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关于半导体光电流测试的问题（和空穴电子对有关）
想要得到的测试就是这种形式的横纵坐标。请教一下这种光电流测试具体怎么操作？越详细越好，他这个是每隔十秒关闭光源的循环测试，是四个样品的测试。我也想请教下这种测试对于光催化来讲分析的意义是什么？小弟才疏学浅，真心希望虫友的不吝赐教。非常感谢
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这个应该是光电性质吧，不太会测。 光电流主要是看半导体材料，在光照条件下，电子对和空穴的复合情况，上面的图说明了没有复合，要是有弯曲，则说明了有复合，而复合对光催化是不利的，希望能帮助到你 : Originally posted by 王晓萌 at
这个应该是光电性质吧，不太会测。 谢谢小萌，是光电性质。 : Originally posted by fehwu at
光电流主要是看半导体材料，在光照条件下，电子对和空穴的复合情况，上面的图说明了没有复合，要是有弯曲，则说明了有复合，而复合对光催化是不利的，希望能帮助到你 没有复合...不会吧？我个人觉得是应该他测试的时候外加了电压，是没有参比电极，只是一个类似于简单的两极和电解质的装置。你说的复合和弯曲的关系我还真不懂...只是凭直觉觉得不可能没有复合的半导体。他的这个10s有无光源的循环，只是从直观上对比了电子空穴产生的速率？是不是有关状态下的减去无光状态下的就是（空穴产生-空穴复合）的差值？弯曲和复合的理论联系您能不能帮我解释下。谢谢了。诚心请教。非常感谢您的回答。 : Originally posted by 爱睡觉的小虫 at
没有复合...不会吧？我个人觉得是应该他测试的时候外加了电压，是没有参比电极，只是一个类似于简单的两极和电解质的装置。你说的复合和弯曲的关系我还真不懂...只是凭直觉觉得不可能没有复合的半导体。他的这个10 ... 我也是在书上看到的，因为我的也要测光电流，有好几种情况，你上面给的图是比较理想的，也有文献里有提到光电流，我再找找，看是怎么解释的，到时候给你链接 : Originally posted by fehwu at
我也是在书上看到的，因为我的也要测光电流，有好几种情况，你上面给的图是比较理想的，也有文献里有提到光电流，我再找找，看是怎么解释的，到时候给你链接... 谢谢fehwu兄弟 可以同时检测光电流和暗电流 : Originally posted by fehwu at
我也是在书上看到的，因为我的也要测光电流，有好几种情况，你上面给的图是比较理想的，也有文献里有提到光电流，我再找找，看是怎么解释的，到时候给你链接... 我也需要啊！是怎么做出来的呢？ : Originally posted by wangdanyu at
我也需要啊！是怎么做出来的呢？... 站内联系 你的不同的样品吗？暗电流布相同要如何比较光电流的强弱呢？ 请问楼主？你做这个光电流瞬态测试是为了看它的什么性能？ 我做的是CoO纳米颗粒，不能涂在板上，要放在溶液里测，求教如何操作啊您的位置： >
关于半导体的一些小常识
关于半导体的一些小常识
　　以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件。非晶态半导体虽然在整体上分子排列无序，但是仍具有单晶体的微观结构，因此具有许多特殊的性质。1975年，英国W.G.斯皮尔在辉光放电分解硅烷法制备的非晶硅薄膜中掺杂成功，使非晶硅薄膜的电阻率变化10个数量级，促进非晶态半导体器件的开发和应用。同单晶材料相比，非晶态半导体材料制备工艺简单，对衬底结构无特殊要求，易于大面积生长，掺杂后电阻率变化大，可以制成多种器件。非晶硅太阳能电池吸收系数大，转换效率高，面积大，已应用到计算器、电子表等商品中。非晶硅薄膜场效应管阵列可用作大面积液晶平面显示屏的寻址开关。利用某些硫系非晶态半导体材料的结构转变来记录和存储光电信息的器件已应用于计算机或控制系统中。利用非晶态薄膜的电荷存储和光电导特性可制成用于静态图像光电转换的静电复印机感光体和用于动态图像光电转换的电视摄像管的靶面。　　具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究，当时很少有人注意，直到1968年S.R.奥弗申斯基关於用硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后，才引起人们对非晶态半导体的兴趣。