研究带底或带顶E（k）关系。掌握电子有效质量定义：＝/（一维），注意，在能带底是正值，在能带顶是负值。电子速度为v＝，注意v可以是正值，也可以是负值，这取决于能量对波矢变化率。引入电子有效质量后，半导体中电子所受外力与加速度关系具备牛顿第二定律形式，即a＝f/。可见是以有效质量代换了电子惯性质量。有效质量意义：在典型牛顿第二定律中a=f/m0,式中f是外合力，是惯性质量。但半导体中电子在外力作用下，描述电子运动规律方程中浮现是有效质量mn*，而不是电子惯性质量。这是由于外力f并不是电子受力总和，半导体中电子虽然在没有外加电场作用时，它也要受到半导体内部原子及其他电子势场作用。当电子在外力作用下运动时，它一方面受到外电场力f作用，同步还和半导体内部原子、电子互相作用着，电子加速度应当是半导体内部势场和外电场作用综合效果。但是，要找出内部势场详细形式并且求得加速度遇到一定困难，引进有效质量后可使问题变得简朴，直接把外力f和电子加速度联系起来，而内部势场作用则由有效质量加以概括。因而，引进有效质量意义在于它概括了半导体内部势场作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下运动运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场作用。特别是mn*可以直接由实验测定，因而可以很以便地解决电子运动规律。在能带底部附近，d2E/dk2>0，电子有效质量是正值；在能带顶附近，d2E/dk2<0，电子有效质量是负值，这是由于mn*概括了半导体内部势场作用。有效质量与能量函数对于k二次微商成反比，对宽窄不同各个能带，E（k）随k变化状况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大。内层电子能带窄，有效质量大；外层电子能带宽，有效质量小。因而，外层电子，在外力作用下可以获得较大加速度。半导体中电子准动量v＝hk。满带中电子不导电：电子可以在晶体中作共有化运动，但是，这些电子能否导电，还必要考虑电子填充能带状况，不能只看单个电子运动。研究发现，如果一种能带中所有状态都被电子占满，那么，虽然有外加电场，晶体中也没有电流，即满带电子不导电。只有虽包括电子但并未填满能带才有一定导电性，即不满能带中电子才可以导电。绝对温度为零时，纯净半导体价带被价电子填满，导带是空。在一定温度下，价带顶部附近有少量电子被激发到导带底部附近，在外电场作用下，导带中电子便参加导电。由于这些电子在导带底部附近，因此，它们有效质量是正。同步，价带缺少了某些电子后也呈不满状态，因而价带电子也体现出具备导电特性，它们导电作用惯用空穴导电来描写。空穴概念：在牛顿第二定律中规定有效质量为正值，但价带顶电子有效质量为负值。这在描述价带顶电子加速度遇到困难。为理解决这一问题，引入空穴概念。价带中不被电子占据空状态价带顶附近空穴有效质量>0，数值上与该处电子有效质量相似，即＝－>0，空穴带电荷＋q。空穴能量坐标与电子相反，分布也服从能量最小原理。本征半导体导电机构：对本征半导体，导带中浮现多少电子，价带中就相应浮现多少空穴，导带上电子参加导电，价带上空穴也参加导电，这就是本征半导体导电机构。这一点是半导体同金属最大差别，金属中只有电子一种荷载电流粒子（称为载流子），而半导体中有电子和空穴两种载流子。正是由于这两种载流子作用，使半导体体现出许多奇异特性，可用来制造形形色色器件。回旋共振实验发现，硅、锗电子有效质量各向异性，阐明其等能面各向异性。通过度析，硅有六个椭球等能面，分别分布在<100>晶向六个等效晶轴上，电子重要分布在这六个椭球中心（极值）附近。仅从回旋共振实验还不能决定导带极值（椭球中心）拟定位置。通过施主电子自旋共振实验得出，硅导带极值位于<100>方向布里渊区边界0.85倍处。n型锗实验指出，锗导电极小值位于<100>方向布里渊区边界上共有八个。极值附近等能面为沿<100>方向旋转八个椭球面，每个椭球面有半个在布里渊区，因而，在简约布里渊区共有四个椭球。硅和锗价带构造：有三条价带，其中有两条价带极值在k＝0处重叠，有两种空穴有效质量与之相应，分别为重空穴和轻空穴，尚有第三个价带，其带顶比前两个价带减少了，对于硅，＝0.04ev，对于锗＝0.29ev，这条价带给出了第三种空穴。空穴重要分布在前两个价带。在价带顶附近，等能面接近平面。砷化镓能带构造：导带极小值位于布里渊区中心k＝0处，等能面为球面，导带底电子有效质量为0.067。在<100>方向布里渊区边界尚有一种导带极小值，极值附近曲线曲率比较小，因此此处电子有效质量比较大，约为0.55，它能量比布里渊区中心极小值能量高0.29ev。正是由于这个能谷存在，使砷化镓具备特殊性能（见第四章）。价带构造与硅、锗类似。室温下禁带宽度为1.424ev。难点：描述晶体周期性可用原胞和晶胞，要把原胞和晶胞区别开。在固体物理学中，只强调晶格周期性，其最小重复单元为原胞，例如金刚石型构造原胞为棱长a菱立方，具有两个原子；在结晶学中除强调晶格周期性外，还要强调原子分布对称性，例犹如为金刚石型构造，其晶胞为棱长为a正立方体，具有8个原子。闪锌矿型构造Ⅲ－Ⅴ族化合物和金刚石型构造同样，都是由两个面心立方晶格套构而成，称这种晶格为双原子复式格子。如果选用只反映晶格周期性原胞时，则每个原胞中只包括两个原子，一种是Ⅲ族原子，另一种是Ⅴ族原子。布洛赫波函数意义：晶体中电子在周期性势场中运动波函数与自由电子波函数形式相似，代表一种波长为1/k而在k方向上传播平面波，但是这个波振幅（x）随x作周期性变化，其变化周期与晶格周期相似。因此常说晶体中电子是以一种被调幅平面波在晶体中传播。