半导体物理复习资料
半导体物理与器件复习
1. 粒子能量λνhch E ==2. 德布罗意波长ph =λ 3. 能量与动量的关系 2mE P =2mP E 2=4. 波数λπ2k =，相速度Tλμ=5. 边界条件1)(2-=⎰∞∞dx x ω6. 无限深势阱中电子的能量2223n 2ma n h E E π==（n 为电子的能级，a 为势阱的宽度）7. //内力的作用a m F ⨯=8. 电子的有效质量*222m 1k d E d h 1= （价带顶(空穴)m *<0，导带底（电子）m *>0）9. 状态密度函数E h m E 32/3)2(4)(gπ=10. 导带中的电子有效状态密度c n c E E hm E g -=32/3*)2(4)(π11. 价带中的电子有效状态密度E E h v -=32/3*p v ）2m （4）E （g π12. 概率密度函数）kTE -E （exp 11）E （)()(N FF +==f E g E （E F 为费米能级）13. T=300K ，kT=0.0259eV0.0259V ekT= 本征半导体14. 热平衡时电子浓度为⎰=dE ）E （f ）E （g n Fc或]kT)(exp[n 0F c c E E N --= （N c 为导带有效状态密度，n 0<N c ）15. 热平衡时空穴浓度为])(exp[p 0kTE E N vF v --=16. 本征载流-子浓度i p =i n ，E Fi 为本征费米能级 17. 本征费米能级相对禁带中央的位置)m m kTln(43E -E *n*pmidFi = （若**p m n m =，mid F E E =； 若**p m n m >，mid F E E >； 若**p m n m <，mid F E E <；） 推导非本征半导体18. 热平衡时电子浓度为]kT )(exp[n Fi F i 0E E N -=19. 热平衡时空穴浓度为])(exp[p Fi F i 0kTE E N --=20. 热平衡状态下的半导体002i n p n =补偿半导体（指在同一区域内同时含有施主和受主杂质原子的半导体a N >d N ，n 型补偿半导体a N <d N ，p 型补偿半导体 a N =d N ，完全补偿半导体）21. //电子浓度（N 型）220)2(2n i ad ad n N N N N +-+-=22. //空穴浓度（P 型）220)2(2p i da da n N N N N +-+-=23. E F 随掺杂浓度和温度的变化随着掺杂浓度的提高，n 型半导体的费米能级逐渐向导带靠近，p 型半导体逐渐向价带靠近；随着温度的升高，n i 增加，费米能级趋近于本征费米能级。
精简版-半导体物理与器件复习资料
精简版-半导体物理与器件复习资料(1).状态密度函数：有效量子态的密度。
它是能量的函数，表示为单位体积单位能量中的量子态数量。
(2).电子的有效质量：该参数将晶体导带中电子的加速度与外加的作用力联系起来，该参数包含了晶体中的内力。
(3).费米-狄拉克概率函数：该函数描述了电子在有效能级中的分布，代表了一个允许能量状态被电子占据的概率。
(4).费米能级：用最简单的话说，该能量在T=0K时高于所有被电子填充的状态的能量，而低于所有空状态能量。
(5).空穴的有效质量：该参数同样将晶体价带中空穴的加速度与外加作用力联系起来，而且包含了晶体中的内力。
(6).k空间能带图：以k为坐标的晶体能连曲线，其中k为与运动常量有关的动量，该运动常量结合了晶体内部的相互作用。
(7).克龙尼克-潘纳模型：由一系列周期性阶跃函数组成，是代表一维单晶晶格周期性势函数的数学模型。
(8).杂质补偿半导体：同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体。
(9).完全电离：所有施主杂质原子因失去电子而带正电，所有受主杂质原子因获得电子而带负电的情况。
(10).简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n型）或价带中（p型）的半导体。
(11).有效状态密度：即在导带能量范围内对量子态密度函数gc（E）与费米函数fF（E）的乘积进行积分得到的参数Nc；在价带能量范围内对量子态密度函数gv（E）与【1-fF（E）】的乘积进行积分得到的参数N。
(12).非本征半导体：进行了定量施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离本征载流子浓度产生多数载流子电子（n型）或多数载流子空穴（p型）的半导体。
(13).束缚态：低温下半导体内的施主与受主呈现中性的状态。
此时，半导体内的电子浓度与空穴浓度非常小。
n：本征半导体内导带电子的浓度和价带空穴的浓度（数值相等）。
(14).本征载流子浓度iE：本征半导体内的费米能级位置。
(15).本征费米能级Fi(16).本征半导体：没有杂质原子且晶体中无晶格缺陷的纯净半导体材料。
半导体器件物理复习文档
半导体器件物理复习文档PPT复习内容2.突变结：P区和N区之间的杂质分布变化陡峭的PN结。
3.线性缓变结：P区和N区之间的杂质分布变化比较缓慢，可看成是线性变化的PN结。
4.单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另一侧的高得多，表示为P+N或PN+。
5.2.空间耗尽区（也即空间电荷区），耗尽层近似；耗尽近似是对实际电荷分布的理想近似，包含两个含义：（1）在冶金结附近区域，-xp（2）耗尽区以外的电荷密度处处为0。
