半導體中的局域態有哪些

A. 半導體物理學的載流子輸運

半導體的輸運現象包括在電場、磁場、溫度差等作用下十分廣泛的載流子輸運過程。和金屬導體相比，半導體的載流子不僅濃度低很多，而且數量以及運動速度都可以在很廣的范圍內變化。因此半導體的各種輸運現象具有和金屬十分不同的特徵。 在常見的半導體中，載流子主要是摻在半導體中的淺能級雜質提供的。主要由淺施主提供的電子導電的半導體稱為N型半導體；主要由淺受主提供空穴導電的半導體稱為P型半導體。由於在任何有限溫度下，總有或多或少的電子從價帶被熱激發到導帶（本徵激發），所以無論N型或P型半導體中都存在一定數量的反型號的載流子，稱為少數載流子，主導的載流子則稱為多數載流子。溫度足夠高時，由價帶熱激發到導帶的電子可以遠超過雜質提供的載流子，這時參與導電的電子和空穴的數目基本相同，稱為本徵導電。
半導體導電一般服從歐姆定律。但是，和金屬中高度簡並的電子相比，半導體中載流子的無規熱運動速度低很多，同時由於載流子濃度低，對相同的電流密度，漂移速度則高很多。因此，在較高的電流密度下，半導體中載流子的漂移速度可以達到與熱運動速度相比，經過散射可以轉化為無規熱運動，使載流子的溫度顯著提高。這時半導體的導電偏離歐姆定律。熱載流子還可以導致一些特殊效應。例如，某些半導體(如砷化鎵、磷化銦)在導帶底之上，還存在著能量略高而態密度很大的其他導帶極小值。在足夠強的電場下，熱載流子會逐漸轉移到這些所謂次極值的區域（指k空間），導致電場增大而漂移速度反而下降的負微分遷移率現象（見轉移電子器件）。 通有電流的導體，在垂直磁場作用下，由於磁場對漂移載流子的偏轉力而產生的側向的電壓，稱為霍耳效應。由於在相同的電流密度下載流子的漂移速度和載流子的濃度成反比，所以，和金屬相比半導體的霍耳效應十分顯著，而且可以方便地用於測定載流子的濃度。霍耳效應的符號直接反映載流子電荷的符號，所以霍耳效應的測量還可以區別N型和P型導電性。
與金屬中高度簡並的電子不同，一般半導體中載流子的熱運動顯著依賴於溫度，因此，半導體還表現出遠強於金屬導體的溫差電效應（見溫差發電和致冷）。
光照射在半導體內產生的電子和空穴構成多餘的載流子，稱為非平衡載流子。用電學方法（如通過金屬-半導體接觸或PN結，見下文）也可以在半導體中引入非平衡載流子。在電場作用下，非平衡載流子同時參與導電，構成附加的導電性。光照射產生的附加電導稱為光電導。作為非平衡載流子的電子和空穴可以直接復合（即電子直接躍遷到價帶中代表空穴的空能級），也可以通過復合中心復合，稱為間接復合。非平衡載流子在復合之前平均存在的時間稱為壽命，在這個時間中通過布朗運動平均移動的距離，稱為擴散長度。 半導體表面的空間電荷可以看做是由於屏蔽垂直表面的電場而造成的，表面電場一般是由於各種表面的具體情況而引起的。如果電場的方向是驅趕載流子向體內，空間電荷區格外顯著。這種情況下的空間電荷區是由載流子被排走所餘下的電離雜質的電荷構成的，稱為耗盡層。由於電離雜質電荷的濃度是固定的，隨著表面電場增強，屏蔽它所需的電荷必須成正比地增大，這就意味著表面空間電荷區加寬。有控制地施加表面電場的辦法是在半導體表面形成薄的絕緣層（如對半導體氧化形成薄的氧化層），在它上面做電極並加相應的電壓。這種用於控制半導體表面的金屬－絕緣體－半導體系統簡稱MIS（如果絕緣層採用氧化物，則稱MOS）。