显然，若令（x）为常数，则在周期性势场中运动电子波函数就完全变为自由电子波函数了。另一方面，依照波函数意义，在空间某一点找到电子几率与波函数在该点强度（即||=）成比例。对于自由电子，||=A,即在空间各点波函数强度相等，故在空间各点找到电子几率相似，这反映了电子在空间中自由运动，而对于晶体中电子，||=|（x）（x）|，但（x）是与晶格同周期函数，在晶体中波函数强度也随晶格周期性变化，因此在晶体中各点找到该电子几率也具周期性变化性质。这反映了电子不再完全局限在某一种原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内相应点，因而电子可以在整个晶体中运动，这种运动成为电子在晶体内共有化运动。构成晶体原子外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，常称为准自由电子。而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子中电子相似。最后，布洛赫波函数中波矢k与自由电子波函数同样，它描述晶体中电子共有化运动状态，不同k标志着不同共有化运动状态。金刚石构造第一布里渊区是一种十四周体，（见教材图1－11），要注意图中特殊点位置。有效质量意义：引入有效质量后，电子运动可用牛顿第二定律描述，a=f/mn*。注意，这是一种典型力学方程，f是外合力。半导体中电子除了外力作用外，还受到半导体内部原子及其他电子势场力作用，这种作用隐含在有效质量中，这就使得在解决半导体中电子在外力作用下运动规律时，可以不涉及半导体内部势场作用。价带电子导电通惯用空穴导电来描述。实践证明，这样做是十分以便。但是，如何理解空穴导电？设想价带中一种电子被激发到价带，此时价带为不满带，价带中电子便可导电。设电子电流密度密度为J，则：J＝价带（k状态空出）电子总电流可以用下述办法计算出J值。设想以一种电子填充到空k状态，这个电子电流等于电子电荷-q乘以k状态电子速度v（k），即k状态电子电流＝（-q）v（k）填入这个电子后，价带又被填满，总电流应为零，即J＋（-q）v（k）＝0因而得到J＝（＋q）v（k）这就是说，当价带k状态空出时，价带电子总电流，就犹如一种正电荷粒子以k状态电子速度v（k）运动时所产生电流。因而，普通把价带中空着状态当作是带正电粒子，称为空穴。引进这样一种假象粒子――空穴后，便可以很简便地描述价带（未填满）电流。回旋共振原理及条件。对E（k）表达式和回旋共振实验有效质量表达式解决。在k空间合理选用坐标系，可是问题得到简化。如选用为能量零点，觉得坐标原点，取、、为三个直角坐标轴，分别与椭球主轴重叠，并使轴沿椭球长轴方向（即沿<100>方向），则等能面分别为绕轴旋转旋转椭球面。E（k）表达式简化为E（k）＝；如果、轴选用恰当，计算可简朴，选用使磁感应强度B位于轴和轴所构成平面内，且同轴交角，则在这个坐标系里，B方向余弦、、分别为＝sin，＝0，＝cos。本章基本概念及名词术语：原胞和晶胞：都是用来描述晶体中晶格周期性最小重复单元，但两者有所不同。在固体物理学中，原胞只强调晶格周期性；而在结晶学中，晶胞还要强调晶格中原子分布对称性。电子共有化运动：原子构成晶体后，由于原子壳层交叠，电子不再局限在某一种原子上，可以由一种原子转移到另一种原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子共有化运动。但须注意，由于各原子中相似壳层上电子才有相似能量，电子只能在相似壳层中转移。能带产生因素：定性理论（物理概念）：晶体中原子之间互相作用，使能级分裂形成能带定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中运动，其能量不持续形成能带。能带（energyband）涉及允带和禁带。允带（allowedband）：容许电子能量存在能量范畴。禁带（forbiddenband）：不容许电子存在能量范畴。允带又分为空带、满带、导带、价带。空带（emptyband）：不被电子占据允带。满带（filledband）：允带中能量状态（能级）均被电子占据。导带（conductionband）：电子未占满允带（有某些电子。）价带（valenceband）:被价电子占据允带（低温下普通被价电子占满）。用能带理论解释导体、半导体、绝缘体导电性：固体按其导电性分为导体、半导体、绝缘体，其机理可以依照电子填充能带状况来阐明。固体可以导电，是固体中电子在外场作用下定向运动成果。由于电场力对电子加速作用，使电子运动速度和能量都发生了变化。换言之，即电子与外电场间发生能量互换。从能带论来看，电子能量变化，就是电子从一种能级跃迁到另一种能级上去。对于满带，其中能级已被电子所占满，在外电场作用下，满带中电子并不形成电流，对导电没有贡献，普通原子中内层电子都是占据满带中能级，因而内层电子对导电没有贡献。对于被电子某些占满能带，在外电场作用下，电子可从外电场中吸取能量跃迁到未被电子占据能级去，起导电作用，常称这种能带为导带。金属中，由于构成金属原子中价电子占据能带是某些占满，因此金属是良好导电体。半导体和绝缘体能带类似，即下面是已被价电子占满满带（其下面尚有为内层电子占满若干满带），亦称价带，中间为禁带，上面是空带。因而，在外电场作用下并不导电，但是这只是绝对温度为零时状况。当外界条件发生变化时，例如温度升高或有光照时，满带中有少量电子也许被激发到上面看到中去，使能带底部附近有了少量电子，因而在外电场作用下，这些电子将参加导电；同步，满带中由于少了某些电子，在满带顶部附近浮现了某些空量子状态，满带变成了某些占满能带，在外电场作用下，仍留在满带中电子也可以起导电作用，满带电子这种导电作用等效于把这些空量子状态看作带正电荷准粒子导电作用，常称这些空量子状态为空穴。