6.正向注入（扩散），反向抽取（漂移）正偏时：扩散流大于漂移流，n区电子扩散到p区（-xp)处积累成为p区的少子；p区的空穴扩散到n区的（xn）处积累成为n区的少子。
这一过程称为正向注入。
反偏时：p区的电子漂移到n区，n区的空穴漂移到p区，这一过程称为反向抽取7.4.变容二极管，肖特基二极管，隧道二极管，长二极管，短二极管（1）工作在反偏状态下的二极管，势垒电容随反偏电压的增加而减小，称为变容二极管（2）金属和半导体形成整流接触时具有正向导通，反向截止的作用，称作肖特基二极管（3）n区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管（4）pn结的p区和n区准中性区域的宽度远大于扩散长度时，则称这个二极管为长二极管（5）pn结轻掺杂一侧的准中性区域的宽度与扩散长度同数量级或更小时，则称这个二极管为窄基区二极管或短二极管8. 势垒电容Cj：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化（结电容或耗尽层电容）二极管的反向偏置结电容随反向电压的增加而减小扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子的注入，并积累电荷，它也随外电压而变化.扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。
9.电荷存储和反向恢复时间：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注入到n区，在耗尽层边界有少子的积累。
导致p-n结内有等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。
突然反向时，这些存储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合和漂移。
半导体物理复习归纳
半导体物理复习归纳————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:一、半导体的电子状态1、金刚石结构（Ｓi、Ge）Si、Ge原子组成，正四面体结构，由两个面心立方沿空间对角线互相平移１/４个空间对角线长度套构而成。
由相同原子构成的复式格子。
2、闪锌矿结构（GaAｓ)３-5族化合物分子构成，与金刚石结构类似,由两类原子各自形成的面心立方沿空间对角线相互平移1/４个空间对角线长度套构而成。
由共价键结合,有一定离子键。
由不同原子构成的复式格子。
3、纤锌矿结构（ＺnＳ)与闪锌矿结构类似，以正四面体结构为基础,具有六方对称性,由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成。
是共价化合物，但具有离子性，且离子性占优。
4、氯化钠结构（NaＣl)沿棱方向平移1／2,形成的复式格子。
5、原子能级与晶体能带原子组成晶体时,由于原子间距非常小,于是电子可以在整个晶体中做共有化运动，导致能级劈裂形成能带。
6、脱离共价键所需的最低能量就是禁带宽度。
价带上的电子激发为准自由电子，即价带电子激发为导带电子的过程,称为本征激发。
7、有效质量的意义a.有效质量概括了半导体内部势场的作用（有效质量为负说明晶格对粒子做负功)b.有效质量可以直接由实验测定c.有效质量与能量函数对于k的二次微商成反比。
能带越窄,二次微商越小，有效质量越大。
8、测量有效质量的方法回旋共振。
当交变电磁场角频率等于回旋频率时,就可以发生共振吸收。
测出共振吸收时电磁波的角频率和磁感应强度,就可以算出有效质量。
为能观测出明显的共振吸收峰，要求样品纯度较高,且实验要在低温下进行。
9、空穴价带中空着的状态被看成带正电的粒子，称为空穴。
这是一种假想的粒子，其带正电荷+q，而且具有正的有效质量m p＊。
10、轻／重空穴重空穴:有效质量较大的空穴轻空穴：有效质量较小的空穴11、间接带隙半导体导带底和价带顶处于不同k值的半导体。
半导体物理复习资料
第一章 半导体中的电子状态1.导体、半导体、绝缘体的划分：Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。
2.电子的有效质量是*n m ，空穴的有效质量是*p m ；**np m m -=，电量等值反号，波矢k 与电子相同 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。
能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。
3.半导体中电子所受的外力dtdkh f ⋅=的计算。
4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
第二章 半导体中杂质和缺陷能级1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E D ；施主能级很接近于导带底；受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级E A ；受主能级很接近于价带顶。
施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。
深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。