表面電場在排斥多數載流子的同時，也會吸引少數載流子，所以在MIS上加有足夠大的電壓時，會在半導體的極表面出現一個由少數載流子導電的薄層。它與半導體內部之間隔有空間電荷區，其中多數和少數載流子極為稀少，基本上是「耗盡」的。這種由反型載流子導電的薄層稱為反型層。反型層也被稱為導電溝道，以表明載流子的流動限於極狹窄的區域，如P型半導體表面的反型層稱為N溝道，N型半導體表面的反型層稱P溝道。當這種表面反型層很薄，其中載流子在垂直表面的方向是量子化的（從波動的觀點看，是沿這個方向的駐波），載流子的自由運動只限於平行於表面的二維空間。在這種二維運動的研究中，把反型層中的載流子稱為「二維電子氣」。 在不同半導體之間，或半導體和金屬直接連接時，它們之間的接觸電勢差意味著，它們的界面處是電勢突變的區域，其中存在垂直於界面的電場和相應的空間電荷區。在它們之間施加電壓時，電壓主要降落在空間電荷區上，電壓和通過空間電荷區的電流一般呈現非線性的伏安特性。
同一塊半導體，由於摻雜不同，使部分區域是N型，部分區域是P型，它們的交界處的結構稱為PN結。在 PN結的空間電荷區的P型一側加正電壓時（正向電壓），會部分抵消接觸電勢差，使空間電荷區變窄，並使P區的空穴流向N區，N區的電子流向P區，這種來自多數載流子的電流隨施加的電壓迅速增長。加相反的電壓時(反向電壓)，會使空間電荷區變寬，P區和N區電勢差增大，這時的電流來自雙方的少數載流子（N區的空穴流向P區，P區的電子流向N區），所以電流很小，而且隨電壓增加，很快達到飽和。 PN結兩邊摻雜濃度越高，接觸電勢差V0越大。當接觸電勢差增加到電子通過PN結所得到（或失去）的能量eV0超過禁帶時，PN結的能帶具有圖10所示的情形。這時N區導帶的電子可以直接穿入P區價帶的空能級（空穴）。這種電子直接穿透禁帶從導帶的價帶（或其逆過程）的現象稱為隧道效應；這種高摻雜濃度的PN結稱為隧道結。
半導體的表面是半導體物理研究的一個重要對象。半導體表面並不是一個簡單的幾何界面，而是具有自己獨立特徵的一個體系。在超高真空下對純凈半導體表面的研究以及理論計算都證明，在半導體表面一般存在表面電子態，處於表面電子態中的電子的運動被限制在極表面的二維空間中。另外，最表面層的原子的位置也發生典型的變化。一般表面原子層之間的間距和體內相比，發生一定的變化，稱為表面弛豫。與此同時，原子在表面層中的排列的周期性和鍵合方式都可以發生典型的變化，統稱為表面再構。再構的變化是一種相變過程，對半導體表面的物理和化學性質都有深刻的影響。 對非晶態半導體的研究只是近年來才有較大的發展。有一些非晶態的半導體屬於玻璃態物質，可以由液態凝固獲得，通過其他的制備工藝（如蒸發、濺射、輝光放電下淀積等）也可以製成非晶態材料。非晶態半導體的結構一般認為是由共價鍵結合的「無規網路」，其中每個原子與近鄰的鍵合仍保持與晶體中大體相同的結構，但失去了在空間周期性的點陣排列。非晶態半導體與晶態半導體既有相似的特徵，又有十分重要的區別。如非晶態半導體的本徵吸收光譜與晶體半導體粗略相似，表明大部分的能級分布與晶體的能帶相似。但是，在導帶底和價帶頂部都有一定數量的「帶尾態」；一般認為它們是局域化的電子態。另外，連續分布在整個禁帶中還有相當數目的所謂「隙態」，隙態的多少和分布都隨材料和制備方法而不同。
非晶態半導體的導電具有復雜的性質，一般在較低溫度是通過載流子在局域態之間的跳躍，在較高的溫度則是依靠熱激發到擴展態的載流子導電，但其遷移率比在晶體半導體中低很多。