因此在半导体中导带电子和价带空穴参加导电，这是与金属导体最大差别。绝缘体禁带宽度很大，激发电子需要很大能量，在普通温度下，能激发到导带中电子很少，因此导电性很差。半导体禁带宽度比较小，数量级在1eV左右，在普通温度下已有不少电子被激发到导带中去，因此具备一定导电能力，这是绝缘体和半导体重要区别。室温下，金刚石禁带宽度为6～7eV，它是绝缘体；硅为1.12eV，锗为0.67eV，砷化镓为1.43eV，因此它们都是半导体。半导体中电子准动量：典型意义上动量是惯性质量与速度乘积，即v。依照教材式（1-1）和式（1-10），对于自由电子v＝hk，这是自由电子真实动量，而在半导体中hk＝v；有效质量与惯性质量有质区别，前者隐含了晶格势场作用（虽然有质量量纲）。由于v与v具备相似形式，因而称v为准动量。本征激发：共价键上电子激发成为准自由电子，亦即价带电子吸取能量被激发到导带成为导带电子过程，称为本征激发。这一概念此后经惯用到。载流子：晶体中荷载电流（或传导电流）粒子。金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴，而影响半导体导电性重要是导带电子和价带空穴。回旋共振实验：目是测量电子有效质量，以便采用理论与实验相结合办法推出半导体能带构造。为能观测出明显共振吸取峰，就规定样品纯度要高，并且实验普通在低温下进行，交变电磁场频率在微波甚至在红外光范畴。实验中常是固定交变电磁场频率，变化磁感应强度以观测吸取现象。磁感应强度约为零点几T。等能面形状与有效质量密切有关，对于球形等能面，有效质量各向同性，即只有一种有效质量；对于椭球等能面，有效质量各向异性，即在不同波矢方向相应不同有效质量。横向有效质量沿椭球短轴方向，纵向有效质量沿椭球长轴方向。直接带隙半导体是指引带极小值与价带极大值相应同一波矢；间接带隙半导体是指引带极小值与价带极大值相应不同波矢。本章规定掌握内容及考点：——本章规定纯熟掌握基本物理原理和概念——考题重要涉及填空、名词解释和简答题（物理过程解释）1、以上基本概念和名词术语解释。2、熟悉金刚石型构造与闪锌矿型构造晶胞原子空间立体分布及硅、锗、砷化镓晶体构造特点，晶格常数，原子密度数量级（1022个原子/立方厘米）。3、掌握能带形成因素及电子共有化运动特点；掌握实际半导体能带特点。4、掌握有效质量意义及计算公式，速度计算办法，对的理解半导体中电子加速度与外力及有效质量关系，对的理解准动量及其计算办法，准动量变化量应为。5、掌握半导体导电机构，对的理解空穴导电机理。6、掌握硅、锗、砷化镓能带构造，注意它们导带底和价带顶所处位置。7、已留课后作业题。第二章半导体中杂质和缺陷能级本章各节内容提纲：抱负半导体：1、原子严格地周期性排列，晶体具备完整晶格构造。2、晶体中无杂质，无缺陷。3电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中能级上，禁带中无能级。由本征激发提供载流子。如果晶体具备完整（完美）晶格构造，无任何杂质和缺陷——本征半导体。（纯净半导体中，Ef位置和载流子浓度只是由 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 自身本征性质决定）实际材料中，1、总是有杂质、缺陷，使周期场破坏，在杂质或缺陷周边引起局部性量子态——相应能级经常处在禁带中，对半导体性质起着决定性影响。2、杂质电离提供载流子。本章重点简介半导体中重要杂质和缺陷及其能级。在2.1节，简介硅、锗中浅能级和深能级杂质以及和杂质能级，浅能级杂质电离能计算，简介了杂质补偿作用。在2.2节，简介=3*ROMANIII-=5*ROMANV族化合物中杂质能级，引入等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质概念。本章重难点：重点：在纯净半导体中掺入一定杂质，可以明显地控制半导体地导电性质。依照掺入杂质地分布位置可以分为替位式杂质和受主杂质。施主杂质电离后成为不可移动带正电施主离子，同步向导带提供电子，使半导体成为电子导电n型半导体。受主杂质电离后成为不可移动带负电受主离子，同步向价带提供空穴，使半导体成为空穴导电p型半导体。杂质元素掺入半导体后，由于在晶格势场中引入微扰，使能带极值附近浮现分立能级——杂质能级。V族元素在接近导带底禁带中引入施主能级，Ⅲ族元素在接近价带顶禁带中引入受主能级。类氢模型对浅能级位置给出了比较满意定量描述。通过修正后，施主杂质电离能和轨道半径可表达为：，；受主杂质电离能可表达为：式中，为氢原子基态电离能；为晶体相对介电常数。施主杂质和受主杂质有互相抵消作用，普通称为“杂质补偿”。“杂质补偿”是制造各种半导体器件基本。非Ⅲ、Ⅴ族杂质元素在半导体中也也许会产生深能级或多能级。例如：金Au在硅中电离后产生两个能级，一种在价带上面0.35ev处施主能级，它在P型硅中起重要作用。另一种在导带下面0.54ev处受主能级，它在n型硅中起重要作用。深能级杂质和晶体缺陷形成能级普通作为复合中心。四族元素硅在砷化镓中双性行为，即硅浓度较低时重要起施主杂质作用，当硅浓度较高时，一某些硅原子将起到受主杂质作用。这种双性行为可作如下解释：实验测得硅在砷化镓中引入一浅施主能级（－0.002）ev，硅应起施主作用，那么当硅杂质电离后，每一种硅原子向导带提供一种导电电子，导带中电子浓度应随硅杂质浓度增长而线性增长。但是实验表白，当硅杂质浓度上升到一定限度之后，导带电子浓度趋向饱和，施主杂质有效浓度减少了。