深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。
3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。
在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As )掺入Ⅳ族杂质原子(Si )，Si 为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。
设315100.1-⨯=cm N A ，316101.1-⨯=cm N D ；则316100.1-⨯=-=cm N N n A D 由p n n i ⋅=2，可得p 值；①p n ≈时，近似认为本征半导体，i F E E =；②p n μμ=时，本征电导p n σσ=； p n >>时，杂质能级靠近导带底；第三章 半导体中载流子的统计分布1.费米分布函数(简并半导体)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=Tk E E E f F 0exp 11)((本征)；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=T k E E E f F 0exp 2111)((杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=T k E A E f B0exp )(；2.费米能级：TF N F E ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂==μ；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
半导体物理学复习
1、 金刚石结构
半导体中的电子状态
原子在晶胞中的排列情况是：8 个原子位于立方体的 8 个角顶上，6 个原 子位于 6 个面中心处，晶胞内部有四个原子。
1、在室温下 Si 的晶格常数 a=5.43A; Ge 的晶格常数 a=5.66A，分别计算单位体积内 硅、锗的原子个数。 2、 分别计算 Si （100） ， （110） ， （111） 面每平方厘米内的原子个数， 即原子面密度 （提 示：先画出各晶面内原子的位置和分布图） 。 3、计算硅<100>, <110>和〈111〉晶向上单位长度内的原子数，即原子线密度。 解： 1、Si： N Si Ge： N Ge
3、n 型半导体载流子浓度
ND E - ED 1 + 2 exp( F ) k0T ① 低温弱电离区：当温度很低时，大部分施主杂质被电子占据，只有少数杂质电离，使少量电 E - EF ND + )= = nD 子进入导带，称作低温弱电离： n0 = N C exp( - C E E k0T F 1 + 2 exp( - D ) k0T 1/ 2 1/ 2 N D NC EC ED N D NC ΔED EC + ED k0T ND exp( )= exp( ) 得到： EF = + ln( ) n0 = 2 2k0T 2 2k0T 2 2 2 NC N C exp(
8
a
3
8 4.99 10 28 m 3 10 3 (5.43 10 )
2、{1 0
{1 1
{1 1
3、<100>:
<110>:
<111>:
8 4.4 10 28 m 3 10 3 a (5.66 10 ) 1 14 2 4 2 0} : 6.78 10 14 atom / cm 2 2 2 8 2 a a (5.43 10 ) 1 1 2 4 2 4 2 4 9.59 10 14 atom / cm 2 0} : 2a a 2a 2 1 1 4 2 2 4 4 2 1} : 7.83 10 14 atom / cm 2 2 3 3a a 2a 2 1 2 1 2 1 1.84 10 7 cm 1 8 a a 5.43 10 1 2 1 2 1.41 2 2.6 10 7cm 1 8 5 . 43 10 2a 2a 1 1 2 2 1.15 2 2.1 10 7cm 1 8 5.43 10 3a 3a
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第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
半导体物理学复习提纲(重点)
第一章 半导体中的电子状态§1.1 锗和硅的晶体结构特征 金刚石结构的基本特征§1.2 半导体中的电子状态和能带 电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。
几种常用半导体的禁带宽度； 本征激发的概念§1。
3 半导体中电子的运动 有效质量导带底和价带顶附近的E(k ）~k 关系()()2*2nk E k E m 2h -0=; 半导体中电子的平均速度dEv hdk=; 有效质量的公式：222*11dk Ed h m n =。
§1。
4本征半导体的导电机构 空穴空穴的特征：带正电；p n m m **=-；n p E E =-；p n k k =-§1。
5 回旋共振§1.6 硅和锗的能带结构 导带底的位置、个数； 重空穴带、轻空穴第二章 半导体中杂质和缺陷能级§2。
1 硅、锗晶体中的杂质能级基本概念：施主杂质，受主杂质,杂质的电离能，杂质的补偿作用。
§2。