B. 薄膜半導體有哪些分類，求大神講解

透明導電薄膜。雖然目前電阻率等性能仍較低，但由於材料成本低、製造工藝簡單，因此有望替代ITO用作液晶顯示器等的透明導電薄膜。 空心陰極法生長半導體薄膜.
以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。1975年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數量級，促進非晶態半導體器件的開發和應用。同單晶材料相比，非晶態半導體材料制備工藝簡單，對襯底結構無特殊要求，易於大面積生長，摻雜後電阻率變化大，可以製成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數大，轉換效率高，面積大，已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的定址開關。利用某些硫系非晶態半導體材料的結構轉變來記錄和存儲光電信息的器件已應用於計算機或控制系統中。利用非晶態薄膜的電荷存儲和光電導特性可製成用於靜態圖像光電轉換的靜電復印機感光體和用於動態圖像光電轉換的電視攝像管的靶面。

具有半導體性質的非晶態材料。非晶態半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜製作開關器件的專利發表以後，才引起人們對非晶態半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現了摻雜效應，使控制電導和製造PN結成為可能，從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫，N.F.建立了非晶態半導體的電子理論，並因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面，還是在應用方面，非晶態半導體的研究正在很快地發展著。
分類 目前主要的非晶態半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態半導體。例如As-Se、As-S，通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等，此類材料的非晶態不能用熔體冷卻的辦法來獲得，只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等)，只要襯底溫度足夠低，淀積的薄膜就是非晶態結構。四面體鍵非晶態半導體材料的性質，與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數譜，其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解，襯底溫度分別為500K和300K，c制備工藝是濺射，d制備工藝為蒸發。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實，硅烷輝光放電法制備的非晶硅中，含有大量H，有時又稱為非晶的硅氫合金；不同工藝條件，氫含量不同，直接影響到材料的性質。與此相反，硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數譜 給出了一個典型的實例，用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品，它們的光吸收系數譜具有相同的曲線。
非晶態半導體的電子結構 非晶態與晶態半導體具有類似的基本能帶結構，也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況，可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例，Ge、Si中四個價電子經sp雜化，近鄰原子的價電子之間形成共價鍵，其成鍵態對應於價帶；反鍵態對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態還是非晶態，基本結合方式是相同的，只是在非晶態中鍵角和鍵長有一定程度的畸變，因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而，非晶態半導體中的電子態與晶態比較也有著本質的區別。晶態半導體的結構是周期有序的，或者說具有平移對稱性，電子波函數是布洛赫函數，波矢是與平移對稱性相聯系的量子數，非晶態半導體不存在有周期性， 不再是好的量子數。晶態半導體中電子的運動是比較自由的，電子運動的平均自由程遠大於原子間距；非晶態半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小，當平均自由程接近原子間距的數量級時，在晶態半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態半導體能帶邊態密度的變化不像晶態那樣陡，而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態半導體的態密度與能量的關系 所示)。非晶態半導體能帶中的電子態分為兩類：一類稱為擴展態，另一類為局域態。處在擴展態的每個電子，為整個固體所共有，可以在固體整個尺度內找到；它在外場中運動類似於晶體中

C. 晶元是什麼材料的這材料有什麼性質

晶元的材質主要是硅，它的性質是可以做半導體。

高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型半導體。p型半導體和n型半導體結合在一起形成p-n結，就可做成太陽能電池，將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。

另外廣泛應用的二極體、三極體、晶閘管、場效應管和各種集成電路（包括人們計算機內的晶元和CPU）都是用硅做的原材料。

使用單晶硅晶圓（或III-V族，如砷化鎵）用作基層，然後使用光刻、摻雜、CMP等技術製成MOSFET或BJT等組件，再利用薄膜和CMP技術製成導線，如此便完成晶元製作。

因產品性能需求及成本考量，導線可分為鋁工藝（以濺鍍為主）和銅工藝（以電鍍為主參見Damascene）。主要的工藝技術可以分為以下幾大類：黃光微影、刻蝕、擴散、薄膜、平坦化製成、金屬化製成。

(3)半導體中的局域態有哪些擴展閱讀：

晶元在一定意義上講，它決定了主板的級別和檔次。它就是"南橋"和"北橋"的統稱，就是把以前復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆晶元內的晶元組。

晶元組是整個身體的神經，晶元組幾乎決定了這塊主板的功能，進而影響到整個電腦系統性能的發揮，晶元組是主板的靈魂。晶元組性能的優劣，決定了主板性能的好壞與級別的高低。