这种现象浮现，是由于硅杂质浓度较高时，硅原子不但取代镓原子起着受主杂质作用，并且硅也取代了一某些V族砷原子而起着受主杂质作用，因而对于取代Ⅲ族原子镓硅施主杂质起到补偿作用，从而减少了有效施主杂质浓度，电子浓度趋于饱和。可见，在这个粒子中，硅杂质总效果是起施主作用，保持砷化镓为n型半导体。实验还表白，砷化镓单晶体中硅杂质浓度为时，取代镓原子硅施主浓度与取代砷原子硅受主浓度之比约为5.3:1。硅取代砷所产生受主能级在（）ev处。点缺陷和位错对半导体性能影响难点：用类氢模型计算浅能级杂质电离能；解释金在锗中产生多重能级因素：金是Ⅰ族元素，中性金原子（记为）只有一种价电子，它取代锗晶格中一种锗原子而位于晶格点上。金比锗少三个价电子，中性金原子这一种价电子，可以电离而跃迁入导带，这一施主能级为，因而，电离能为（）。由于金这个价电子被共价键所束缚，电离能很大，略不大于锗禁带宽度，因此，这个施主能级接近价带顶。电离后来，中性金原子接受就称为带一种电子电荷正电中心。但是，另一方面，中性金原子还可以和周边四个锗原子形成共价键，在形成共价键时，它可以从价带接受三个电子，形成、、三个受主能级。金原子接受第一种电子后变为，相应受主能级为，其电离能为（-）。接受第二个电子后，变为，相应受主能级为，其电离能为（-）。接受第三个电子后，变为，相应受主能级为，其电离能为（-）。上述、、分别表达到为带一种、两个、三个电子电荷负电中心。由于电子间库仑排斥作用，金从价带接受第二个电子所需要电离能比接受第一种电子时大，接受第三个电子时电离能又比接受第二个电子时大，因此，>>。离价带顶相对近某些，但是比Ⅲ族杂质引入浅能级还是深得多，更深，就几乎接近导带底了。于是金在锗中一共有、、、、五种荷电状态，相应地存在着、、、四个孤立能级，它们都是深能级。以上分析办法，也可以用来阐明其他某些在硅、锗中形成深能级杂质，基本上与实验状况相一致。本章基本概念及名词术语：施主杂质（n型杂质）：杂质电离后可以施放电子而产生自由电子并形成正电中心杂质——施主杂质。施主杂质电离能：杂质价电子挣脱杂质原子束缚成为自由电子所需要能量——杂质电离能，用EDi表达。正电中心：施主电离后正离子——正电中心施主能级ED：施主电子被施主杂质束缚时能量相应能级称为施主能级。对于电离能小施主杂质施主能级位于禁带中导带底如下较小底距离。受主杂质：可以向（晶体）半导体提供空穴并形成负电中心底杂质——受主杂质受主杂质电离能EAi：空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需能量。受主能级EA：空穴被受主杂质束缚时能量状态相应能级。浅能级杂质：电离能小杂质称为浅能级杂质。所谓浅能级，是指施主能级接近导带底，受主能级接近价带顶。室温下，掺杂浓度不很高底状况下，浅能级杂质几乎可以可以所有电离。五价元素磷（P）、锑（Sb）在硅、锗中是浅受主杂质，三价元素硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）在硅、锗中为浅受主杂质。杂质补偿：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们底共同作用会使载流子减少，这种作用称为杂质补偿。在制造半导体器件底过程中，通过采用杂质补偿底办法来变化半导体某个区域底导电类型或电阻率。高度补偿：若施主杂质浓度与受主杂质浓度相差不大或两者相等，则不能提供电子或空穴，这种状况称为杂质高等补偿。这种材料容易被误以为高纯度半导体，事实上含杂质诸多，性能很差，普通不能用来制造半导体器件。深能级杂质：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。深能级杂质有三个基本特点：一是不容易电离，对载流子浓度影响不大；二是普通会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。三是能起到复合中心作用，使少数载流子寿命减少（在第五章详细讨论）。四是深能级杂质电离后觉得带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减少，导电性能下降。等电子陷阱和等离子杂质：在某些化合物半导体中，例如磷化镓中掺入V族元素氮或铋，氮或铋将取代磷并在禁带中产生能级。这个能级称为等离子陷阱。这种效应称为等离子杂质效应。所谓等离子杂质是与基质晶体原子具备同数量价电子杂质原子，它们代替了格点上同族原子后，基本上仍是电中性。但是由于原子序数不同，这些原子共价半径和电负性有差别，因而它们能俘获某种载流子而成为带电中心。这个带电中心就称为等离子陷阱。与否周期表中同族元素均能形成等离子陷阱呢？只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性、共价半径方面有较大差别时，才干形成等离子陷阱。普通说，同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半径越小。等电子杂质电负性不不大于基质晶体原子电负性时，取代后，它便能俘获电子成为负电中心。反之，它能俘获空穴成为正电中心。例如，氮共价半径和电负性分别为0.070nm和3.0，磷共价半径和电负性分别为0.110nm和2.1，氮取代磷后能俘获电子成为负电中心。这个俘获中心称为等离子陷阱。这个电子电离能ΔED＝0.008eV。铋共价半径和负电性分别为0.146nm和1.9，铋取代磷后能俘获空穴，它电离能是ΔEA＝0.038eV。本章规定掌握内容及考点：——本章重要在于对各种概念理解和掌握——考题重要涉及填空题、名词解释1、以上基本概念和名词术语解释。2、掌握浅能级杂质和深能级杂质基本特点和在半导体中起作用。