2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级 杂质的双性行为第三章 半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念§3。
1状态密度定义式：()/g E dz dE =；导带底附近的状态密度：()()3/2*1/232()4ncc m g E VE E h π=-；价带顶附近的状态密度：()()3/2*1/232()4p v Vm g E V E E hπ=-§3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi 分布函数：()01()1exp /F f E E E k T =+-⎡⎤⎣⎦；Fermi 能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关.1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级F E 是系统的化学势；2）F E 可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）F E 的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况,通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。
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思维误区：1.电子浓度说的是导带电子浓度，而非价带，空穴也指的是价带的空穴，而非导带。
2.自建电场：掺杂不均匀的半导体，由于浓度梯度的存在导致载流子发生移动，但是由于原本的载流子都是正负电荷成对配对，浓度梯度所产生的电子移动导致左侧的正电荷积累，因此产生朝右的电场。
此过程，既有电场下的漂移，又有浓3.空间电荷区的内建场：组织空穴与电子扩散，使空穴净电流为0,电子净电流为04.空间电荷区：不考虑产生、复合5.PN结加反向偏压，xn区的非平衡载流子是由内部扩散得到；PN结加正向偏压，非平衡载流子是由于电场不足以阻挡载流子流动而注入到边界中6.所谓的浓度是单位体积的电子树7.PN结之间的禁带本来过不去电子，但是由于PN结两端浓度查过大，会产生扩散电流，也有可能是雪崩击穿和齐纳击穿导致。
8.为什么金半接触内部能带弯曲：因为由于距离进一步缩小，接触电势差不变的情况下，电场增强，需要更多的电荷积累，因此耗尽区扩大，耗尽区有电场, 则会带来电势，又会带来电势能，因此能带弯曲。
9.能带弯曲的原因和老师说一下，看看是不是正确？10.金半接触扩散理论中的漂移电流，电场是哪个电场，内电场还是外电场？此时是否有内电场？能带弯曲是不是就是因为内电场的存在？11.pn结的自建内场，阻止了多子的进一步扩散，促进了少子的漂移。
pn结是少子器件，为什么？12.重掺杂半导体电阻率要开始增加！重掺杂的半导体的金半接触要考虑欧姆接触！13.费米能级一般不会弯曲，只有在两边的掺杂特性不同的时候，比如NP结，才会弯曲，还有就是金半接触里，由于存在电流的弯曲！14.（表面电厂效应）为什么只有在深耗尽的时候才有反应时间。
因为之前的耗尽状态主要是驱赶本来就有很多的空穴，而弱反型状态时电子浓度还很小。
只有在深耗尽的时候，需要大量的负电荷，而P型半导体中并没有那么多电子，只有通过扩大耗尽层厚度，通过受主离子来充当负电荷，因此需要更长的反应时间。
15.玻尔兹曼分布与费米狄拉克分布的适用对象？！16.nS — I Df — I -------- - - rrrz- £理解：f函数代表电子占据能量为e的轨道几率，de代表一个能量微元，同时能态密度D则代表像这种de的能量有多少个即N，然后对能量从0到无穷大积分。
半导体物理_复习
电流密度 J nq | E |
(教材P92)
迁移率与杂质浓度和温度的关系
1
N0
0
N 0 Pe Pt tdt
1 P
对所有时间积分，得到N0个 电子自由时间的总和，再除 以N0求得平均自由时间。
即平均自由时间的数值等于散射概率的倒数。
对n型半导体
n
nqn
nq2 n
(教材P20-22)
引入空穴的意义
A. 把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。 B. 半导体中有电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子。
常见半导体能带结构
❖ 直接带隙：砷化镓 ❖ 间接带隙：硅、锗
Ge：[111]能谷为导带底 Si：[100]能谷为导带底
(教材P32)
(教材P30)
)
A exp(
E k0T
)
• fB (E) 称为电子的玻耳兹曼分布函数
费米统计分布：受到泡利不相容原理限制 玻尔兹曼分布：泡利原理不起作用
(教材P58)
导带电子浓度
❖ 导带电子浓度
能量E到E+dE之间的量子态 dZ gc (E)dE
电子占据能量为E的量子态几率 f (E)
载流子浓度 是与温度、 杂质数量及 种类有关的 量
(教材P14)
能带形成的定量化关系
E(k)-k关系图
E(k)-k关系图的简约布里渊区
导体、绝缘体和半导体的能带
导带
导带
半满带
禁带
禁带
价带
价带
满带
绝缘体、半导体和导体的能带示意图
三者的主要区别：
(教材P1属导带半满；半导体禁带宽度在1eV左右；绝缘体禁带宽且导带空
半导体物理考试复习资料