1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂效应，使控制电导和制造PN结成为可能，从而为非晶硅材料的应用开辟了广阔的前景。在理论方面，P.W.安德森和莫脱，N.F.建立了非晶态半导体的电子理论，并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目前无论在理论方面，还是在应用方面，非晶态半导体的研究正在很快地发展著。　　分类 目前主要的非晶态半导体有两大类。　　硫系玻璃：含硫族元素的非晶态半导体。例如As-Se、As-S，通常的制备方法是熔体冷却或汽相沉积。　　四面体键非晶态半导体。如非晶Si、Ge、GaAs等，此类材料的非晶态不能用熔体冷却的办法来获得，只能用薄膜淀积的办法(如蒸发、溅射、辉光放电或化学汽相淀积等)，只要衬底温度足够低，淀积的薄膜就是非晶态结构。四面体键非晶态半导体材料的性质，与制备的工艺方法和工艺条件密切相关。图1 不同方法制备非晶硅的光吸收系数 给出了不同制备工艺的非晶硅光吸收系数谱，其中a、b制备工艺是硅烷辉光放电分解，衬底温度分别为500K和300K，c制备工艺是溅射，d制备工艺为蒸发。非晶硅的导电性质和光电导性质也与制备工艺密切相关。其实，硅烷辉光放电法制备的非晶硅中，含有大量H，有时又称为非晶的硅氢合金；不同工艺条件，氢含量不同，直接影响到材料的性质。与此相反，硫系玻璃的性质与制备方法关系不大。图2 汽相淀积溅射薄膜和熔体急冷成块体AsSeTe的光吸收系数谱 给出了一个典型的实例，用熔体冷却和溅射的办法制备的AsSeTe样品，它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。　　非晶态半导体的电子结构 非晶态与晶态半导体具有类似的基本能带结构，也有导带、价带和禁带(见固体的能带)。材料的基本能带结构主要取决於原子附近的状况，可以用化学键模型作定性的解释。以四面体键的非晶Ge、Si为例，Ge、Si中四个价电子经sp杂化，近邻原子的价电子之间形成共价键，其成键态对应於价带；反键态对应於导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态，基本结合方式是相同的，只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变，因而它们的基本能带结构是相类似的。然而，非晶态半导体中的电子态与晶态比较也有著本质的区别。晶态半导体的结构是周期有序的，或者说具有平移对称性，电子波函数是布洛赫函数，波矢是与平移对称性相联系的量子数，非晶态半导体不存在有周期性， 不再是好的量子数。晶态半导体中电子的运动是比较自由的，电子运动的平均自由程远大於原子间距；非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减小，当平均自由程接近原子间距的数量级时，在晶态半导体中建立起来的电子漂移运动的概念就变得没有意义了。非晶态半导体能带边态密度的变化不像晶态那样陡，而是拖有不同程度的带尾(如图3 非晶态半导体的态密度与能量的关系 所示)。非晶态半导体能带中的电子态分为两类：一类称为扩展态，另一类为局域态。处在扩展态的每个电子，为整个固体所共有，可以在固体整个尺度内找到；它在外场中运动类似於晶体中的电子；处在局域态的每个电子基本局限在某一区域，它的状态波函数只能在围绕某一点的一个不大尺度内显著不为零，它们需要靠声子的协助，进行跳跃式导电。在一个能带中，带中心部分为扩展态，带尾部分为局域态，它们之间有一分界处，如图4 非晶态半导体的扩展态、局域态和迁移率边 中的和，这个分界处称为迁移率边。1960年莫脱首先提出了迁移率边的概念。如果把迁移率看成是电子态能量的函数，莫脱认为在分界处和存在有迁移率的突变。局域态中的电子是跳跃式导电的，依靠与点阵振动交换能量，从一个局域态跳到另一个局域态，因而当温度趋向0K时，局域态电子迁移率趋於零。扩展态中电子导电类似於晶体中的电子，当趋於0K时，迁移率趋向有限值。莫脱进一步认为迁移率边对应於电子平均自由程接近於原子间距的情况，并定义这种情况下的电导率为最小金属化电导率。然而，目前围绕著迁移率边和最小金属化电导率仍有争论。　　缺陷：非晶态半导体与晶态相比较，其中存在大量的缺陷。这些缺陷在禁带之中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和光学性质有著重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系玻璃，这两类非晶态半导体的缺陷有著显著的差别。　　