3、掌握等电子陷阱和等离子杂质概念。能解释硅在砷化镓中双性行为。4、掌握点缺陷和位错缺陷对半导体性能影响。5、已留课后作业第三章半导体中载流子记录分布本章内容提纲：本章重要任务：计算本征半导体和杂质半导体热平衡载流子浓度及费米能级位置，讨论n0、p0、EF与ND、NA、T关系。热平衡和热平衡载流子：在一定温度下，如果没有其他外界作用半导体中导电电子和空穴是依托电子热激发作用而产生，电子从不断热震动晶格中获得一定能量，就也许从低能量量子态跃迁到高能量量子态，例如，电子从价带跃迁到导带（这就是本征激发），形成导电电子和价带空穴。电子和空穴也可以通过杂质电离方式产生，当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子；当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴等。与此同步，还存在着相反过程，即电子也可以从高能量量子态跃迁到低能量量子态，并向晶格放出一定能量，从而使导带中电子和价带中空穴不断减少，这一过程称为载流子复合。在一定温度下，这两个相反过程之间将建立起动态平衡，称为热平衡状态。这时，半导体中导电电子浓度和空穴浓度都保持一种稳定数值，这种处在热平衡状态下导电电子和空穴称为热平衡载流子。当温度变化时，破坏了本来平衡状态，又重新建立起新平衡状态，热平衡载流子浓度也将发生变化，达到另一稳定数值。解决问题思路：热平衡是一种动态平衡，载流子在各个能级之间跃迁，但它们在每个能级上浮现几率是不同。要讨论热平衡载流子记录分布，是一方面要解决下述问题：容许量子态按能量分布状况——状态密度；电子在容许量子态中符合分布——分布函数。然后讨论n0、p0、EF与ND、NA、关系。本章重难点：重点：为计算电子和空穴浓度，必要对一种能带内所有能量积分，而不只是对布里渊区体积积分，为此引入状态密度概念即单位能量间隔内量子态数。表达式为：。可通过下述环节计算状态密度：一方面算出单位k空间中量子态数，即k空间中状态密度；然后算出k空间中与能量E到E＋dE间所相应k空间体积，并和k空间中状态密度相乘，从而求得在能量E到E＋dE间量子态数dE；最后，依照前式，求得状态密度g（E）。费米分布函数意义：它表达能量为E量子态被一种电子占据几率，它是描写热平衡状态下电子在容许量子态上如何分布一种记录分布函数；费米分布函数还给出空穴占据各能级几率，一种能级要么被电子占据，否则就是空，即被空穴占据，与对称于可以证明：这对研究电子和空穴分布很以便。费米分布函数与波耳兹曼分布函数关系：当时，电子费米分布函数转化为波耳兹曼分布函数。由于对于热平衡系统和温度为定值，则，这就是普通见到波耳兹曼分布函数。同理，当时，空穴费米分布函数转化为空穴波耳兹曼分布函数。在半导体中，最常遇到状况是费米能级位于价带内，并且与导带底或价带顶距离远不不大于，因此，对导带中所有量子态来说，被电子占据几率，普通都满足，故半导体电子中电子分布可以用电子波耳兹曼分布函数描写。由于随着能量E增大，f（E）迅速减小，因此导带中绝大多数电子分布在导带底附近。同理，对半导体价带中所有量子态来说，被空穴占据几率，普通都满足，故价带中空穴分布服从空穴波耳兹曼分布函数。由于随着能量E增大，迅速增大，因此价带中绝大多数空穴分布在价带顶附近。因而和是讨论半导体问题时惯用两个公式。普通把服从波耳兹曼记录率电子系统称为非简并性系统。费米能级：称为费米能级或费米能量，它和温度、半导体材料导电类型、杂质含量以及能量零点选用关于。是一种很重要物理参数，只要懂得了数值，在一定温度下，电子在各量子态上记录分布就完全拟定。它可以由半导体中能带内因此量子态中被电子占据量子态数应等于电子总数N这一条件来决定，即，将半导体中大量电子集体当作一种热力学系统，由记录理论证明，费米能级是系统化学势，即，代表系统化学势，F式系统自由能。上式意义是：当系统处在热平衡状态，也不对外界做功状况下，系统中增长一种电子所引起系统自由能变化，等于系统化学势，因此处在热平衡状态电子系统有统一费米能级。普通可以以为，在温度不很高时，能量不不大于费米能级电子态基本上没有被电子占据，而能量不大于费米能级几率在各温度下总是1/2，因此费米能级位置比较直观标志了电子占据量子态状况，普通就说费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高，阐明有较多能量较高电子态上有电子。导出导带电子浓度和价带空穴浓度表达式。理解、掌握电子浓度、空穴浓度表达式意义。运用电中性条件（所谓电中性条件，就是电中性半导体，其负电数与正电荷相等。由于电子带负电，空穴带正电，因此对本征半导体，电中性条件是导带中电子浓度应等于价带中空穴浓度，即＝，由此式可导出费米能级。）求解本征半导体费米能级：本征半导体就是没有杂质和缺陷半导体，在绝对零度时，价带中所有量子态都被电子占据，而导带中量子态所有空着，也就是说，半导体中共价键是饱和、完整。当半导体温度不不大于零度时，就有电子从价带激发到导带中去，同步价带中产生空穴，这就是所谓本征激发。由于电子和空穴成对产生，导带中电子浓度应等于价带中空穴浓度，即＝。本征载流子浓度与温度和价带宽度关于。温度升高时，本征载流子浓度迅速增长；不同半导体材料，在同一温度下，禁带宽度越大，本征载流子浓度越大。一定温度下，任何非简并半导体热平衡载流子浓度乘积对于该温度时本征载流子浓度平方，即，与所含杂质无关。因而，它不但合用于本征半导体材料，并且也合用于非简并杂质半导体材料。意义：可作为判断半导体材料热平衡条件。热平衡条件下，、均为常数，则也为常数，这时单位时间单位体积内产生载流子数等于单位时间单位体积内复合掉载流子数，也就是说产生率不不大于复合率。