半导体物理考试复习资料半导体物理考试复习资料概念题：1、半导体硅、锗的晶体结构（⾦刚⽯型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。
2、熟悉晶体中电⼦、孤⽴原⼦的电⼦、⾃由电⼦的运动有何不同：孤⽴原⼦中的电⼦是在该原⼦的核和其它电⼦的势场中运动，⾃由电⼦是在恒定为零的势场中运动，⽽晶体中的电⼦是在严格周期性重复排列的原⼦间运动（共有化运动），单电⼦近似认为，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的势场以及其它⼤量电⼦的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，⽽且它的周期与晶格周期相同。
3、晶体中电⼦的共有化运动导致分⽴的能级发⽣劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点：①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。
杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电⼦，导带全空，⾼温下价带中的⼀部分电⼦跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。
③导带与价带间的能隙（Energy gap ）称为禁带（forbidden band ）.禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。
④当原⼦数很⼤时，导带、价带内能级密度很⼤，可以认为能级准连续。
4、晶体中电⼦运动状态的数学描述：⾃由电⼦的运动状态：对于波⽮为k 的运动状态，⾃由电⼦的能量E ，动量p ，速度v 均有确定的数值。
因此，波⽮k 可⽤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，⾃由电⼦的E 和k 的关系曲线呈抛物线形状，是连续能谱，从零到⽆限⼤的所有能量值都是允许的。
晶体中的电⼦运动：服从布洛赫定理：晶体中的电⼦是以调幅平⾯波在晶体中传播。
这个波函数称为布洛赫波函数。
求解薛定谔⽅程，得到电⼦在周期场中运动时其能量不连续，形成⼀系列允带和禁带。
⼀个允带对应的K 值范围称为布⾥渊区。
5、⽤能带理论解释导带、半导体、绝缘体的导电性。
6、理解半导体中求E （k ）与k 的关系的⽅法：晶体中电⼦的运动状态要⽐⾃由电⼦复杂得多，要得到它的E （k ）表达式很困难。
半导体物理导论复习资料
半导体物理导论复习资料半导体物理导论复习资料半导体物理是现代电子学的基础，理解半导体物理的原理对于电子工程师和科学家来说至关重要。
本文将回顾半导体物理的一些重要概念和原理，帮助读者复习和加深对这一领域的理解。
1. 半导体的基本特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，具有一些独特的物理特性。
首先，半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，这意味着它既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。
其次，半导体的电导率可以通过控制外界条件（如温度、施加电场等）来调节，这使得半导体具有可调控性和可变性。
2. 禁带和载流子半导体中的电子和空穴是半导体中的两种载流子。
禁带是指半导体中的能带结构，它将电子的能级分成导带和价带。
导带是电子能量较高的能级，而价带是电子能量较低的能级。
禁带宽度是导带和价带之间的能量差，决定了半导体的导电性能。
3. pn结和二极管pn结是由n型半导体和p型半导体结合而成的。
n型半导体中的电子浓度较高，p型半导体中的空穴浓度较高。
当两者结合时，电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽层。
耗尽层中没有可自由移动的载流子，因此形成了一个电势垒。
这个电势垒可以阻止电流的流动，从而实现了二极管的整流功能。
4. 势垒高度和反向击穿势垒高度是指pn结中电势垒的高度，它决定了二极管的导电性能。
当外加电压使势垒高度增加时，二极管的导电性能会减弱。
反向击穿是指当外加电压超过一定值时，势垒高度会被突破，电流会快速增加。
这种现象可以用来制作稳压二极管和击穿二极管等电子元件。
5. MOSFET和CMOS技术MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的缩写，是现代集成电路中最常用的晶体管结构。
MOSFET的导电性能可以通过调节栅极电压来控制，因此具有高度可调控性和低功耗特性。
CMOS技术是一种基于MOSFET的集成电路制造技术，被广泛应用于数字电路和微处理器的制造。
6. 光电效应和光电器件光电效应是指当光照射到半导体材料上时，会激发出电子和空穴，产生电流。
半导体物理复习资料
半导体物理复习资料一．填空题1.半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射和晶格震动散射。
2.纯净半导体Si中掺杂Ⅴ族元素，当杂质电离时释放电子。
这种杂质称施主杂质；相应的半导体称N型半导体。
3.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做漂移运动。
