半导体物理复习梳理

第一章填空题：1、 写出三种立方单胞的名称：简立方，体心立方，面心立方；这三种单胞中所含的原子数分别是1，2，42、 在四面体结构的共价晶体中，四个共价键是以s 态和p 态波函数的线性组合为基础，构成了所谓的“杂化轨道”。

3、 金刚石型结构的结晶学原胞是立方对称的晶胞。

4、 闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物和金刚石型结构一样，都是由两个面心立方晶格套构而成的，称这种晶格为双原子复式格子。

5、 纤锌矿型结构和闪锌型结构相接近，它也是以正四面体结构为基础构成的，但是它具有六方对称性。

6、 内壳层的电子，轨道交叠少，共有化运动弱，可忽略。

外层的价电子，轨道交叠多，共有化运动强，能级分裂大，被视为“准自由电子”。

7、 原来简并的N 个原子的s 能级，结合成晶体后分裂为N 个十分靠近的能级，形成能带(允带)，因N 值极大，能带被视为“准连续的”。

8、 Si 、Ge 具有一般晶体的共性，又有其特殊性：其能级分裂成能带时，存在轨道杂化。

9、 如图，当 时，形成稳定晶体，上下两带的状态数（各4N 个）不变,根据能量最小原理，低温下，下带填4N 个价电子是满的，称为满带或价带；而上带4N 个状态无电子是空的，称为导带；中间隔以禁带。

10、 在周期性势场内，电子的平均速度v 可表示为波包的群速度。

在能带极值附近的电子速度为：11、 半导体中电子在外加电场作用下，电子的加速度为：12、 半导体中除了导带上电子导电作用外，价带中还有空穴的导电作用。

对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。

13、当磁场不变时，加高频电场Cw 垂直磁场，当电场频率B w =Cw 时，可观察到吸收峰，吸收峰的个数等于有效质量的个数。

14、 为了观察到明显的共振吸收峰, 要求半导体样品比较纯净, 而且一般是在低温下进行。

15、 右图为GaAs 的能带结构。

16、 T 下降，电子共有化运动程度变弱，能级分裂程度低（Eg增大）,能带变窄，有效质量增大。

图1－2－4 轨道杂化示意图N 8N 2N 4N 4N6d 0d 2d 13p 能级6N 态3s 能级2N 态0d d =*n kv m =*n f a m =简答题1、简化能带图，指出各符号意义。

2、画出Si原子结构图（画出s态和p态并注明该能级层上的电子数）3、有效质量的意义*m概括了半导体内部势场作用，外力F与晶体中电子的加速度就通过mn*联系了起来而不n必再涉及内部势场。

*m可以直接由实验测定，因此可以很方便地解决电子的运动规律。

n4、半导体中的电子受力与自由电子受力有何不同？如何才能把半导体中的电子看成自由电子那样处理？m是各向异性的，这句话的意思是什么？5、半导体中电子的有效质量*n计算题1、 半导体材料禁带宽2.42 eV ，用光激发其导电, 计算光波的最大波长。

2、 课本P43第一题解gE hch ∆λν≥=g E hc ∆λ=maxgE hc ∆λ≤19834106.142.21031063.6--⨯⨯⨯⨯⨯=m 1014.57-⨯=nm514=第二章填空题：1、 杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，该杂质称为间隙式杂质。

2、 杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，该杂质称为替位式杂质。

3、 Ⅴ族杂质能够施放（提供）导带电子被称为施主杂质或n 型杂质。

将施主束缚电子的能量状态称为施主能级记为D E ，施主杂质施放电子的过程称为施主电离。

4、 Ⅲ族杂质能够接受电子被称为受主杂质或P 型杂质。

将受主束缚电子的能量状态称为受主能级记为A E ，受主杂质获得电子的过程称为受主电离。

5、 Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si 、Ge 晶体中分别为受主和施主杂质，它们在禁带中引入了能级；受主能级比价带顶高A E ∆，施主能级比导带底低D E ∆，均为浅能级，这两种杂质称为浅能级杂质。

6、 杂质处于两种状态：中性态和离化态时，施主杂质向导带提供电子成为正电子中心；受主杂质向价带提供空穴成为负电子中心。

7、 氢原子玻尔轨道半径为 Å，根据杂质类氢模型将 代替 ，以 代替，可得杂质等效玻尔半径8、 同时掺入P 型和n 型两种杂质，它们会相互抵消。

若D N >A N ,则为n 型半导体，n=D N -A N ；反之为P 型，p= A N -D N 。

净杂质浓度称之为有效杂质浓度9、 非Ⅲ、Ⅴ族元素在Si 、Ge 禁带中产生的施主能级D E 距导带底Ec 较远，产生的受主能级A E 距价带顶Ev 较远，这种杂质能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。

一个深能级杂质能产生多个杂质能级。

10、 因温度导致了原子的热振动，造成了原子离开原有位置，形成空位，即晶格中出现了缺陷，称之为点缺陷或热缺陷。

当原子脱离晶格到达表面时，为肖特基缺陷或空位缺陷；而当原子进入间隙位置时，为弗仑克尔缺陷或间隙原子缺陷。

11、 点缺陷主要有两种表现形式：肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷。

12、 肖特基缺陷：只存在空位而无间隙原子；弗仑克尔缺陷：间隙原子和空位成对出现。

13、 Si 、Ge 中，空位缺陷表现出受主的作用；间隙缺陷表现为施主的作用。

14、 化合物半导体的缺陷：间隙原子、正离子空位和负离子空位、替位原子 15、 最著名的位错是刃位错或称棱位错，从原子排列的状况看如同垂直于滑移面插进了一层原子53.002020==m q h r πε0εεεr =*n m 0ε0m *202nr m q h r πεε=判断题1、Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si 、Ge 晶体中为深能级杂质。