這是因為目前CPU的型號與種類繁多、功能特點不一，如果晶元組不能與CPU良好地協同工作，將嚴重地影響計算機的整體性能甚至不能正常工作。

晶元組的綜合性能和穩定性在三者中最高，英特爾平台更是絕對的優勢地位，英特爾自家的伺服器晶元組產品占據著絕大多數中、低端市場，而Server Works由於獲得了英特爾的授權，在中高端領域佔有最大的市場份額。

甚至英特爾原廠伺服器主板也有採用Server Works晶元組的產品，在伺服器/工作站晶元組領域，Server Works晶元組就意味著高性能產品。

D. 半導體pn型材料的問題

n型材料導帶下的能級是為了給導帶提供電子，p型材料價帶上面的能級是為內了給價帶提供空容穴，說它們是非佔用能級就意味著它們已經給半導體提供了載流子，改變了半導體的導電特性；如果這些能級已經被佔用那就不能提供載流子，例如在極低溫度下n型材料和p型材料都將變成本徵態，不再有n或p型的導電行為。它們屬於局域態能級，載流子不能像在導帶或者價帶上那樣在這些能級上運動；在半導體的原子相互靠近形成晶體結構後，原子能級就擴展成了能帶，這樣的能帶是非局域態的

E. 非晶態半導體和硫系薄膜有什麼關系

以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。1975年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數量級，促進非晶態半導體器件的開發和應用。同單晶材料相比，非晶態半導體材料制備工藝簡單，對襯底結構無特殊要求，易於大面積生長，摻雜後電阻率變化大，可以製成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數大，轉換效率高，面積大，已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的定址開關。利用某些硫系非晶態半導體材料的結構轉變來記錄和存儲光電信息的器件已應用於計算機或控制系統中。利用非晶態薄膜的電荷存儲和光電導特性可製成用於靜態圖像光電轉換的靜電復印機感光體和用於動態圖像光電轉換的電視攝像管的靶面。

具有半導體性質的非晶態材料。非晶態半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜製作開關器件的專利發表以後，才引起人們對非晶態半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現了摻雜效應，使控制電導和製造PN結成為可能，從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫，N.F.建立了非晶態半導體的電子理論，並因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面，還是在應用方面，非晶態半導體的研究正在很快地發展著。
分類 目前主要的非晶態半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態半導體。例如As-Se、As-S，通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等，此類材料的非晶態不能用熔體冷卻的辦法來獲得，只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等)，只要襯底溫度足夠低，淀積的薄膜就是非晶態結構。四面體鍵非晶態半導體材料的性質，與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數譜，其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解，襯底溫度分別為500K和300K，c制備工藝是濺射，d制備工藝為蒸發。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實，硅烷輝光放電法制備的非晶硅中，含有大量H，有時又稱為非晶的硅氫合金；不同工藝條件，氫含量不同，直接影響到材料的性質。與此相反，硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數譜 給出了一個典型的實例，用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品，它們的光吸收系數譜具有相同的曲線。
非晶態半導體的電子結構 非晶態與晶態半導體具有類似的基本能帶結構，也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況，可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例，Ge、Si中四個價電子經sp雜化，近鄰原子的價電子之間形成共價鍵，其成鍵態對應於價帶；反鍵態對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態還是非晶態，基本結合方式是相同的，只是在非晶態中鍵角和鍵長有一定程度的畸變，因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而，非晶態半導體中的電子態與晶態比較也有著本質的區別。晶態半導體的結構是周期有序的，或者說具有平移對稱性，電子波函數是布洛赫函數，波矢是與平移對稱性相聯系的量子數，非晶態半導體不存在有周期性， 不再是好的量子數。晶態半導體中電子的運動是比較自由的，電子運動的平均自由程遠大於原子間距；非晶態半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小，當平均自由程接近原子間距的數量級時，在晶態半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態半導體能帶邊態密度的變化不像晶態那樣陡，而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態半導體的態密度與能量的關系 所示)。非晶態半導體能帶中的電子態分為兩類：一類稱為擴展態，另一類為局域態。處在擴展態的每個電子，為整個固體所共有，可以在固體整個尺度內找到；它在外場中運動類似於晶體中