4.n0p0=n i2标志着半导体处于热平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n0p0是否改变？不改变；当温度变化时，n0p0改变否？改变。
5.硅的导带极小值位于布里渊区<100>方向上，根据晶体对称性共有6个等价能谷。
6.n型硅掺As后，费米能级向E C或上移动，在室外温度下进一步升高温度，费米能级向E i或下移动。
7.半导体中的陷阱中心使其中光电导灵敏度增加，并使其光电导衰减规律衰减时间延长。
8.若用氢取代磷化镓中的部分磷，结果是禁带宽度E g增大；若用砷的话，结果是禁带宽度E g减小。
9.已知硅的E g为1.12Ev，则本征吸收的波长限为1.11微米；Ge的E g为0.67eV，则本征吸收的波长限为1.85微米。
10.复合中心的作用是促进电子和空穴的复合，起有效复合中心的杂质能级必须位于E1或禁带中心线，而对电子和空穴的俘获系数r n或r p必须满足r n=r p。
11.有效陷阱中心位置靠近E F或费米能级。
12.计算半导体中载流子浓度时，不能使用玻尔兹曼统计代替费米统计的判定条件E c-E F≤2k0T以及E F-E V≤2k0T，这种半导体被称为简并半导体。
13.PN结电容可分为扩散电容和势垒电容两种。
14.纯净半导体Si中掺杂Ⅲ族元素的杂质，当杂质电离时在Si晶体的共价键中产生了一个空穴，这种杂质称受主杂质；相应的半导体称P型半导体。
15.半导体产生光吸收的方式本征、激子、杂质、晶格振动、半导体吸收光子后产生载流子，在均匀半导体中是电导率增加，可制成光敏电阻；在存在自建电场的半导体中产生光生伏特，可制成光电池；光生载流子发生辐射复合时，伴随着发射光子，这就是半导体的发光现象，利用这种现象可制成发光管。
半导体物理期末复习知识
一、半导体物理学基本概念有效质量-----载流子在晶体中的表观质量，它体现了周期场对电子运动的影响。
其物理意义：1）有效质量的大小仍然是惯性大小的量度；2）有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递，因此可正可负。
空穴-----是一种准粒子，代表半导体近满带（价带）中的少量空态，相当于具有正的电子电荷和正的有效质量的粒子，描述了近满带中大量电子的运动行为。
回旋共振----半导体中的电子在恒定磁场中受洛仑兹力作用将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电子的回旋频率时，发生强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。
施主-----在半导体中起施予电子作用的杂质。
受主-----在半导体中起接受电子作用的杂质。
杂质电离能-----使中性施主杂质束缚的电子电离或使中性受主杂质束缚的空穴电离所需要的能量。
n-型半导体------以电子为主要载流子的半导体。
p-型半导体------以空穴为主要载流子的半导体。
浅能级杂质------杂质能级位于半导体禁带中靠近导带底或价带顶，即杂质电离能很低的杂质。
浅能级杂质对半导体的导电性质有较大的影响。
深能级杂质-------杂质能级位于半导体禁带中远离导带底（施主）或价带顶（受主），即杂质电离能很大的杂质。
深能级杂质对半导体导电性质影响较小，但对半导体中非平衡载流子的复合过程有重要作用。
位于半导体禁带中央能级附近的深能级杂质是有效的复合中心。
杂质补偿-----在半导体中同时存在施主和受主杂质时，存在杂质补偿现象，即施主杂质束缚的电子优先填充受主能级，实际的有效杂质浓度为补偿后的杂质浓度，即两者之差。
直接带隙-----半导体的导带底和价带顶位于k空间同一位置时称为直接带隙。
直接带隙材料中载流子跃迁几率较大。
间接带隙-----半导体的导带底和价带顶位于k空间不同位置时称为间接带隙。
间接带隙材料中载流子跃迁时需有声子参与，跃迁几率较小。
平衡状态与非平衡状态-----半导体处于热平衡态时，载流子遵从平衡态分布，电子和空穴具有统一的费米能级。
半导体物理学期末总复习
半导体中的热平衡态
载流子的扩散
在半导体中，不同区域的载流子浓度不同，浓度高的区域的载流子会向浓度低的区域扩散，这种现象称为载流子的扩散。
载流子的漂移
当半导体中存在电场时，载流子会受到电场力的作用，从高电场强度区域向低电场强度区域移动，这种现象称为载流子的漂移。
载流子的输运过程
在半导体中，载流子的浓度分布取决于载流子的产生、复合、扩散、漂移等过程的综合作用。
太阳能电池
利用半导体物理器件的能带结构，可以制造出高效的太阳能电池。
半导体物理器件在新能源和环境中的应用
风能发电装置
利用半导体物理器件的高频特性，可以制造出高效的风能发电装置。
水质监测和污水处理
利用半导体物理器件的化学传感器作用，可以制造出用于水质监测和污水处理中的传感器。
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04
半导体的光学性质
光吸收
半导体对光的吸收主要取决于材料中的电子和原子结构。在光子能量大于或等于半导体带隙时，光子会被吸收并产生电子-空穴对。
光发射
光发射是半导体中电子从束缚态跃迁到自由态并辐射出光子的过程。光发射的能量与带隙密切相关，带隙越大，发射光的能量越高。
半导体中的光吸收与光发射
光电效应
5G和6G通信技术
随着5G和6G通信技术的不断发展，现代半导体器件需要适应更高的频率和更复杂的通信协议。
半导体物理器件在集成电路中的应用
存储器
半导体物理器件还可以应用于存储器中，例如动态随机存储器和闪存等。
传感器
