第02章 半导体材料的基本性质-2015.03.18(1)

第02章半导体材料的基本性质主讲：郝亚非第二章半导体材料的基本性质2.1半导体的晶体结构2.2半导体的能带结构2.3半导体的杂质和缺陷2.4半导体的电学性质2.5半导体的光学性质教学基本要求1、掌握半导体材料的晶体结构和晶体类型2、掌握半导体材料的电子状态、能带结构、载流子3、理解半导体的杂质和缺陷4、掌握本征半导体和杂质半导体的概念5、理解半导体的电学性质与半导体中杂质、载流子的关系6、理解半导体的光学性质与半导体能带结构的关系2.1半导体的晶体结构2.1.1晶体2.1.2晶体结构2.1.3晶体类型2.1.1晶体晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质，具有规则几何外形。晶体之所以具有规则的几何外形，是因其内部的质点作规则的排列，实际上是晶体中最基本的结构单元重复出现的结果。晶胞参数我们把晶体中重复出现的最基本的结构单元叫晶胞。构成晶胞的六面体的三个边长a、b、c及三个夹角α、β、γ称为晶胞参数。它们决定了晶胞的大小和形状。七大晶系晶系晶轴夹角立方a=b=cα=β=γ=900四方a=b≠cα=β=γ=900正交a≠b≠cα=β=γ=900三方a=b=cα=β=γ≠900六方a=b≠cα=β=900，γ=1200单斜a≠b≠cα=γ=900，β≠900三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠9002.1.3晶体结构一般表达一个晶体结构，需要给出：

1.晶系；

2.晶胞参数；

3.晶胞中所包含的原子或分子数Z；

4.特征原子的坐标。（1）晶胞中质点的占有率体心面心棱边顶角立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8（2）密排堆积方式密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。常见的密排堆积方式的种类有：简单立方堆积体心立方堆积面心立方堆积密排六方堆积金刚石型堆积简单立方堆积体心立方堆积面心立方堆积密排六方堆积金刚石型堆积109º28´半导体的晶体结构结构类型半导体材料金刚石型Si，金刚石，Ge闪锌矿型GaAs，ZnO，GaN，SiC纤锌矿型InN，GaN，ZnO，SiCNaCl型PbS，CdO1、金刚石型结构和共价键化学键:

构成晶体的结合力.共价键:

由同种晶体组成的元素半导体,其原子间无电负性差,它们通过共用一对自旋相反而配对的价电子结合在一起.材料：金刚石、硅、锗共价键的特点饱和性方向性正四面体结构金刚石型结构的晶胞顶角1/4对角线面心晶格常数a(埃)SiGeGaAs5.430895.657545.6419硅的原子密度5.00x1022cm-3锗的原子密度4.42x1022cm-3两原子间最短距离硅：0.235nm锗：0.245nm金刚石型结构的晶胞2、闪锌矿结构和混合键材料:Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体

例:ZnS、ZnSe、GaAs、GaP闪锌矿结构的结晶学原胞化学键:

共价键+离子键

(共价键占优势）闪锌矿结构的结晶学原胞极性半导体共价结合占优势，化合物倾向于构成闪锌矿结构离子性结合占优势，化合物倾向于构成纤锌矿结构3、纤锌矿型结构材料:Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体

例:ZnS、ZnSe、CdS、CdSe第02章半导体材料的基本性质化学键:

共价键+离子键(离子键占优势）4、氯化钠型结构不以四面体结构结晶材料:IV-Ⅵ族二元化合物半导体

例:硫化铅、硒化铅、碲化铅等Na离子面心立方晶格与Cl离子面心立方晶格相互位移二分之一晶格常数套构而成。2.1.3晶体类型金属晶体通过金属键而形成的晶体离子晶体通过离子键而形成的晶体分子晶体通过分子间作用力而形成的晶体原子晶体（共价晶体）通过共价键形成的晶体混合晶体同时存在几中化合键2.2半导体的能带结构2.2.1原子结构和原子能级2.2.2半导体的电子状态2.2.3半导体的能带结构2.2.4半导体的载流子2.2.1单原子结构波尔理论①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量②基态：能量最低；能级：轨道的不同能量状态；激发态：电子被激发到高能量轨道上③激发态的电子不稳定，跃迁到低能级，以光的形式释放能量。电子原子核原子能级结构图基态激发态E1＝－13.6eVE2＝－3.4eVE3＝－1.51eVE4＝－0.85eV多电子原子能级晶体是由大量的原子组成，由于原子间距离很小，原来孤立原子的各个能级将发生不同程度的交叠：1.电子也不再完全局限于某一个原子，形成“共有化”电子。2.原来孤立的能级便分裂成彼此相距很近的N个能级，准连续的，可看作一个能带原子能级分裂为能带原子能级能带允带禁带允带允带禁带晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场以及其它大量电子的平均势场中运动大量电子的平均势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格的周期相同。因而可以先分析自由电子的状态，接着再考虑加上一个平均场后的电子状态2.2.2半导体的电子状态（1）自由电子的薛定谔方程自由电子与时间因素无关，因而波函数可以表示为：自由电子所遵守的薛定谔方程为：（1）自由电子的电子状态粒子：质量为m0，速度为v波：波矢为k，

频率为f波粒二象性自由电子E与k的关系自由电子的能量E与波矢量k的关系呈抛物线形状。波失k可以描述自由电子的运动状态不同的k值标志自由电子的不同状态波失k的连续变化，自由电子的能量是连续能谱，从零到无限大的所有能量值都是允许的。Ek（2）晶体中的电子状态在自由电子的薛定谔方程上再考虑一个周期性势场晶体中电子所遵守的薛定谔方程为：晶体中电子的E(k)与K的关系EkEgp/a2p/a-p/a-2p/a0布里渊区晶体中电子的能量E和波失k的关系曲线基本和自由电子的关系曲线一样，但在时，能量出现不连续，形成了一系列的允带和禁带。每一个布里渊区对应于一个允带禁带出现在处，即出现在布里渊区边界上2.2.3半导体中的电子分布能带允带禁带允带允带禁带电子分布原则1.最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。2.Pauli不相容原理每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。3.Hund规则

在能级简并的轨道上，电子尽可能自旋平行地分占不同的轨道；全充满、半充满、全空的状态比较稳定2.2.4半导体的载流子电子空穴（1）电子价带顶部的电子被激发到导带后，形成了传导电子传导电子参与导电电子带有负电荷－q传导电子价带导带禁带（2）空穴价带顶部的电子被激发到导带后，价带中就留下了一些空状态激发一个电子到导带，价带中就出现一个空状态把价带中空着的状态看成是带正电的粒子，称为空穴空穴不仅有正电荷＋q，还具有正的有效质量。价带导带禁带空穴半导体的导电特征导带上的电子参与导电价带上的空穴也参与导电半导体具有电子和空穴两种载流子金属只有电子一种载流子2.2.5半导体的能带结构Eg<6eVEg绝缘体半导体价带导带导体直接带隙和间接带隙直接带隙半导体和间接带隙半导体价带的极大值和导带的极小值都位于k空间的原点上价带的电子跃迁到导带时，只要求能量的改变，而电子的准动量不发生变化，称为直接跃迁直接跃迁对应的半导体材料称为直接禁带半导体例子：GaAs，GaN，ZnO价带的极大值和导带的极小值不位于k空间的原点上价带的电子跃迁到导带时，不仅要求电子的能量要改变，电子的准动量也要改变，称为间接跃迁间接跃迁对应的半导体材料称为间接禁带半导体例子：Si，Ge2.3半导体中的杂质和缺陷2.3.1本征半导体2.3.2n型半导体2.3.3p型半导体2.3.1本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。本征半导体也存在电子和空穴两种载流子但电子数目n和空穴数目p一一对应，数量相等，n＝p。价带导带禁带空穴传导电子实际晶体不是理想情况1.原子并不是静止在具有严格周期性的晶格格点位置上，而是在平衡位置附近振动；2.半导体材料并不是纯净的，而是含有若干杂质；