F. 什麼叫半導體材料

(1)什麼叫半導體？
導電性能介於導體與絕緣體之間的材料，叫做半導體．

例如：鍺、硅、砷化鎵回等．
半導體在科學答技術，工農業生產和生活中有著廣泛的應用．（例如：
電視、半導體收音機、電子計算機等）這是什麼原因呢？下面介紹它
所具有的特殊的電學性能．

(2)半導體的一些電學特性
①壓敏性：有的半導體在受到壓力後電阻發生較大的變化．
用途：製成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，以確定壓力的變化．
②熱敏性：有的半導體在受熱後電阻隨溫度升高而迅速減小．
用途：製成熱敏電阻，用來測量很小范圍內的溫度變化．

G. 5555誰告訴莪半導體的定義和作用吖

以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。1975 年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數量級，促進非晶態半導體器件的開發和應用。同單晶材料相比，非晶態半導體材料制備工藝簡單，對襯底結構無特殊要求，易於大面積生長，摻雜後電阻率變化大，可以製成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數大，轉換效率高，面積大，已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的定址開關。利用某些硫系非晶態半導體材料的結構轉變來記錄和存儲光電信息的器件已應用於計算機或控制系統中。利用非晶態薄膜的電荷存儲和光電導特性可製成用於靜態圖像光電轉換的靜電復印機感光體和用於動態圖像光電轉換的電視攝像管的靶面。