半导体物理器件还可以应用于传感器中，例如光传感器、温度传感器和压力传感器等。
微处理器
半导体物理器件在集成电路中的应用最为广泛，其中微处理器是其中的代表。
半导体物理知识复习
根据所掺元素的不同，又可将掺杂后 的半导体分为N型半导体（掺入5价元 素）和P型半导体（掺入3价元素）。
N型半导体及其性质
+5 +4 N型硅表示 +4 +4+
不能导电 对于N型半导体 施主杂质 来说，其中的电
N型半导体中: 电子为多数载流子（多子），主要由 杂质原子提供 空穴为少数载流子（少子），主要由 热激发产生
载流子的概念
+4 +4 +4 +4
自由电子与空穴均可视为 载流子，但所携带电荷的 极性不同。 载流子：载运电流的粒子
空穴 自由电子 带正电 带负电
在本征半导体中，自由电 子与空穴总是成对出现， 成为电子-空穴对,从而两 种载流子的浓度相等。
电子浓度：ni 空穴浓度：pi
ni pi
第 一 节 ： 半 导 体 中 的 载 流 子 及 其 运 动
施主能级
V族施主电离能很小 施主的电离：施主能级 上的电子跃迁到导带
受主能级
负电中心束缚空穴 III族受主电离能很小 受主的电离：价带电子跃迁 到受主能级，失去空穴的负 电中心
半导体中少子和多子的平衡 n型半导体：主要电子导电，有少量空穴 P型半导体：主要空穴导电，有少量电子
多子：多数载流子
n型半导体：电子 p型半导体：空穴
• 硅、锗等半导体都属于金刚石型结构。 • III-V族化合物（如砷化镓等）大多是属于闪 锌矿型结构，与金刚石结构类似。 • 晶格常数是晶体的重要参数。 • aGe=0.5658nm,aSi=0.5431nm
半导体的原子结构
Si
Ge
硅原子
价电子
锗原子
价电子
+4
正离子
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第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子：倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足hv =E 2−E 2。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：4. 波尔氢原子理论基本结论是什么？（1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
7. 硅、锗晶体能带是如何形成的？有哪些特点？（1） 当硅、锗组成晶体后，由于轨道杂化的结果，其4个价电子形成sp 3杂化轨道。
（2）Sp 3杂化轨道能级平均分裂成上下两个能带，中间隔一禁带，着两个能带都1,2,3,分别包含2n 个状态，并不和s 能级（n 态）和p 能级（3n 态）相对应。
（3）上面能带是空的常称为导带，下面被价电子占满称为满带或价带，当原子数很大时，导带、价带内能级密度很大，可以认为能级准连续。
8. 自由电子能量、动量、速度与波矢的关系是什么？波动性描述自由电子的能量和动量： 9. 什么是布洛赫定理与布洛赫函数？布洛赫证明：由单电子近似所描绘的晶体中的电子所遵守的薛定谔方程: 其中具有上述特征的波函数即为布洛赫函数10. 如何应用布洛赫波函数阐述点在在周期场中的共有化运动？（1）自由电子（处于零势场的电子）的空间各点波函数的 强度相等，说明自由电子在空间各个点出现的几率相等，所以叫自由电子。
（2）孤立原子中电子（处于点电荷势场）波函数是由三个量子数决定的关于空间坐标的复杂函数（通过求解薛定谔方程可获得），其概率密度在空间上存在最大值。
（3）晶体中的电子（处于周期性势场的电子）波函数为布洛赫函数，其在空间各点的强度是一个周期性函数，也就是在各点出现的几率也发生周期性变化，因此不再局限在某一个原子上，而可以从晶胞的一点自由地运动到其他晶胞的内的对应点（这些对应点的出现几率是一样的）。
其状态同样可选择波数矢量进行描述。
但此时的状态函数受周期性势场的影响也是一个周期性函数，其中速度、动量是关于波矢的奇函数，能量是关于波矢的偶函数。
11. 能带理论的基本内容是什么？什么是布里渊区？如何绘制第一布里渊区？（1）同自由电子类似，晶体中的电子能量也是波矢的函数。
（2）晶体中的电子能量除了波矢还必须由一个量子数n 决定。
（3）当n 确定后电子的能量则是随波矢周期性在相应地范围（此范围称为一个能带）变化。
（4）不同能带之间不允许电子能量存在称为禁带。
（5）不同量子数对应着不同的能带周期函数。
（6）所有的这些能带函数总体称为晶体的能带结构。
（7）通常表示能带结构有两种方式：第一种扩展能区表示法：即每个能带只取特定的一个周期表示，并根据能量的高低依次选取波矢区域。
处出现间断性跳跃。
这些点将整个波矢空间分割成若干区域，这些区域称为布里渊区。
从包含原点的区域开始，依次称为第一、第二布里渊区。
第二种简约能区表示法：只取任意一个周期的波矢区间，将该区间所有能带的能量表示出来。
通常选择第一布里渊区作为简约能区，因此又称该区为简约布里渊区。
E h νω==p k=p k =k v m =0k E m =2202k m ω=22()d x m dxψ22202)()(na x u x u k k +=，12. 什么是满带（价带）？为何满带不导电？由价电子沾满的能带称为满带。
在外电场作用下，处于满带能级上的电子产生能级跃迁使所有电子在K 空间上产生定向移动，由于满带左右对称性以及周期性可知，产生的正负电流大小相等，相互抵消，所以不导电。