3.实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而是存在着各种缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷2.3.2杂质半导体为了控制半导体的性质而人为的掺入杂质，这些半导体称为杂质半导体，可以分为：N型半导体和P型半导体后面以硅掺杂为例子进行说明硅是化学周期表中的第IV族元素，每一个硅原子具有四个价电子，硅原子间以共价键的方式结合成晶体。2.3.3N型半导体P是第V族元素，每一个P原子具有5个价电子P替位式掺入Si中，其中四个价电子和周围的硅原子形成了共价键，还剩余一个价电子相当于形成了一个正电中心P＋和一个多余的价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5额外的电子N型半导体的概念在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。V族杂质在硅中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称为施主杂质。施主电离能和施主能级多余的价电子束缚在正电中心P＋的周围，但这种束缚作用比共价键的弱得多，只要很少的能量就可以使它摆脱束缚，形成导电电子。使价电子摆脱束缚所需要的能量称为杂质电离能ECEVEDEgEV－－价带能级EC－－导带能级ED－－施主能级Eg－－带隙宽度多子和少子N型半导体中，自由电子浓度远大于空穴的浓度，即n<<p。电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。2.3.4P型半导体B是第III族元素，每一个B原子具有3个价电子B替位式掺入Si中，当它和周围的原子形成了共价键时，还缺少一个价电子，必须从别处硅原子中夺取一个价电子，于是在硅晶体的共价键中产生了一个空穴相当于形成了一个负电中心B－和一个多余的空穴额外的空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3P型半导体的概念在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，即构成P型半导体(或称空穴型半导体)。常用的3价杂质元素有硼、镓、铟等III族杂质在硅中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心，称为受主杂质。受主电离能和受主能级多余的空穴束缚在负电中心B－的周围，但这种束缚作用比共价键的弱得多，只要很少的能量就可以使它摆脱束缚，形成导电空穴。使空穴摆脱束缚所需要的能量称为受主杂质电离能ECEVEDEgEV－－价带能级EC－－导带能级ED－－施主能级Eg－－带隙宽度自补偿效应有些半导体中，既有n型杂质又有p型杂质N型杂质和P型杂质先相互补偿，称为自补偿效应。ECEVEgEDEcED电离施主电离受主Ev3.杂质的补偿作用(1)ND＞NA半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间有互相抵消的作用此时为n型半导体n=ND-NAEAEcEDEAEv电离施主电离受主(2)ND<NA此时为p型半导体

p=NA-ND(3)ND≈NA杂质的高度补偿EcEvEAED不能向导带和价带提供电子和空穴热平衡条件ni为本征载流子浓度温度一定时，两种载流子浓度乘积等于本征浓度的平方。本征半导体n型半导体p型半导体电中性条件

整块半导体的正电荷量与负电荷量恒等。2.4半导体的导电性2.4.1欧姆定律2.4.2电导率2.4.3霍尔效应2.4.1欧姆定律欧姆定律

R是比例系数，称为导体的电阻，单位为欧姆（Ω）电阻的大小不仅与导体的电性能有关，还与导体的面积S、长度L有关。

ρ称为电阻率，单位为（Ω·cm）电流密度电流密度是指通过垂直于电流方向的单位面积的电流均匀导体，电流密度电场强度欧姆定律的微分形式LVE迁移率假设电子平均速度为vd，电子浓度为n，电流密度为平均速度和电场强度成正比电流密度电导率称为电子迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度2.4.2电导率电子的电导率

n是电子浓度，是电子的迁移率空穴的电导率

p是电子浓度，是电子的迁移率本征半导体的电导率本征半导体，n＝pN型半导体，n<<pP型半导体，n<<p2.4.3霍尔效应1879年，24岁的美国人霍尔在研究载流导体在磁场中所受力的性质时，发现“电流通过金属，在磁场作用下产生横向电动势”，这个效应后来被称为霍尔效应。霍尔效应是测量半导体材料导电类型、载流子浓度和迁移率等基本性能和霍尔效应器件应用的基础。第02章半导体材料的基本性质BzdbVHIlBAzyx○+_fεxfLfEy1.P型半导体霍耳效应的形成过程

一、P型半导体霍尔效应

电场力：fε=qEx

磁场力：fL=qVxBz

y方向的电场强度为：Ey（霍耳电场）

平衡后：

fExfLqEy

令：

（RH）P为P

型材料的霍尔系数。

2.求霍尔系数(RH)P和载流子浓度p设样品长度为l，宽度为b，厚度为d：VH为霍尔电压

3.求霍尔角θ及空穴迁移率μ和电导率σ

ExEyqEyfLEθP型材料：

J第02章半导体材料的基本性质1．霍尔效应的形成过程ExEyEJ

两种载流子同时存在霍尔效应？自学1．霍尔效应的形成过程及霍尔系数RH－y方向洛伦兹力引起的空穴电流密度+y方向(2)y方向上的电子电流密度(Jn)yy方向总的空穴电流密度为1/TRH(－)本征半导体RH