具有半導體性質的非晶態材料。非晶態半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜製作開關器件的專利發表以後，才引起人們對非晶態半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現了摻雜效應，使控制電導和製造PN結成為可能，從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫， N.F.建立了非晶態半導體的電子理論，並因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面，還是在應用方面，非晶態半導體的研究正在很快地發展著。
分類 目前主要的非晶態半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態半導體。例如As-Se、As-S，通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等，此類材料的非晶態不能用熔體冷卻的辦法來獲得，只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等)，只要襯底溫度足夠低，淀積的薄膜就是非晶態結構。四面體鍵非晶態半導體材料的性質，與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數譜，其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解，襯底溫度分別為500K和300K，c制備工藝是濺射，d制備工藝為蒸發。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實，硅烷輝光放電法制備的非晶硅中，含有大量H，有時又稱為非晶的硅氫合金；不同工藝條件，氫含量不同，直接影響到材料的性質。與此相反，硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數譜給出了一個典型的實例，用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品，它們的光吸收系數譜具有相同的曲線。
非晶態半導體的電子結構非晶態與晶態半導體具有類似的基本能帶結構，也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況，可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例，Ge、Si中四個價電子經sp雜化，近鄰原子的價電子之間形成共價鍵，其成鍵態對應於價帶；反鍵態對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態還是非晶態，基本結合方式是相同的，只是在非晶態中鍵角和鍵長有一定程度的畸變，因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而，非晶態半導體中的電子態與晶態比較也有著本質的區別。晶態半導體的結構是周期有序的，或者說具有平移對稱性，電子波函數是布洛赫函數，波矢是與平移對稱性相聯系的量子數，非晶態半導體不存在有周期性，不再是好的量子數。晶態半導體中電子的運動是比較自由的，電子運動的平均自由程遠大於原子間距；非晶態半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小，當平均自由程接近原子間距的數量級時，在晶態半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態半導體能帶邊態密度的變化不像晶態那樣陡，而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態半導體的態密度與能量的關系所示)。非晶態半導體能帶中的電子態分為兩類：一類稱為擴展態，另一類為局域態。處在擴展態的每個電子，為整個固體所共有，可以在固體整個尺度內找到；它在外場中運動類似於晶體中的電子；處在局域態的每個電子基本局限在某一區域，它的狀態波函數只能在圍繞某一點的一個不大尺度內顯著不為零，它們需要靠聲子的協助，進行跳躍式導電。在一個能帶中，帶中心部分為擴展態，帶尾部分為局域態，它們之間有一分界處，如圖4 非晶態半導體的擴展態、局域態和遷移率邊中的和，這個分界處稱為遷移率邊。1960年莫脫首先提出了遷移率邊的概念。如果把遷移率看成是電子態能量的函數，莫脫認為在分界處和存在有遷移率的突變。局域態中的電子是跳躍式導電的，依靠與點陣振動交換能量，從一個局域態跳到另一個局域態，因而當溫度趨向0K時，局域態電子遷移率趨於零。擴展態中電子導電類似於晶體中的電子，當趨於0K時，遷移率趨向有限值。莫脫進一步認為遷移率邊對應於電子平均自由程接近於原子間距的情況，並定義這種情況下的電導率為最小金屬化電導率。然而，目前圍繞著遷移率邊和最小金屬化電導率仍有爭論。
缺陷 非晶態半導體與晶態相比較，其中存在大量的缺陷。這些缺陷在禁帶之中引入一系列局域能級，它們對非晶態半導體的電學和光學性質有著重要的影響。四面體鍵非晶態半導體和硫系玻璃，這兩類非晶態半導體的缺陷有著顯著的差別。
非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外層有四個價電子，正常情況應與近鄰的四個硅原子形成四個共價鍵。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周圍四個近鄰原子不足，而產生一些懸掛鍵，在中性懸掛鍵上有一個未成鍵的電子。懸掛鍵還有兩種可能的帶電狀態：釋放未成鍵的電子成為正電中心，這是施主態；接受第二個電子成為負電中心，這是受主態。它們對應的能級在禁帶之中，分別稱為施主和受主能級。因為受主態表示懸掛鍵上有兩個電子占據的情況，兩個電子間的庫侖排斥作用，使得受主能級位置高於施主能級，稱為正相關能。因此在一般情況下，懸掛鍵保持只有一個電子占據的中性狀態，在實驗中觀察到懸掛鍵上未配對電子的自旋共振。1975年斯皮爾等人利用硅烷輝光放電的方法，首先實現非晶硅的摻雜效應，就是因為用這種辦法制備的非晶硅中含有大量的氫，氫與懸掛鍵結合大大減少了缺陷態的數目。這些缺陷同時是有效的復合中心。為了提高非平衡載流子的壽命，也必須降低缺陷態密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成為目前材料制備中的關鍵問題之一。
硫系玻璃中缺陷的形式不是簡單的懸掛鍵，而是「換價對」。最初，人們發現硫系玻璃與非晶硅不同，觀察不到缺陷態上電子的自旋共振，針對這表面上的反常現象，莫脫等人根據安德森的負相關能的設想，提出了MDS模型。當缺陷態上占據兩個電子時，會引起點陣的畸變，若由於畸變降低的能量超過電子間庫侖排斥作用能，則表現出有負的相關能，這就意味著受主能級位於施主能級之下。用 D、D、D 分別代表缺陷上不佔有、佔有一個、佔有兩個電子的狀態，負相關能意味著：
2D —→ D+D
是放熱的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配對電子，所以沒有電子的自旋共振。不少人對D、D、D缺陷的結構作了分析。以非晶態硒為例，硒有六個價電子，可以形成兩個共價鍵，通常呈鏈狀結構，另外有兩個未成鍵的 p電子稱為孤對電子。在鏈的端點處相當於有一個中性懸掛鍵，這個懸掛鍵很可能發生畸變，與鄰近的孤對電子成鍵並放出一個電子(形成D)，放出的電子與另一懸掛鍵結合成一對孤對電子(形成D)，如圖 5 硫系玻璃的換價對所示。因此又稱這種D、D為換價對。由於庫侖吸引作用，使得D、D通常是成對地緊密靠在一起，形成緊密換價對。硫系玻璃中成鍵方式只要有很小變化就可以形成一組緊密換價對，如圖6 換價對的自增強效應所示，它只需很小的能量，有自增強效應，因而這種缺陷的濃度通常是很高的。利用換價對模型可以解釋硫屬非晶態半導體的光致發光光譜、光致電子自旋共振等一系列實驗現象。
應用 非晶態半導體在技術領域中的應用存在著很大的潛力，非晶硫早已廣泛應用在復印技術中，由S.R.奧夫辛斯基首創的 As-Te-Ge-Si系玻璃半導體製作的電可改寫主讀存儲器已有商品生產，利用光脈沖使碲微晶薄膜玻璃化這種性質製作的光存儲器正在研製之中。對於非晶硅的應用目前研究最多的是太陽能電池。非晶硅比晶體硅制備工藝簡單，易於做成大面積，非晶硅對於太陽光的吸收效率高，器件只需大約1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一種廉價的太陽能電池，現已受到能源專家的重視。最近已有人試驗把非晶硅場效應晶體管用於液晶顯示和集成電路。