非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子，正常情况应与近邻的四个硅原子形成四个共价键。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足，而产生一些悬挂键，在中性悬挂键上有一个未成键的电子。悬挂键还有两种可能的带电状态：释放未成键的电子成为正电中心，这是施主态；接受第二个电子成为负电中心，这是受主态。它们对应的能级在禁带之中，分别称为施主和受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况，两个电子间的库仑排斥作用，使得受主能级位置高於施主能级，称为正相关能。因此在一般情况下，悬挂键保持只有一个电子占据的中性状态，在实验中观察到悬挂键上未配对电子的自旋共振。1975年斯皮尔等人利用硅烷辉光放电的方法，首先实现非晶硅的掺杂效应，就是因为用这种办法制备的非晶硅中含有大量的氢，氢与悬挂键结合大大减少了缺陷态的数目。这些缺陷同时是有效的复合中心。为了提高非平衡载流子的寿命，也必须降低缺陷态密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成为目前材料制备中的关键问题之一。　　硫系玻璃中缺陷的形式不是简单的悬挂键，而是“换价对”。最初，人们发现硫系玻璃与非晶硅不同，观察不到缺陷态上电子的自旋共振，针对这表面上的反常现象，莫脱等人根据安德森的负相关能的设想，提出了MDS模型。当缺陷态上占据两个电子时，会引起点阵的畸变，若由於畸变降低的能量超过电子间库仑排斥作用能，则表现出有负的相关能，这就意味著受主能级位於施主能级之下。用 D、D、D 分别代表缺陷上不占有、占有一个、占有两个电子的状态，负相关能意味著：　　2D→D+D　　是放热的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配对电子，所以没有电子的自旋共振。不少人对D、D、D缺陷的结构作了分析。以非晶态硒为例，硒有六个价电子，可以形成两个共价键，通常呈链状结构，另外有两个未成键的 p电子称为孤对电子。在链的端点处相当於有一个中性悬挂键，这个悬挂键很可能发生畸变，与邻近的孤对电子成键并放出一个电子(形成D)，放出的电子与另一悬挂键结合成一对孤对电子(形成D)，如图 5 硫系玻璃的换价对 所示。因此又称这种D、D为换价对。由於库仑吸引作用，使得D、D通常是成对地紧密靠在一起，形成紧密换价对。硫系玻璃中成键方式只要有很小变化就可以形成一组紧密换价对，如图6 换价对的自增强效应 所示，它只需很小的能量，有自增强效应，因而这种缺陷的浓度通常是很高的。利用换价对模型可以解释硫属非晶态半导体的光致发光光谱、光致电子自旋共振等一系列实验现象。　　应用：非晶态半导体在技术领域中的应用存在著很大的潜力，非晶硫早已广泛应用在复印技术中，由S.R.奥夫辛斯基首创的 As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的电可改写主读存储器已有商品生产，利用光脉冲使碲微晶薄膜玻璃化这种性质制作的光存储器正在研制之中。对於非晶硅的应用目前研究最多的是太阳能电池。非晶硅比晶体硅制备工艺简单，易於做成大面积，非晶硅对於太阳光的吸收效率高，器件只需大约1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一种廉价的太阳能电池，现已受到能源专家的重视。最近已有人试验把非晶硅场效应晶体管用於液晶显示和集成电路。
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14半导体物理笔记总结
第二章；1、晶体的基本特点；组成晶体的原子按一定的方式有规则的排列而成、具有；2、[100]6[110]12[111]8SI:；3、晶向指数晶面指数、密勒指数=截距倒数的互质整；4、布拉格定律：2dsin??n?原因：点阵周期；5、能量量子化：孤立原子中的电子能量(状态)是一；6、相同能量的轨道可以不止一个，具有相同能量的轨；?2N?2）7、费米能级：基态下
第二章1、 晶体的基本特点组成晶体的原子按一定的方式有规则的排列而成、具有固定的熔点、方向为各向异性。2、[100]6
SI:两套面心立方点阵沿对角线平移1/4套构成3、晶向指数 晶面指数、密勒指数=截距倒数的互质整数4、布拉格定律：2dsin??n?