与T

的关系(2)p型半导体

●

饱和区

●过渡区

T↑,p-nb2↓但p-nb2<0，RH<0，且RH

当nb2=p时，RH＝0

T↑↑，

nb2<p，RH<0但nb2↑，|RH|↑

当时，RH达到负的最大值1/TRH(+)(+)(－)(－)●本征区饱和区P型半导体RH

与T

的关系(3)N型半导体

●饱和区●温度再升高，少子浓度升高

无论温度多高，RH始终小于0，并且随T升高，始终下降。1/TRH(－)(－)饱和区N型半导体RH

与T

的关系●ND或NA升高，RH下降，RH～T变化规律一样霍尔效应测量中的副效应在霍尔效应产生的同时，会伴随其他效应，这些效应是霍尔效应测量中系统误差的主要来源，对测量的准确度影响很大，系统误差的处理是霍尔效应测量中的一个重要问题。影响霍尔效应测量准确度的几种效应：（1）不等位电势（2）爱廷豪森效应（3）能斯托效应（4）里纪—勒杜克效应（1）不等位电势由于测量霍尔电压的电极A和A‘位置难以做到在一个理想的等势面上,因此当有电流IS通过时,即使不加磁场也会产生附加的电压V0=ISr,其中r为A、A’所在的两个等势面之间的电阻。不等位电压产生的原因主要有工艺误差如电极定位误差、杂质扩散不均匀引起的误差、外界机械压力通过压阻效应造成的偏差等。第02章半导体材料的基本性质（2）爱廷豪森效应从微观来看,当霍耳电压达到一个稳定值VH

时,速度为v的载流子的运动达到动态平衡。但载流子速度服从统计分布,有快有慢,达到动态平衡时,在洛仑兹力和霍耳电场的共同作用下,速度大的载流子所受的洛仑兹力大于电场力,而速度小的载流子所受的洛仑兹力小于电场力,因而速度大的载流子会聚集在半导体材料的一侧,而速度小的载流子聚集在另一侧,又因速度大的载流子的能量大,所以速度大的粒子聚集的一侧温度高于另一侧。由于测量电极和半导体两者材料不同,电极和半导体之间形成温差电偶,这一温差产生温差电动势VE,这种由于温差而产生电势差的现象称为爱廷豪森效应。VE

的大小和正负号与IS、B的大小和方向有关,跟VH与IS

、B的关系相同,所以不能在测量中消除。第02章半导体材料的基本性质（3）能斯托效应在半导体试样上引出测量电极时,不可能做到接触电阻完全相同。当工作电流IS通过不同接触电阻时会产生不同的焦耳热,并因温差产生一个温差电动势,此电动势又产生温差电流Q(称为热电流),沿X方向的热流Q，在Z方向的磁场B作用下发生偏转，在Y方向直接产生一附加的电场E，产生附加电势差VN,这就是能斯托效应。它与电流IS无关,与磁场B有关。（4）里纪—勒杜克效应由能斯脱效应产生的热电流也有爱廷豪森效应。样品沿X方向有温度梯度，引起载流子沿梯度方向扩散而有热流Q通过样品，在此过程中，载流子受Z方向的磁场作用下，在Y方向引起类似于爱廷豪森效应的温度差VR,称为里纪-勒杜克效应。

VR

与IS无关,只与磁场B有关。这四种效应所产生的电势差总和，有时甚至远大于霍尔电势差，从而形成系统误差副效应的消除方法（1）不等位电势的减小措施

V0只与电流IS的方向有关,与磁场B的方向无关,因此V0

可以通过改变IS的方向予以消除。这种方法,没有给电路带入任何新的附加,却基本上能满足测试要求。所以,一般对半导体材料进行参数测试采用这种方法就可以。（2）能斯托效应和里纪-勒杜克效应的减小措施能斯托效应和里纪-勒杜克效应均和霍尔工作电流IS无关,而只与磁感应强度B有关。所以,采用电流和磁场换向的对称测量法减小这两个效应的影响。