因而，此式可作为判断半导体材料与否达到热平衡根据式。半导体杂质能级被电子占据几率函数与费米分布函数不同：由于杂质能级和能带中能级是有区别，在能带中能级可以容纳自旋下凡两个电子；而施主能级只能或者被一种任意自旋方向电子占据，或者不接受电子（空）这两种状况中一种，即施主能级不容许同步被自旋方向相反两个电子所占据。因此不能用费米分布函数表达电子占据杂质能级几率。分析杂质半导体掺杂浓度和温度对载流子浓度和费米能级影响。掺有某种杂质半导体载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。对于杂质浓度一定半导体，随着温度升高，载流子则是从以杂质电离为重要来源过渡到以本征激发为重要来源过程，相应地，费米能级则从位于杂质能级附近逐渐移近禁带中线处。譬如n型半导体，在低温弱电离区时，导带中电子是从施主杂质电离产生；随着温度升高，导带中电子浓度也增长，而费米能级则从施主能级以上往下降到施主能级如下；当下降到如下若干时，施主杂质所有电离，导带中电子浓度等于施主浓度，处在饱和区；再升高温度，杂质电离已经不能增长电子数，但本征激发产生电子迅速增长着，半导体进入过渡区，这是导带中电子由数量级相近本征激发某些和杂质电离某些构成，而费米能级则继续下降；当温度再升高时，本征激发成为载流子重要来源，载流子浓度急剧上升，而费米能级下降到禁带中线处这时就是典型本征激发。对于p型半导体，作相似讨论，在受主浓度一定期，随着温度升高，费米能级从在受主能级如下逐渐上升到禁带中线处，而载流子则从以受主电离为重要来源转化到以本征激发为重要来源。当温度一定期，费米能级位置由杂质浓度所决定，例如n型半导体，随着施主浓度增长，费米能级从禁带中线逐渐移向导带底方向。对于p型半导体，随着受主浓度增长费米能级从禁带中线逐渐移向价带顶附近。这阐明，在杂质半导体中，费米能级位置不但反映了半导体导电类型，并且还反映了半导体掺杂水平。对于n型半导体，费米能级位于禁带中线以上，越大，费米能级位置越高。对于p型半导体，费米能级位于中线如下，越大，费米能级位置越低。普通状况下，半导体既具有施主杂质，又具有受主杂质，在热平衡状态下，电中性方程为，此式意义是：同步具有一种施主杂质和一种受主杂质状况下，半导体单位体积内负电荷数（导带电子浓度与电离受主浓度之和）等于单位体内正电荷数（价带空穴浓度与电离施主浓度之和）。施主浓度不不大于受主浓度状况下，分析载流子浓度和费米能级与温度关系。简并半导体载流子浓度：对于n型半导体，施主浓度很高，使费米能级接近或进入导带时，导带底附近底量子态基本上已被电子占据，导带中底电子数目诸多，条件不能成立，必要考虑泡利不相容原理作用。这时，不能再用玻耳兹曼分布函数，必要用费米分布函数来分析导带中电子分布问题。这种状况称为载流子简并化。发生载流子简并化半导体称为基本半导体，对于p型半导体，其费米能级接近价带顶或进入价带，也必要用费米分布函数来分析价带中空穴分布问题。简并时杂质浓度：对n型半导体，半导体发生简并时，掺杂浓度接近或不不大于导带底有效状态密度；对于杂质电离能小杂质，则杂质浓度较小时就会发生简并。对于p型半导体，发生简并受主浓度接近或不不大于价带顶有效状态密度，如果受主电离能较小，受主浓度较小时就会发生简并。对于不同种类半导体，因导带底有效状态密度和价带顶有效密度各不相似。普通规律是有效状态密度小材料，其发生简并杂质浓度较小。难点：能量状态密度与k空间量子态分布即等能面形状关于。在k空间量子态分布是均匀，量子态密度为V（立方晶体体积）。如果计入自旋，每个量子态可以容许两个自旋相反电子占据一种量子态。换言之，k空间每个量子态事实上代表自旋方向相反两个量子态，因此，在k空间，电子容许量子态密度为2V。注意：这时每个量子态最多容纳一种电子。这样，与费米分布函数定义就统一起来了（费米分布函数是能量为E一种量子态被一种电子占据几率）。状态密度表达式推导过程作为课堂讨论课程重点内容之一。导出导带电子浓度基本思路是：和计算状态密度是同样，以为能带中能级是持续分布，将能带提成一种个很小能量间隔来解决。对导带分为无限多无限小能量间隔，则在能量到之间有个量子态，而电子占据能量为量子态几率是，则在到间有个被电子占据量子态，由于每个被占据量子态上有一种电子，因此在到间有个电子。然后把所有能量区间中电子数相加，事实上是从导带底到导带顶对进行积分，就得到了能带中底电子总数，再除以半导体体积就得到了导带中电子浓度。由于费米能级普通在禁带中，导带中能级远高于费米能级，即当时，计算导带电子浓度可用玻耳兹曼分布函数。本征半导体中导带电子浓度等于价带空穴浓度，依照载流子分布函数及费米年间意义可知：本征半导体费米能级应当位于导带底和价带顶之间中间位置，即禁带中央处。只有这样，导带电子和价带空穴才干对称于费米能级，分布在导带和价带中，以满足＝。但是由于导带有效状态密度（）和价带有效状态密度（）中分别具有电子状态浓度有效质量（）和价带空穴状态有效密度（）。由于两者数值上差别，使本征半导体费米能级偏离禁带中央。如果费米能级偏离禁带中很小，可以以为费米能级基本上位于禁带中央；如果和相差很大，本征半导体费米能级就会偏离禁带中央很远。详细状况可用本征半导体费米能级表达式分析(见课后第6题)依照电中性方程导出各个温度区间费米能级和载流子浓度表达式。杂质电离限度与温度、掺杂浓度及杂质电离能关于，温度高、电离能小，有助于杂质电离。但杂质浓度过高，则杂质不能充分电离。普通所说室温下杂质所有电离，事实上忽视了杂质浓度限制。在不同温度区间分析载流子密度和费米能级与温度关系温度区间划分不是咱们老式意义以温度数值范畴来划分，而是通过有关参量比较，把要讨论整个温度范畴划分为极低温区（弱电离）、低温区（杂质电离）……本征激发区。