（×）2、受主杂质向价带提供空穴成为正电中心。

（×）3、硅晶体结构是金刚石结构，每个晶胞中含8个原子（√）。

4、空位表现为受主作用，间隙原子表现为施主作用。

（ ）5、半导体工艺是控制掺杂的工艺。

这句话的意思是说半导体中绝不能含有杂质。

（×）计算题1、 硅中掺入某种施主杂质，设其电子有效质量 ,计算电离能为多少？若 ，其电离能又为多少？这两种值中哪一种更接近实验值？ 解答：利用类氢原子模型：*00.26n m m =*00.4n m m=*020n Di r m E E m ε=013.6,:12r E eV Si ε==对第三章填空题:1、 在一定温度下，载流子的产生和载流子的复合建立起一动态平衡，这时的载流子称为热平衡载流子。

2、 半导体的热平衡状态受温度影响，某一特定温度对应某一特定的热平衡状态。

3、 导带和价带是准连续的，定义单位能量间隔内的量子态数为状态密度。

4、 泡利不相容原理：（费米系统）不能有两个同样的粒子处于同一个状态5、 服从泡利不相容原理的粒子称为费米子，如电子、质子、中子等粒子。

不服从泡利不相容原理的粒子称为玻色子，如介子、 光子。

6、 对于能量为E 的一个量子态被一个电子占据的概率 为（ ），称为费米分布函数。

7、 T=0K 时，电子占据费米能级的概率是1/2。

8、 玻尔兹曼分布函数为()0E k TB f E Ae-=9、 能量为E 的一个量子态被电子占据的概率为f(E),则它被一个空穴占据的概率为 1-f(E)。

10、 对于能带极值在k=0，等能面为球面的情况，则导带底附近能量E(k)与波矢k 的关系为（ ），导带底附近状态密度为（ ）。

11、计算状态密度时，我们近似认为能带中的能级作是连续分布的。

12、 根据波尔兹曼分布可以看出，电子主要分布在导带底。

13、 本征费米能级Ef=Ei 基本位于禁带中线处。

14、对一定的半导体材料，乘积0n 0p 只取决于温度T ，与所含杂质无关。

而在一定温度下，对不同的半导体材料，因禁带宽度Eg 不同，乘积0n 0p 也将不同。

15、 当半导体的温度T>0K 时，就有电子从价带激发到导带去，同时价带中产生了空穴，这就是所谓的本征激发。

16、 本征半导体载流子浓度公式： 一定的半导体材料，其本征载流子浓度i n 随温度的升高而迅速增加；不同的半导体材料，在同一温度T 时，禁带宽度Eg 越大，本征载流子浓度i n 越小。

判断题1、 所谓本征半导体就是一块没有杂质和缺陷的半导体。

（√）2、 掺有某种杂质的半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。

（√）3、 对于杂质浓度一定的半导体，随着温度的升高，载流子则是从以杂质电离为主要来源过度到以本征激发为主要来源的过程，相应地，费米能级则从位于杂质能级附近逐渐移近禁带中线处。

（√）()f E 01()1FE E k Tf E e-=+()f E 22*()2C n k E k E m =+133*p V E)-(Ev h )(2m V 4(E)g ⋅=π2i 000n )Tk Eg NcNvexp(p n =-=简答题1、看图分析当T=0K，或T>0K时，费米能级的意义。

2、上图是硅导带电子浓度与温度的关系曲线。

请指出强电离区、高温本征激发区的位置（温度范围）。

一般而言，实际器件工作在那个区域？解：图3.11 n型Si中导带电子浓度和温度的关系曲线3、根据下图的能带图指出掺杂类型和导电类型（如：重施主掺杂，强P型）4、5、nn0、 pn0表示什么量？二者的关系如何？答：nn0表示n 型半导体中的多数载流子电子浓度，而pn0表示n 型半导体中少数载流子空穴浓度，no 2i no n n p第四章填空题：1、 载流子在电场作用下的漂移运动形成的电流称为漂移电流2、 半导体有两种载流子 ——电子和空穴3、 为载流子迁移率，其意义：表示载流子在电场作用下运动的快慢程度，数值上等于单位场强下载流子的平均漂移速度。

单位4、 载流子的散射主要散射机构有：电离杂质的散射、晶格振动散射、能谷间散射、中性杂质散射、位错散射、合金散射等。

5、 平均自由时间的数值τ等于散射概率P 的倒数（即τ=1/P ）6、 电导迁移率与平均自由时间的关系： （对电子）； （对空穴）7、从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为驰豫过程，τ称为驰豫时间。

简答题1、图中C 是空穴电流方向，问A 、B 、D 中哪个是电子漂移方向？哪个是电子电流方向？哪个是空穴漂移方向？解：μ2/cm V s ⋅nd n npd p p E E E E υυμυυμ⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩电子迁移率空穴迁移率*n n n q m μτ=*p ppq m μτ=2、根据右图分析电阻率与温度的关系第五章填空题：1、 当半导体受到外界作用（如光照）后，载流子分布将与平衡态相偏离，此时的半导体状态称为非平衡态；那些偏离平衡分布的载流子称为过剩载流子，即非平衡载流子。

2、 产生非平衡载流子的过程称为非平衡载流子注入。

3、 小注入条件：注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小的多 N 型材料：00,p n n n ∆<<=P 型材料：00,n p p p ∆<<=4、 去掉外界作用，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子复合。