测量时首先任取某一方向的IS

和B为正,用+B、+IS表示,当改变它们的方向时为负,用-B、-IS

表示,保持IS、B的数值不变,在(+B、+IS)、

(-B、+IS)、(-B、-IS)、(+B、-IS)四种条件进行测量,则测量结果分别为:当+B、+IS时V1=VH+V0+VE+VN+VR

当-B、+IS

时V2=-VH+V0-VE-VN-VR当-B、-IS

时V3=VH-V0+VE-VN-VR当+B、-IS

时V4=-VH-V0-VE+VN+VR从上述结果中消去V0

、VN

和VR,得到VH=（1/4）(V1-V2+V3-V4)-VE

经过处理后,不等位电压V0、能斯托效应叠加的电势VN

和里纪-勒杜克效应叠加的电势VR

都已经基本消除。VH=（1/4）(V1-V2+V3-V4)–VE由于VE符号与和两者方向的关系和VH是相同的，故无法消除，但在非大电流，非强磁场下，VH<<VE

，因此可略而不计，所以霍尔电压为四、霍尔效应的应用1．判别极性，测半导体材料的参数（n,p,)2．霍尔器件

3．探测器

2.5半导体的光学性质2.5.1光的基本性质2.5.2光与原子的相互作用2.5.3半导体的光学性质2.5.1光的基本性质光色波长(nm)

频率(Hz)中心波长(nm)

红760~622660

橙622~597610

黄597~577570

绿577~492540

青492~470480

兰470~455460

紫455~4004302.5.2光与原子的相互作用受激吸收自发辐射受激辐射受激吸收原子吸收能量为hv=E2－E1的光子，从低能级E1跃迁到高能级E2的过程称为光的吸收，又称为受激吸收。特点：

1.不是自发产生的，必须有外来光子的“刺激”才会产生

2.外来光子必须符合hv=E2－E1的条件。hnE2E1自发辐射原子自发地从高能级返回到低能级并放出光子的过程，称为自发辐射特点：

1.原子的跃迁是自发的、独立的，与外界作用无关；

2.光的振动方向、相位都不一定相同，不是相干光。hnE2E1受激辐射1905年，爱因斯坦提出光量子的假设，成功解释了光电效应1917年，爱因斯坦又从纯粹的热力学出发，用具有分立能级的原子模型推到普朗克辐射公公式，预言了受激辐射的存在四十年后，第一台激光器诞生，爱因斯坦的这一预言得到了有力的证实。hnE2E1hn全同光子受激辐射能量为hv的光子照射进来，电子被这一光子激发而从E2能级跳到E1能级，并发射一个光子，称为受激辐射。特点：

1.受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、相位及传播方向均相同

2.具有光的放大作用。hnE2E1hn全同光子半导体的光学性质

半导体的光吸收半导体的光电导半导体的光生伏特效应半导体发光及半导体激光

第02章半导体材料的基本性质半导体的光吸收

吸收系数，反射系数和透射系数1半导体的光吸收系数用透射法测定光在媒质（半导体）中的衰减时发现，光的衰减与光强成正比，若引入正比例系数α（光吸收系数）光强在半导体媒质中的衰减规律I0表示在表面（x=0）处入射光的强度α的物理意义：光入射到半导体内被吸收，使光强减小到原值的1/e时，光波在半导体中所传播的距离即是吸收系数的倒数。由电磁场理论，光波在媒质（半导体）中传播，光强I随传播距离x的变化式中，ω为光波角频率；c为光速；k为消光系数

吸收系数表示式

λ为入射光在自由空间的波长,k为媒质的消光系数。对于吸收系数很大的情况（例如），光的吸收实际上集中在晶体很薄的表面层里。2反射系数和透射系数当光波（电磁波）照射到导电媒质界面时，必然发生反射和折射。考虑光从空气垂直入射于折射率N=n-ik的媒质界面时：