H. 半導體材料的性質

以非晶態半導體材料為主體製成的固態電子器件。非晶態半導體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結構，因此具有許多特殊的性質。1975年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數量級，促進非晶態半導體器件的開發和應用。同單晶材料相比，非晶態半導體材料制備工藝簡單，對襯底結構無特殊要求，易於大面積生長，摻雜後電阻率變化大，可以製成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數大，轉換效率高，面積大，已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的定址開關。利用某些硫系非晶態半導體材料的結構轉變來記錄和存儲光電信息的器件已應用於計算機或控制系統中。利用非晶態薄膜的電荷存儲和光電導特性可製成用於靜態圖像光電轉換的靜電復印機感光體和用於動態圖像光電轉換的電視攝像管的靶面。

具有半導體性質的非晶態材料。非晶態半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜製作開關器件的專利發表以後，才引起人們對非晶態半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現了摻雜效應，使控制電導和製造PN結成為可能，從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫，N.F.建立了非晶態半導體的電子理論，並因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面，還是在應用方面，非晶態半導體的研究正在很快地發展著。
分類 目前主要的非晶態半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態半導體。例如As-Se、As-S，通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等，此類材料的非晶態不能用熔體冷卻的辦法來獲得，只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等)，只要襯底溫度足夠低，淀積的薄膜就是非晶態結構。四面體鍵非晶態半導體材料的性質，與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數譜，其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解，襯底溫度分別為500K和300K，c制備工藝是濺射，d制備工藝為蒸發。非晶硅的導電性質和光電導性質也與制備工藝密切相關。其實，硅烷輝光放電法制備的非晶硅中，含有大量H，有時又稱為非晶的硅氫合金；不同工藝條件，氫含量不同，直接影響到材料的性質。與此相反，硫系玻璃的性質與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數譜 給出了一個典型的實例，用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品，它們的光吸收系數譜具有相同的曲線。
非晶態半導體的電子結構 非晶態與晶態半導體具有類似的基本能帶結構，也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況，可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例，Ge、Si中四個價電子經sp雜化，近鄰原子的價電子之間形成共價鍵，其成鍵態對應於價帶；反鍵態對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態還是非晶態，基本結合方式是相同的，只是在非晶態中鍵角和鍵長有一定程度的畸變，因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而，非晶態半導體中的電子態與晶態比較也有著本質的區別。晶態半導體的結構是周期有序的，或者說具有平移對稱性，電子波函數是布洛赫函數，波矢是與平移對稱性相聯系的量子數，非晶態半導體不存在有周期性， 不再是好的量子數。晶態半導體中電子的運動是比較自由的，電子運動的平均自由程遠大於原子間距；非晶態半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小，當平均自由程接近原子間距的數量級時，在晶態半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態半導體能帶邊態密度的變化不像晶態那樣陡，而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態半導體的態密度與能量的關系 所示)。