注意两个电中性方程合用条件：杂质所有电离，本征激发可以忽视，即时，电中性方程为，（原始方程为）。杂质所有电离，本征激发不能忽视即掺杂浓度与数值相近，或由于温度升高使数值增大而导致与相近时，电中性方程（原始方程，式中，）。使用上述两个电中性方程时，核心要判断与否要考虑本征激发对电中性方程影响。导体发生简并相应一种温度范畴：用图解办法可以求出半导体发生简并时，相应一种温度范畴。这个温度范畴大小与发生简并时杂质浓度及杂质电离能关于：电离能一定期，杂质浓度越大，发生简并温度范畴越大；发生简并杂质浓度一定期，杂质电离能越小，简并温度范畴越大。本章基本物理概念和问题：费米分布函数、波尔兹曼分布函数、k空间状态密度和能量状态密度概念。电子浓度和空穴浓度乘积与费米能级无关。对一定半导体材料，乘积只决定于温度，与所含杂质无关。而在一定温度下，对不同半导体材料，因禁带宽度不同，乘积也将不同。这个关系式无论是本征半导体还是杂质半导体，只要是热平衡状态下非简并半导体，都普遍合用，在讨论许多许多实际问题时经常引用。对一定半导体材料，在一定温度下，乘积时一定。换言之，当半导体处在热平衡状态时，载流子浓度乘积保持恒定，如果电子浓度增长，空穴浓度就要减小；反之亦然。式和式是热平衡载流子浓度普遍表达式。只要拟定了费米能级，在一定温度时，半导体导带中电子浓度、价带中空穴浓度就可以计算出来。半导体材料制成器件均有一定极限工作温度，这个工作温度受本征载流子浓度制约：普通半导体器件中，载流子重要来源于杂质电离，而将本征激发忽视不计。在本征载流子浓度没有超过杂质电离所提供载流子浓度温度范畴，如果杂质所有电离，载流子浓度是一定，器件就能稳定工作。但是随着温度升高，本征载流子浓度迅速地增长。例如在室温附近，纯硅温度每升高8K左右，本征载流子浓度就增长约一倍。而纯锗温度每升高12K左右，本征载流子浓度就增长约一倍。当温度足够高时，本征激发占重要地位，器件将不能正常工作。因而，每一种半导体材料制成器件均有一定极限工作温度，超过这一温度后，器件就失效了。例如，普通硅平面管采用室温电阻率为1·cm左右原材料，它是由掺入施主杂质锑而制成。在保持载流子重要来源于杂质电离时，规定本征载流子浓度至少比杂质浓度低一种数量级，即不超过。如果也以本征载流子浓度不超过话，相应温度为526K，因此硅器件极限工作温度是520K左右。锗禁带宽度比硅小，锗器件工作温度比硅低，约为370K左右。砷化镓禁带宽度比硅大，极限工作温度可高达720K左右，适当于制造大功率器件。总之，由于本征载流子浓度随温度迅速变化，用本征材料制作器件性能很不稳定，因此制造半导体器件普通都用具有恰当杂质半导体材料。多数载流子和少数载流子（多子和少子）：半导体中载流子为电子和空穴，n型半导体以电子导电为主，电子浓度远不不大于空穴浓度，故称电子为n型半导体多数载流子，简称多子，空穴为n型半导体少数载流子，简称少子；对于p型半导体，空穴为多子，电子为少子。平衡少子浓度正比于本征载流子浓度平方，对于n型半导体，由可得少子浓度，它强烈依赖于温度变化。简并半导体中杂质不能充分电离：通过度析计算，室温下n型硅掺磷，发生简并杂质浓度，经计算，电离施主浓度，硅中只有8.4％杂质是电离，故导带电子浓度。尽管只有8.4％杂质电离，但掺杂浓度较大，因此电子浓度还是较大。简并半导体中杂质不能充分电离因素：简并半导体电子浓度较高，费米能级较低掺杂时，远在施主能级之上，使杂质电离限度减少。简并化条件：简并化条件是人们一种商定，把与相对位置作为区别简并化与非简并化原则，普通商定：，非简并，弱简并，简并注意：在做习题时，一方面要判断题目中给出半导体材料与否发生弱简并或简并。然后才干拟定采用相应关于公式进行解题。本章规定掌握内容及考点：——本章是本课程核心知识章节之一，不但规定掌握基本物理概念和原理，还规定能进行有关参数计算——考题涉及所有题型（必有一道有关计算题）以上基本物理概念和问题理解掌握。掌握费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及费米能级意义。费米能级是一种参照能级，不是电子真实能级，费米能级位置标志了电子填充能级水平。热平衡条件下费米能级为定值，费米能级数值与温度、半导体材料导电类型、杂质浓度及零点选用关于，它是一种很重要物理参数。掌握导带电子浓度和价带空穴浓度公式：，，与分别是导带与价带底有效状态密度，相称于把导带中所有量子态都集中在导带底，而它状态密度为；同理，相称于把价带中所有量子态都集中在价带顶，而它状态密度为。上两式中指数某些是具备玻耳兹曼分布函数形式几率函数，前者是电子占据能量为量子态几率，后者是空穴占据能量为量子态几率。则导带中电子浓度是中电子占据量子态数，价带空穴浓度是中有空穴占据量子态数。可以写出本征半导体电中性方程；熟悉半导体半导体载流子浓度与温度和禁带宽度关系；对的使用热平衡判断式。经惯用到数据最佳要记住。例如，300K时硅、锗、砷化镓禁带宽度分别为1.12ev，0.67ev，1.428ev。本征载流子浓度分别为、、均为实验值。可以写出只掺杂一种杂质半导体普通性电中性方程，若只有施主杂质时，为，若只有受主杂质时为。本征激发可以忽视状况下，例如室温区，电中性条件为；温度较高，杂质所有电离，本征激发不能忽视时，电中性条件为，在这种状况下，应和联立可解出和。在掺杂浓度一定地状况下，可以解释多子浓度随温度地变化关系（如教材图3-11解释）。在一定温度和掺杂浓度条件下，判断半导体所处温度区域，并计算出载流子浓度和费米能级位置。掌握半导体同步具有施主杂质和受主杂质状况下电中性方程普通表达式，能较纯熟地分析和计算补偿型半导体载流子浓度和费米能级。