反射系数：指界面反射能流密度和入射能流密度之比，用R表示（n为媒质折射率）

透射系数：指透射能流密度和入射能流密度之比值，用T表示（d是半导体样品厚度）光吸收:光在电介质中传播时强度衰减的现象，即产生光的吸收。电子吸收光子能量后将发生不同的跃迁1.本征吸收：电子由价带向导带的跃迁所引起的光吸收，它是最重要的吸收，又叫基本吸收。本征吸收的特点是产生电子-空穴对，从而引起光电导。半导体的光吸收

本征吸收⑴不同能带的状态之间；⑵同一能带的不同状态之间；⑶禁带中能级与能带之间2.本征吸收长波限3.吸收谱μm本征吸收直接跃迁直接跃迁（竖直跃迁）

概念：在本征吸收过程中，价带中的一个电子仅仅只吸收一个光子，而不涉及与晶格振动交换能量，便被激发到导带中去的跃迁过程。跃迁前后能量改变为跃迁前后动量没有改变

——电子跃迁前后波矢k没有发生改变直接带隙材料：导带极小值和价带极大值都处于同一波矢k的半导体材料（GaAs,GaSb等）直接跃迁的吸收光谱是连续的吸收带，对于直接带隙半导体可以从光吸收的测量来求得禁带宽度的数值。间接跃迁间接跃迁（非竖直跃迁）概念：在半导体本征吸收过程中电子激发，不但吸收光子的能量而且还与晶格热振动交换能量的跃迁过程。跃迁前后能量改变为跃迁前后动量没改变

比本征吸收限波长还长的光子也能被吸收，因为还存在其他吸收过程，如：激子吸收、自由载流子吸收、杂质吸收及晶格振动吸收。1.激子吸收

如果光子能量hν小于Eg，价带电子受激发后虽然跃出了价带，但还不足以进入导带成为自由电子，仍然受到价带空穴的库仑作用。受激电子和空穴互相束缚而结合在一起成为一个新的系统，称为激子。这样的光吸收称为激子吸收。实验证明，在低温下某些晶体在本征连续吸收光谱出现之前，即hν0<Eg时，已出现一系列光谱线，便是激子吸收谱线，对应于激子吸收并不产生光电导现象。半导体的光吸收---其他吸收过程2.自由载流子吸收

对重掺杂的n型半导体或重掺杂的p型半导体，n型半导体中的电子或p型半导体中的空穴都出现载流子的简并化。

这样n型半导体的电子可以吸收光子的能量之后发生在导带中不同能级之间的跃迁，而将能量转给晶格；同样p型半导体的空穴也可以吸收光子的能量之后发生在价带中不同能级之间的跃迁，而将能量转给晶格，这样的光吸收过程都是自由载流子在同一能带内的跃迁引起的，称为自由载流子吸收。自由载流子吸收是在同一能带中发生不同状态（能级）之间的跃迁，因此吸收的光子能量不需要很大，所以吸收光谱一般在红外范围，并且随着波长增大而加强。3.杂质吸收

当温度较低时，半导体施主能级上束缚的电子（或受主能级上束缚的空穴）没有电离，被束缚的电子（或被束缚的空穴）吸收光子的能量之后，可激发到导带（或价带）中去，这样的光吸收过程称为杂质吸收。杂质吸收也具有长波限hν0=Ei（杂质电离能），吸收光谱主要集中在吸收限Ei附近。4.晶格吸收

半导体晶格热振动也可引起对光的吸收，光子能量直接转变为晶格热振动的能量，使半导体的温度升高，这样的光吸收过程称为晶格吸收。晶格吸收光谱在远红外范围，对于离子晶体或离子性较强的化合物具有较明显的晶格吸收作用。

光吸收可能使半导体中形成非平衡载流子，而载流子浓度的增大必使其电导率发生改变。因此，光照射半导体，使其电导率增加的现象为光电导效应。光电导主要的产生原因：（1）本征光电导：本征吸收引起载流子数目变化。（2）杂质光电导：杂质吸收引起载流子数目变化。（3）带内光电导：载流子吸收引起载流子迁移率变化。半导体的光电导10.3半导体的光生伏特效应

用适当波长的光照射非均匀半导体，例如P-N结和金属-半导体接触等，由于势垒区中内建电场（也称为自建电场）的作用，半导体内部产生电动势（光生电压）；如将pn结短路，则会出现电流（光生电流）。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应