非晶態半導體能帶中的電子態分為兩類：一類稱為擴展態，另一類為局域態。處在擴展態的每個電子，為整個固體所共有，可以在固體整個尺度內找到；它在外場中運動類似於晶體中的電子；處在局域態的每個電子基本局限在某一區域，它的狀態波函數只能在圍繞某一點的一個不大尺度內顯著不為零，它們需要靠聲子的協助，進行跳躍式導電。在一個能帶中，帶中心部分為擴展態，帶尾部分為局域態，它們之間有一分界處，如圖4 非晶態半導體的擴展態、局域態和遷移率邊 中的和，這個分界處稱為遷移率邊。1960年莫脫首先提出了遷移率邊的概念。如果把遷移率看成是電子態能量的函數，莫脫認為在分界處和存在有遷移率的突變。局域態中的電子是跳躍式導電的，依靠與點陣振動交換能量，從一個局域態跳到另一個局域態，因而當溫度趨向0K時，局域態電子遷移率趨於零。擴展態中電子導電類似於晶體中的電子，當趨於0K時，遷移率趨向有限值。莫脫進一步認為遷移率邊對應於電子平均自由程接近於原子間距的情況，並定義這種情況下的電導率為最小金屬化電導率。然而，目前圍繞著遷移率邊和最小金屬化電導率仍有爭論。
缺陷 非晶態半導體與晶態相比較，其中存在大量的缺陷。這些缺陷在禁帶之中引入一系列局域能級，它們對非晶態半導體的電學和光學性質有著重要的影響。四面體鍵非晶態半導體和硫系玻璃，這兩類非晶態半導體的缺陷有著顯著的差別。
非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外層有四個價電子，正常情況應與近鄰的四個硅原子形成四個共價鍵。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周圍四個近鄰原子不足，而產生一些懸掛鍵，在中性懸掛鍵上有一個未成鍵的電子。懸掛鍵還有兩種可能的帶電狀態：釋放未成鍵的電子成為正電中心，這是施主態；接受第二個電子成為負電中心，這是受主態。它們對應的能級在禁帶之中，分別稱為施主和受主能級。因為受主態表示懸掛鍵上有兩個電子占據的情況，兩個電子間的庫侖排斥作用，使得受主能級位置高於施主能級，稱為正相關能。因此在一般情況下，懸掛鍵保持只有一個電子占據的中性狀態，在實驗中觀察到懸掛鍵上未配對電子的自旋共振。1975年斯皮爾等人利用硅烷輝光放電的方法，首先實現非晶硅的摻雜效應，就是因為用這種辦法制備的非晶硅中含有大量的氫，氫與懸掛鍵結合大大減少了缺陷態的數目。這些缺陷同時是有效的復合中心。為了提高非平衡載流子的壽命，也必須降低缺陷態密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成為目前材料制備中的關鍵問題之一。
硫系玻璃中缺陷的形式不是簡單的懸掛鍵，而是「換價對」。最初，人們發現硫系玻璃與非晶硅不同，觀察不到缺陷態上電子的自旋共振，針對這表面上的反常現象，莫脫等人根據安德森的負相關能的設想，提出了MDS模型。當缺陷態上占據兩個電子時，會引起點陣的畸變，若由於畸變降低的能量超過電子間庫侖排斥作用能，則表現出有負的相關能，這就意味著受主能級位於施主能級之下。用 D、D、D 分別代表缺陷上不佔有、佔有一個、佔有兩個電子的狀態，負相關能意味著：
2D —→ D+D
是放熱的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配對電子，所以沒有電子的自旋共振。不少人對D、D、D缺陷的結構作了分析。以非晶態硒為例，硒有六個價電子，可以形成兩個共價鍵，通常呈鏈狀結構，另外有兩個未成鍵的 p電子稱為孤對電子。在鏈的端點處相當於有一個中性懸掛鍵，這個懸掛鍵很可能發生畸變，與鄰近的孤對電子成鍵並放出一個電子(形成D)，放出的電子與另一懸掛鍵結合成一對孤對電子(形成D)，如圖 5 硫系玻璃的換價對 所示。因此又稱這種D、D為換價對。由於庫侖吸引作用，使得D、D通常是成對地緊密靠在一起，形成緊密換價對。硫系玻璃中成鍵方式只要有很小變化就可以形成一組緊密換價對，如圖6 換價對的自增強效應 所示，它只需很小的能量，有自增強效應，因而這種缺陷的濃度通常是很高的。利用換價對模型可以解釋硫屬非晶態半導體的光致發光光譜、光致電子自旋共振等一系列實驗現象。
應用 非晶態半導體在技術領域中的應用存在著很大的潛力，非晶硫早已廣泛應用在復印技術中，由S.R.奧夫辛斯基首創的 As-Te-Ge-Si系玻璃半導體製作的電可改寫主讀存儲器已有商品生產，利用光脈沖使碲微晶薄膜玻璃化這種性質製作的光存儲器正在研製之中。對於非晶硅的應用目前研究最多的是太陽能電池。非晶硅比晶體硅制備工藝簡單，易於做成大面積，非晶硅對於太陽光的吸收效率高，器件只需大約1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一種廉價的太陽能電池，現已受到能源專家的重視。最近已有人試驗把非晶硅場效應晶體管用於液晶顯示和集成電路。