原因：点阵周期性5、能量量子化：孤立原子中的电子能量(状态)是一系列分离的能量的确定值（不连续），称为能级。6、相同能量的轨道可以不止一个，具有相同能量的轨道的数目称为简并度。?2N?2） 7、费米能级：基态下最高被充满能级的能量?F?2m2L8、电子的波函数是两个驻波，两个驻波使电子聚集在不同的空间区域内，因此考虑到离子实的排列，这两个波将具有不同的势能值。这就是能隙起因。晶体中电子波的布拉格反射――周期性势场的作用。9、共有化运动：晶体中原子上的电子不完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，结果电子可以在整个晶体中运动。原因：电子壳层有一定的交叠。10、原子轨道线性组合法11、主量子数：决定电子出现几率最大的区域离核的远近(或电子层)，并且是决定电子能量的主要因素；副量子数：决定原子轨道（或电子云）的形状，同时也影响着电子的能量；磁量子数：决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子数：决定电子自旋的方向；12、自由电子模型：组成晶体的原子中束缚得最弱的电子在金属体内自由运动。原子的加点字成为传导电子。在自由电子近似中略去传导电子和离子实之间的力；在进行所有计算时，仿佛传导电子在样品中可以各处自由移动。总能量全部是动能，势能被略去。 自由电子费米气体是指自由的、无相互作用的、遵从泡利不相容原理的电子气13、近自由电子近似：当周期势场起伏很小时，电子在势场中运动，可将势场的平均值U0代替晶格势Ur作为零级近似，将周期的起伏Ur―U0作为微扰处理。可解释金属价电子能带。把能带电子看做仅仅是受到离子实的周期性势场微扰。14、紧束缚电子近似：布洛赫提出的第一个能带计算方法。电子在某一个原子附近时，将主要受到该原子场的作用，其它原子场的作用可看做一个微扰作用。可以得到电子的原子能级与晶体中能带之间的相互联系。
可以解释半导体和绝缘体中所有原子以及过渡金属的能带，也能解释金属中内层电子的能带。三四章1、 布洛赫本征态叠加构成波包，波包与经典粒子对应。仅当波包比原胞大得多时，晶体中的电子可用波包运动规律描述。2、 电子在导带底的有效质量为正值，价带顶的有效质量为负值。F、w、E、k、v、m、a的关系。E~k、v~k、m~k曲线图。价带顶的空穴质量为正值。3、 满带中的电子不导电，群速度为零。4、 E~k关系是各项异性的。回旋共振，硅：[111]1个峰
[110]2个峰
[100]2个峰，等能面为6[100]个椭球.锗为8[111]个半个椭球，即4个椭球。砷化镓，等能面为一个球面。硅和锗，不考虑自旋，价带三度简并，重空穴、轻空穴、自旋轨道耦合作用出现了第三种空穴。5、 施主杂质、受主杂质、电离能、离化态、束缚态、浅能级、深能级、N型、P型等概念。6、直接间隙半导体：价带顶部与导带最低处发生在相同动量处（p=0），当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换，这类半导体成为直接间隙半导体。砷化镓是直接间隙半导体。 间接带隙半导体：价带顶和导带底发生在动量不同处，当电子从硅的价带顶转换到导带最低点时，不仅需要能量转换，还需要动量转换，这类半导体称为间接带隙半导体。硅和锗。7、 杂质补偿作用：如果在半导体中既掺入施主杂质，又掺入受主杂质，施主杂质和受主杂质具有相互抵消的作用，称为杂质的补偿作用。杂质补偿度计算公式。