对简并化半导体有最基本结识，其重要特点是掺杂浓度高，使费米能级接近或进入导带或价带。可以纯熟使用简并化条件。第四章半导体导电性本章内容提纲：本章重要讨论载流子运动规律（载流子输运现象）、载流子在电场中漂移运动、迁移率、电导率、散射机构及强电场效应。本章重难点：重点：微分欧姆定律：在半导体中，常遇到电流分布不均匀状况，即流过不同截面电流强度不相等。因此，通惯用电流密度来描述半导体中电流。电流密度是指通过垂直于电流方向单位面积电流，依照熟知欧姆定律可以得到电流密度。它把通过半导体中某一点电流密度和该处电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律微分形式。漂移速度和迁移率：有外加电压时，导体内部自由电子受到电场力作用，沿着电场反方向作定向运动构成电流。电子在电场力作用下这种运动称为漂移运动，定向运动速度称为漂移速度。迁移率为单位场强下电子平均漂移速度。由于电子带负电，因此电子平均漂移速度方向普通应和电场强度方向相反，但习惯上迁移率只取正值。电离杂质散射：施主杂质电离后是一种带正电离子，受主杂质电离后是一种带负电离子。在电离施主或受主周边形成一种库仑势场。这一库仑势场局部地破坏了杂质附近地周期性势场，它就是使载流子散射地附加势场。当载流子运动到电离杂质附近时，由于库仑势场地作用，就使载流子运动地方向发生变化。电离施主和电离受主对电子和空穴散射，它们在散射过程中轨迹是以施主或受主为一种焦点双曲线。常以散射几率P来描述散射地强弱，它代表单位时间内一种载流子受到散射次数。详细分析发现，浓度为电离杂质对载流子散射几率与温度关系为：。晶格散射：晶格散射重要是长纵声学波和长纵光学波。长纵声学波传播时荷气体中声波类似，会导致原子分布疏密变化，产生体变，即疏处体积膨胀，密处压缩，如图4－10（a）所示。在一种波长中，一半处在压缩状态，一半处在膨胀状态，这种体变表达原子间距减小或增大。由第一章懂得，禁带宽度随原子间距变化，疏处禁带宽度减小，密度增大，使能带构造发生波形起伏。禁带宽带变化反映出导带底和价带顶升高和减少，引起能带极值变化。这时，同是处在导带底和价带顶电子或空穴，在半导体不同地点，其能量就有差别。因此，纵波引起能带起伏，就其对载流子作用讲，犹如产生了一种附加势场，这一附加势场破坏了本来势场严格周期性，就使电子从K状态散射到K状态。长纵光学波散射重要发生在离子晶体中。在离子晶体中，每个原胞内由正负两个离子，它们和纵声学波同样，形成疏密相间区域。由于正负离子位移相反，因此，正离子密区和负离子疏区相合，正离子疏区和负离子密区相合，从而导致在一半个波长区域内带正电，另一半个波长区域内带负电，带正负电区域将产生电场，对载流子增长了一种势场作用，这个势场就是引起载流子散射附加势场。平均自由时间和散射几率关系：载流子在电场中作漂移运动时，只有在持续两次散射之间时间内才作加速运动，这段时间称为自由时间。自由时间长短不一，若取极多次而求得其平均值则称为载流子平均自由时间，它与散射几率互为倒数关系。迁移率与平均自由时间和有效质量关系：通过计算外电场作用下载流子平均漂移速度，对于有效质量各向同性电子和空穴，其迁移率分别为和。对等能面为旋转椭球多极值半导体，由于沿晶体不同方向有效质量不同，因此迁移率与有效质量关系稍复杂些。例如对于硅：称为电导迁移率，其值由三个主轴方向三个迁移率线性组合，即，称为电导有效质量，由下式决定：迁移率与杂质浓度和温度关系：对掺杂硅、锗半导体，重要散射机构是电离杂质散射和声学波散射。电离杂质散射特点是随温度升高，迁移率增大，随电离杂质增长迁移率减小；声学波散射特点是随温度升高迁移率下降。同步存在这两种散射机构时，就要考虑它们共同作用对迁移率影响。当掺杂浓度较低时，可以忽视电离杂质影响。迁移率重要受晶格散射影响，即随温度升高迁移率下降；当掺杂浓度较高时，低温时晶格振动较弱，晶格振动散射比电离杂质散射作用弱，重要是电离杂质散射，因此随温度升高迁移率缓慢增大；当温度较高时，随温度升高，晶格振动加剧，晶格散射作用，因此高温时迁移率随温度升高而减少。8、电阻率决定于载流子浓度和迁移率，基本表达式如下：当半导体中电子浓度远不不大于空穴浓度时，n型半导体，电子浓度远不不大于空穴浓度时，p型半导体，电子浓度远不大于空穴浓度时，本征半导体，电子浓度等于空穴浓度时，电阻率与杂质浓度关系：轻掺杂时（例如杂质浓度不大于），室温下杂质所有电离，载流子浓度近似等于杂质浓度，而迁移率随杂质浓度地变化不大，与载流子浓度（即杂质浓度）变化相比较，可以以为迁移率几乎为常数，因此随杂质浓度升高电阻率下降，若对电阻率表达式取对数，则电阻率和杂质浓度关系是线性。掺杂浓度较高时（杂质浓度不不大于），由于室温下杂质不能所有电离，简并半导体中电离限度下降更多，使载流子浓度不大于杂质浓度；又由于杂质浓度较高时迁移率下降较大。这两个因素使电阻率随杂质浓度升高而下降。本征半导体和杂质半导体电阻率随温度变化关系有很大不同：对纯半导体材料，电阻率重要是由本征载流子浓度决定。随温度上升而急剧增长，室温附近，温度每增长，硅本征载流子浓度就增长一倍，由于迁移率只稍有下降，因此电阻率将相应减少一半左右；对锗来说，温度每增长，本征载流子浓度增长一倍，电阻率减少一半。本征半导体电阻率随温度增长而单调地下降，这是本征半导体区别于金属一种重要特性。对杂质半导体由杂质电离和本征激发两个因素存在，又有电离杂质散射和晶格散射两种散射机构存在，因而电阻率随温度变化关系要复杂些。一定杂质浓度硅样品电阻率和温度关系曲线大体分为三个温度区段：低温区段温度很低，本征激发可忽视，载流子重要由杂质电离提供，它随温度升高而增长；散射重要由杂质电离决定，迁移率也随温度升高而增大，因此，电阻率随温度升高而下降。电离饱和区段，温度继续升