[发明专利]测量半导体材料无序度的方法

摘要

一种测量半导体材料无序度的方法，包括步骤1，测量半导体材料的赛贝克系数；步骤2，基于半导体材料的无序性特征，选择一种状态密度函数；步骤3，通过渗流理论计算在选定状态密度函数下半导体材料的赛贝克系数值；步骤4，提取半导体材料的无序度。依照本发明的测量无序度的方法，基于材料变温下的赛贝克系数的值及载流子的跃迁理论，通过理论与实验相结合的方法探测半导体材料的无序性参数，获得的无序性参数为分析半导体材料的微观物理机制提供理论指导，提取的无序性参数可以直接用于分析半导体材料的电介质特性，从而为制造高性能的半导体器件提供指导。

主权项

一种测量半导体材料无序度的方法，包括：步骤1，测量半导体材料的赛贝克系数；步骤2，基于半导体材料的无序性特征，选择高斯状态密度函数，步骤2的高斯状态密度函数为公式(1)，其中，Nt表示单位体积的状态数量，E表示归一化后的能量，σ*＝σ/kBT表示状态密度的宽度，kB表示玻尔兹曼常数，σ表示半导体材料的无序度；步骤3，通过渗流理论计算在选定的高斯状态密度函数下半导体材料的赛贝克系数值，其中根据渗流理论，Peltier系数Π通过下式(3)计算获得：Π＝∫EiP(Ei)dEi,     (3)，式中P(Ei)表示能量空间中一个具有能量Ei位置的概率，可以通过下式(4)获得P(Ei)=g(Ei)P1(Zm|Ei)∫-EmEmg(Ei)P2(Zm|Ei)dEi---(4),]]>式中g(Ei)表示单位体积的状态密度，Em表示最大的位能，P1(Zm|Ei)表示来自位能Ei第二小的电阻概率，其值小于最大电阻值，可通过下式(5)计算获得，P1(Zm|Ei)＝1‑exp[‑P(Zm|Ei)][1+P(Zm|Ei)]     (5)，上式中P(Zm|Ei)表示带的密度；根据Kelvin‑Onsager关系，通过把公式(1)、(3)、(4)、(5)代入以下公式(2)则可计算出理论的赛贝克系数值：S=ΠT---(2)]]>式中Π为公式(3)的Peltier系数，T为温度，其中，P(Zm|Ei)值可通过联立解以下公式(6)、(7)和(8)得到Sij=2αRij+|Ei-Ef|+|Ej-Ef|+|Ei-Ej|2kBT---(6)]]>P(Zm|Ei)＝∫4πRij2g(Ei)g(Ej)dRijdEidEjθ(Sc‑Sij)    (7)P(Zm|Ei)＝BcPs＝Bc∫g(E)dEθ(SckBT‑|E‑Ef|)    (8)其中，α表示晶格常数的倒数，Rij表示位置i和位置j的空间距离，Ef表示费米能级，Ei和Ej分别表示位置i和位置j的能量，kB表示波尔兹曼常数，Bc表示渗流参数，T为温度，g(E)为高斯状态密度，S为赛贝克系数；步骤4，提取半导体材料的无序度，其中，步骤4进一步包括：选择合适的无序度数值σ；通过改变温度T的大小模拟计算出材料随载流子浓度变化的赛贝克系数值S；将步骤3计算出的不同温度下的赛贝克系数理论值与步骤1测得的实验值相进行比较；如果理论值与实验值相对误差值小于5％，则所选择的σ值为半导体材料的无序度，如果理论值与实验值的误差大于5％，需重新选择σ值并重新计算不同温度下赛贝克系数值，重复以上步骤直至理论值与实验值相对误差值小于5％。