点缺陷：弗伦格尔缺陷、肖特基缺陷。整体位错、刃型位错、螺旋位错。 晶向和晶面? 晶体是由晶胞周期性排列而成，所以整个晶体如同网格。晶体中原子（离子）重心位置称为格点，所有格点的总体称为点阵。? 对立方晶系，晶胞内任取一个格点为原点，取立方晶胞三个相互垂直的边作为三个坐标轴，称为晶轴。此时三轴长度相等为a，定义a为晶轴单位???长度，长度为a的晶轴记为三个基本矢量a、b、c。? 晶格中任意两格点可连成一条直线并且通过其他格点还可以作出许多条与此相平行的直线，从而晶格中的所有格点可以看成全部包含在这一系列相互平行的直线系上，称为晶列，晶列的取向叫晶向。? 晶体中格点可视为全部包含在一系列平行等间距的平面族上――晶面族? 取晶面与三个晶轴的截距r、s、t的倒数的互质整数h、k、l称为晶面指数或miller指数，记作：（k h l）。若晶面与某晶轴平行，则其对应指数为零。同类晶面记作{ k h l }。? 立方晶系中晶列指数和晶面指数，相同的晶向和晶列之间是相互垂直的，即：(111)⊥ [111]§1. 半导体的电子状态与能带8 1、 原子中的电子状态 422 对单电子原子，其电子状态En?(?m0q/8q0h)?1/n 2↓-13.6eV孤立原子的电子状态是不连续的，只能是各个分立能量确定值――称为能级 对多电子原子，其能量也不连续，由主量子数，副量子数，磁量子数，自旋量子数决定2、 自由电子的状态（一维）h2d?由薛定谔方程;??V(x)??E? 2m0dx若恒定势场V(x)=0，则可解得：?(x)?Aei2?kx若显含时间，则?(x,t)?Aei2?(kx??t)，?为频率? 自由电子的能量状态是连续的，随着k的连续变化而连续。波矢k也具有量子数的作用3、 半导体中的自由电子状态和能态势场 → 孤立原子中的电子――原子核势场+其他电子势场下运动K 自由电子――恒定势场（设为0）K 半导体中的电子――严格周期性重复排列的原子之间运动.晶体中的薛定谔方程及其解的形势V(x)的单电子近似：假定电子是在①严格周期性排列②固定不动的原子核势场③其他大量电子的平均势场下运动。
↓（理想晶体）
（忽略振动）意义：把研究晶体中电子状态的问题从原子核―电子的混合系统中分离出来，把众多电子相互牵制的复杂多电子问题近似成为对某一电子作用只是平均势场作用。h22????V(x)??E? 2m0其中V(x)?V(x?sa)，s:整常数，a:晶格常数――晶体中的薛定谔方程这个方程因V(x)未知而无法得到确定解? 布洛赫定理：具有周期势场的薛定谔方程的解一定是如下形式：?(x)?uk(x)ei2?kx，其中uk(x)?uk(x?na)，n取正整数uk是调制振幅，周期性包络。具有调制振幅形式的波函数称为布洛赫波函数 讨论：①自由电子的波函数恒定振幅，半导体中的电子波函数周期振幅――?两者形式相似，表示了波长??1/k沿k方向传播的平面波。但自由电子的恒定振幅A被晶体中电子的周期性调制振幅所取代。?2