13. 什么是导带？为什么导带导电？价带之上未被电子填满的能带称为导带，优异电子未填满该能带，未加电场，导带电子填充仍然是左右对称，因此导带电子所产生的正负电流相同没有电流，当加上电场在其作用下，电子将在K 空间产生定向移动，能带左右不对称了，因此产生了净电流。
14. 导体的导电机制是什么？怎样用能带理论解释其导电机制？导体通常是金属，其价带是满带，而导带中填充一定数量的电子，因此导体是导带中的价电子导电。
15. 半导体导电的机制是什么？怎样用能带理论解释其导电机制？（1）班导体中价电子刚好填满价带，导带在绝对零度时是空的称为空带。
（2）在一定温度条件下，由于半导体的禁带宽度较小，受热激发作用满带中的价电子较容易跃迁到导带中去，从而产生导带电子导电机构。
（3）同时在价带留下相应空K 状态，破坏了原未满带结构，在外电场作用下，将产生净的电流，如果填满空位上相应的电子则此电流将被抵消，因此可以认为是一假想的正电荷以相应的电子速度作定向运动而产生的电流，将此假想的空位正电荷称为空穴载流子，因此半导体的导电机构是电子导电和价带的空穴导电。
16. 绝缘体为何不导电？绝缘体和半导体一样在绝对零度时，导带是空的，价带被填满，所不同的是其禁带宽度较宽，受热激发电子难于跃迁到导带，因此绝缘体导电载流子不存在或者很少，所以不导电。
17. 什么是电子的有效质量？引进此概念有何重要意义？ 通过有效质量的引入，将周期性势场对电子运动的影响全部归结到有效质量中。
因此一旦有效质量被确定，则电子的能带结构确定了，电子在外场作用的运动速度和加速度也确定了。
而有效质量较容易被实验所确定，因此有效质量的引入使得半导体能带结构及其电子的运动状态的定量分析得以实现。
18. 能带极值处电子运动规律如何确定？ 19. 外加电场作用下电子运动规律如何确定？电子运动速度决定于波矢量，当有外电场作用下，电子运动状态将发生变化，也就是电子的波矢将发生变化，其变化规律可由下列关系式确定：222k m 222/d E dk =ω1dE dk221()2n d k dk m *=k m *=dE dt dk dk dt =20. 有效质量有哪些定性特征？空穴有效质量是如何定义了？ 内层电子能带窄，二次微商小，有效质量大，加速度小。
外层电子能带宽，二次微商大，有效质量小，加速度大。
内层空穴有效质量的定义：21. 什么是K 空间IDE 等能面？对于三维晶体K 空间内，能量相同的点所构成的空间曲面称为等能面。
对于各向同性的三维晶体，在K 空间的等能面为球面，此时能量与波矢的关系为： 且极值点不一定在所选布里渊区的中心（通常为k 空间的原点），所以上述函数应改写为：E 为常数，上式为等能面方程研究半导体能带结构，即确定上式中的有效质量，极值能量，极值能量的位置。
22.什么是回旋共振？如何测量有效质量？将半导体样品置于均匀恒定磁场中，半导体中的电子将按照一定的回旋频率作螺旋形运动，此时再将电磁波通过半导体，若电磁波的频率与电子的回旋频率相同，则产生回旋共振吸收。
根据此现象可以测量电子的有效质量。
若等能面为球面，由磁场力电子加速可以证能面为椭球面的任意方向（磁场强度方向）的有效质量为：23. 硅的导带结构特征是什么？如何通过实验证明？（1）等能面是在六个晶轴方向<100>的旋转椭球面，此结论是通过以下实验现象分析得出的（2）椭球面的中心在该方向上的布里渊区边界0.85倍处（3）实验现象（对Si ）：B 沿[111]轴方向只能观察到一个吸收峰；1()dE dk21d E dk dk dt =221()d E dk dk dt ==p n m m **=-222k m *222(2x y k k m *=+20((2x x k k m *-000222(2(()())2(()())2(()())x x y z k k m E k E k m E k E k m E k E k *-=---0(0.190.01)t m m =±0(0.980.04)l m m =±B 沿[110]轴方向可以观察到两个吸收峰；B 沿[100]轴方向可以观察到两个吸收峰；B 沿任意方向可以观查到三个吸收峰；[111]方向上，B 与六个方向坐标系的方向余弦均相同 所以6个方向等能面有效质量均相同，因此只能观察到一个吸收峰[110]方向上，B 与六个方向坐标系的方向余弦有两组不同的值[100]方向上，B 与六个方向坐标系的方向余弦有两组不同的值任意方向：可以有三种不同的值，所以可以观察到三个吸收峰。
24. 锗的导带结构特征是什么？回旋共振的实验会有什么样的结果？（1）等能面是位于<111>方向上的8个旋转椭球面（2）椭球面的中心在该方向上简约布里渊区边界处（3）25. 硅锗禁带宽度如何随温度的变化而变化？随温度的上升而逐渐减小。
第二章半导体中杂质和缺陷能级1. 杂质是如何分类的？各类型杂质是如何定义了？（1）按照杂质在晶格中的位置可分为：替位杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格结点处。
间隙杂质：杂质位于晶格原子之间（2）按照杂质电离后电性可分为：施主杂质：电离后带正电的杂质。
受主杂质：电离后带负电的杂质。
杂质能级：将被杂质束缚的电子（空穴）的能量状态称为杂质能级，通常杂质能级位于禁带之中。
杂质电离：电子（空穴）挣脱杂质束缚的过程称为电离，相应所需的能量称为电离能n 型半导体：所掺杂质为施主杂质，导带中电子为主要载流子的半导体p 型半导体：所掺杂杂质为受主杂质，价代中空穴为主要载流子的半导体（3）浅能级杂质：施（受）主杂质距离导带底（价带顶）较近。
深能级杂质：施（受）主杂质距离导带底（价带顶）较远。