半导体物理学

50年代初，中科院物理所电学研究组在王守武和汤定元领导下对氧化亚铜的震耳效应和电阻率、硫化铝的光电导、电子生伏特效应等开展了研究工作。以后，他们又对锗中少子寿命以及P-N合金结中少子注入理论进行了研究。60年代初，北京大学甘子钊对半导体中隧道过程进行了研究，发展了一种描述半导体中高阶隧道过程的理论形式，提出了锗中隧道过程主要是杂质散射产生的二阶隧道过程的论述。80年代中期以来，北京大学在黄昆的领导下，发展了量子阱中四分量空穴波函数的理论，指明各分量代表不同轨道角动量，对涉及复杂带的电子态研究具有重要意义。在超晶格中光学声子模的研究中，他们发展了一种微观模型，正确地解决了先前国际上沿用的连续介电模型中存在的矛盾和困难。
     在这一理论指导下，他们在超晶格实验研究上也取得一系列有特色的成果。1984～1989年，清华大学朱嘉麟、顾秉林、熊家炯在超晶格量子阱电子结构的研究中，把数值计算和解析方法结合起来，利用“分区级数解法”，得到了球形方位阱中类氢施主态的精确解和二维磁杂质的精确解；在无序系统电子关联研究中，提出无序效应与维数密切相关的观点，发现了“硬”库仑能隙；在半导体合金研究中，用原子团变分方法研究了合金的热力学行为及其原子间的长程序和短程序、电子结构反常等。80年代，清华大学何豫生对Ⅳ-Ⅵ族窄禁带半导体PbSnTe合金的电子结构进行了系统的研究。首创的“双窗函数方法”使得国际上停顿十多年的畸变相费米面取得了突破，而且对一般复杂的傅立叶频谱分析有普遍的启发作用。第一次得出Ⅳ-Ⅵ族化合物畸变相下完整的SdH振荡谱，从而证实了双层费米面结构，并确定了有关能带参数。
     用量子振荡方法对结构相变过程中费米面变化及电子-声子相互作用做了实验和理论研究，在国际上首次观察到散射因子T（Dingle温度）随温度的反常变化，提出了铁电畴壁附加散射理论解释。80 年代中期以来，中科院半导体所的研究人员用赝原子轨道组合法、量子化学中的 X-SW 法以及半经验自洽计算法和自洽赝势法等不同方法，对半导体以及半导体中的空位和杂质的电子态、半导体表面的弛豫效应和化学吸附等做过很多理论研究工作。在赝原子轨道法中，他们把杂化键作为基函数，建立了一套将原子键函数按照晶格对称性分类和组成对称化函数的系统方法。在把量子化学计算方法用于半导体研究中，他们对集团模型的边界问题和半经验参数做了探讨和改进。上海技术物理所在汤定元领导下，对窄禁带半导体材料的电子、声子结构做过许多工作。沈学础等比较系统地研究过掺杂、无序和混晶半导体的晶格振动行为，尤其是低频晶格振动行为。
     他们发现，在横声学声子带上方态密度陡峭下降的位置附近，有一个轻杂质诱发的局域化振动模。这一现象对所有被研究的半导体具有普遍性，被判定为与横声学声子带相联系的声学局域模，但在典型离子晶体中却不存在。半导体所的科研人员用玻恩-黄昆方程和等位移模型研究了混晶中长光学声子谱，并进行了相应的实验研究。他们还探讨了混晶半导体中无序对本征吸收光谱的影响和对能隙的影响。1975～1976年，北京大学王阳元等研究开发成功我国第一块大规模集成电路硅栅MOS1024位随机存贮器，并开发成功了集成电路的硅栅技术和N 沟道技术。王阳元还进行了大规模集成电路中多晶硅薄膜氧化物动力学和电学性质的研究，他提出的“应力增强氧化”模型和统一的迁移率模型，引起国际学术界的重视。
     中国科学院半导体所赵学恕、李国华、杨桂林、王炳等人在物理所有关人员协助下，在磷化镓（掺氮、碲、锌）的静压光致荧光研究中，首次观察到磷化镓中自由激子的零声子发射，在0～100千巴下研究磷化镓中氮和砷化镓中氮的束缚激子压力光谱时，发现在此压力范围内砷化镓中氮的束缚态会在禁带中出现；在测量磷化镓中氮和氮氮对束缚激子线的压力系数时，发现深的能级压力系数较大，并且有非线性。在理论上，他们提出有效质量的变化（即能谷曲率的变化）对深中心压力行为有决定性影响的观点，全面定量地解释了磷化镓中氮和氮氮对束缚激子的压力行为。1969～1970年，北京师范大学韩主恩、张荟星等与有色金属研究院余怀志等研制成功200kV离子注入机，并制成我国第一个用离子注入法得到的P-N结。后来又将该机改制成400kV离子注入机。
     随后，张通和、来永春、李国辉等首先开展离子注入半导体掺杂、GaAs氧隔离工艺；协助机电部13所和北京市半导体研究所研制生产了高频低噪声微波管、氧注入隔离GaAs微波管和线性电路。1978年后，张通和、来永春等对“大规模集成电路离子注入浅结工艺和电参数控制”进行研究。他们测定了浅结参数、电学参数，掌握了高浓度浅结制备的基本规律；同时首次在我国开展了离子注入白光快速退火技术的研究，研究了注入层缺陷和控制技术；建立了一套计算机模拟和分析方法。林振全研究组采用离子注入工艺制备磷化镓-氮化镓固溶体，并对其光电性质进行了研究，在化合物半导体发光材料中深能级等方面的研究中取得不少成果。