②自由电子在空间内任一点出现几率(x)?(x)相等为A,做自由运动。晶体中电子空间一点出现几率为uk(x)uk(x)，具有周期性，是与晶格同周期的周期函数――反映了电子不再局限于某一个原子上，而具体是从一个原子“自由”运动到其他晶胞内对应点的可能性――称为晶体中电子共有化运动③布洛赫波函数中的k也具有量子数的作用，不同的k反映不同的共有化运动状态。.两种极端情况a. 准自由电子近似：设将一个电子“放入”晶体中，由于晶格的存在，电子波的传播受到晶格原子的反射，当满足布拉格反射条件时，形成驻波。一维晶格中的布拉格反射条件k?n/2a，n=1，2，3???. ?d?1dE,E?h?，V? dkhdkndE?0，出现能量间断 考虑驻波条件，可得，当k?时，2adk电子运动速度V?? 能带是由10数量级的密集能级组成b. 紧束缚近似从孤立原子出发，晶体是由原子相互靠拢的结果，电子做共有化运动，能级必须展宽为能带。?t?E~? →孤立原子：?t??，?E?0（能级）K晶体中：
?t有非零值，?E不趋向于零（能带）结论：晶体中电子状态不同于孤立原子中电子状态（能级），也不同于自由电子状态（连续E ~ k关系），晶体中形成了一系列相间的允带和禁带。. 布里渊区与能带? E~ k的周期区间称为布里渊区结论：①k?22n处能量出现不连续，形成一系列相间的允带和禁带，禁带2an出现在k?处，布里渊区的边界上 2a②一个布里渊区对于一个能带③E(k)状态是k的周期函数
E(k)?E(k?n) a④第一布里渊区称为简约布里渊区. 能带中的量子态数及其分布↓一个能带中有多少允许的k值以一维晶格为例：根据循环边界条件――晶体第一个和最后一个原子状态相同，??k(x)?uk(x)ei2?kx??k(x)?uk(0)??k(L)?uk(L)ei2?kLL?N?auk(0)?uk(L)?ei2?kL?1 ?2?kL?2?n，k=1，2，3??.. n，n的取值与原子数数量相等 N?a
?k?n/L?k在布里渊区是量子化的且k的取值在布里渊区内是均匀分布的结论：1. 每个布里渊区内有N个k状态，它们均匀分布在k空间；每一个k状态内有N个能级。每个能级允许容纳自旋方向相反的2个电子。（N是原子总数，也就是固体物理学元胞数）2. 每个允带中电子的能量不连续，允带中许多密集的能级组成，通常允带宽度在1eV左右（外层）能级间隔为1/10eV数量级――准连续4、导体、半导体、绝缘体的能带? 能带论认为电子参与导电是由于在外力作用下电子状态以及分布发生变化。a. 满带中的电子在外力作用下不导电
dE?fds?fvdt?f221dEdt hdkfdk?q???――电子在k空间匀速运动 hdth外电场存在时不改变布里渊区电子的分布状态，所以电子尽管运动但不导电。b. 半满带中电子在外力作用下可参与导电? 电子能量状态和分布都发生变化，所以导电。c. 导体、半导体、绝缘体的能带? 因为电子对电子加速，电子的状态和速度都发生变化? 能带论认为，电子从一个能级跃迁到另一能级? 晶体能够导电是因为电子加速，所以跃迁，内层电子位于满带的能级上，所以内层电子不参与导电? 半导体中其导电作用的电子只集中在能量极值附近T&0K时，半导体内满带电子获得能量发生跃迁K满带变半满带，剩余电子参与导电――用p描述K空带变半满带，空带电子参与导电――用n描述? 绝缘体与半导体的唯一区别在绝缘体的禁带宽度远大于半导体，如室温下Si：Eg?1.12eV，金刚石Eg?6~7eV包含各类专业文献、中学教育、各类资格考试、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、14半导体物理笔记总结等内容。　
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半导体制冷片对电子元件降温效果的试验研究
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