华工半导体物理期末总结

合集下载

半导体物理期末总结

倒格矢 K h = h1 b1 + h2 b 2 + h3 b 3 与正格中晶面族(h1h2h3) 正交，且其长度为 d h h h 。
1 2 3
2π
(1)证明
K h = h1 b1 + h2 b 2 + h3 b 3
与晶面族(h1h2h3)正交。
设ABC为晶面族(h1h2h3)中离原点最近的晶面，
一，晶体结构所有晶体的结构可以用晶格来描述，这种晶格的每个格点上附有一群原子，这样的一个原子群称为基元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。 1.晶格周期性的描述 —— 布拉伐格子简单晶格 (a)简立方 (b)面心立方 (c)体心立方复式晶格金刚石结构 2.维格纳--塞茨原胞 3 晶向及晶向指数，晶面及密勒指数
1 1 2E = m 2 k k
1 a= F * m
有效质量m*是固体物理学中的一个重要的概念。（1）m*不是电子的惯性质量，而是能量周期场中电子受外力作用时，在外力与加速度的关系上相当于牛顿力学中的惯性质量；（2）m*不是一个常数，而是
k 的函数。一般情况下，它是
v(- k ) = -v(k )
2.电子有效质量与加速度
2E 2 k x a x a = 1 2 E y 2 k y k x az 2E k k z x 2E k x k y 2E k 2 y 2E k z k y 2E k x k z 2E k y k z 2E k z2 F x F y Fz

半导体物理学期末总复习

导带中的电子浓度 n0
在导带上的 E ~（E dE）间有f (E)gc (E)dE
热平衡状态
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。
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。
半导体的导电性受温度影响剧烈。
态密度的概念
能带中能量 E 附近每单位能量间隔内的量子态
数。能带中能量为 E （E dE）无限小的能量间隔内
杂质处于两种状态：中性态和离化态。当处于离化态时，施主杂质向导带提供电子成为正电中心；受主杂质向价带提供空穴成为负电中心。
ND N A
半导体中同时存在施主和受主杂质，且 ND N A 。
N型半导体
N型半导体
N A ND
半导体中同时存在施主和受主杂质，且 N A ND 。
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。
替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构要求与被取代的晶格原子相近。如Ⅲ、Ⅴ 族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质。
间隙式杂质、替位式杂质
单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
大，为热缺陷，它们不断产生和复合，直至达到动态平衡，总是同时存在的。空位表现为受主作用；间隙原子表现为施主作用

华工半导体物理期末总结

一、p-n结

1.PN结的杂质分布、空间电荷区，电场分布

（1）按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结

突变结--- P区与N区的杂质浓度都是均匀的，杂质浓度在冶金结面处（x = 0）发生突变。

单边突变结---一侧的浓度远大于另一侧，分别记为PN+ 单边突变结和P+N 单边突变结。后面的分析主要是建立在突变结（单边突变结）的基础上

突变结近似的杂质分布。

线性缓变结--- 冶金结面两侧的杂质浓度均随距离作线性变化，杂质浓度梯 a

为常数。在线性区

()

N x ax

()

常数

a a

线性缓变结近似的杂质分布。

空间电荷区：PN结中，电子由N区转移至P区，空穴由P区转移至N区。电子和空穴的转移分别在N区和P区留下了未被补偿的施主离子和受主离子。它们是荷电的、固定不动的，称为空间电荷。空间电荷存在的区域称为空间电荷区。

（2）电场分布

2.平衡载流子和非平衡载流子

（1）平衡载流子--处于非平衡状态的半导体,其载流子浓度为n0和p0。

（2）非平衡载流子--处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子

3. Fermi 能级，准Fermi 能级，平衡PN结能带图，非平衡PN结能带图

(1)Fermi 能级:平衡PN结有统一的费米能级。

（2）当pn结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区范围内，电子和空穴没有统一的费米能级，分别用准费米能级。

（3）平衡PN结能带图

（4）非平衡PN结能带图

（5）热平衡PN结能带图

半导体物理期末试卷含部分答案

一、填空题

1．纯净半导体Si 中掺错误!未找到引用源。族元素的杂质，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。 2．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。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？

不变；当温度变化时，n o p o 改变否？改变。

4．非平衡载流子通过复合作用而消失，非平衡载流子的平均生存时间叫做寿命τ，寿命τ与复合中心在禁带中的位置密切相关，对于强p 型和强n 型材料，小注入时寿命τn 为，寿命τp 为 .

5．迁移率是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，扩散系数是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q

T k D n n 0=μ ，称为爱因斯坦关系式。 6．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振动散射。前者在电离施主或电离受主形成的库伦势场下起主要作用，后者在温度高下起主要作用。

7．半导体中浅能级杂质的主要作用是影响半导体中载流子浓度和导电类型；深能级杂质所起的主要作用对载流子进行复合作用。

8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是乙甲丙。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙。费米能级由高到低的顺序是乙> 甲> 丙。

半导体物理学期末总复习

答案
PN结的形成是由于P型半导体和N型半导体接触时，由于载流子的扩散作用，在接触面形成一个耗尽层，进而形成PN结。
答案
当光照射在半导体上时，半导体吸收光的能量，产生电子-空穴对，形成光电流。
计算题
计算题1
在一个半导体器件中，电流为1mA，电压为5V，求该器件的电阻。
答案
该器件的电阻为5kΩ。
光刻设备
用于将电路图案转移到晶圆表面的设备，包括曝光机和掩模对准器等。
刻蚀设备
用于刻蚀晶圆表面的设备，如等离子刻蚀机和反应离子刻蚀机等。
离子注入设备
用于将杂质离子注入到晶圆中的设备，如离子注入机和离子束刻蚀机等。
退火设备
用于使杂质离子在晶圆中扩散和激活的设备，如快速热处理（RTP）和激光退火设备等。
C. 负离子
B. 正离子
A. 电子
01
03 02
选择题
D. 正负离子对
答案wk.baidu.com A. 电子
填空题
填空题1：半导体的导电能力随温度的升高而 ______。
填空题2：在N型半导体中，主要的载流子是 ______。
答案：增强答案：自由电子
简答题
简答题1
请简述PN结的形成过程。
简答题2
描述半导体的光电效应。
VS
结果应用

半导体物理学期末总复习

要点三
半导体物理器件的应用与发展趋势
05
集成电路中的半导体器件
包括二极管、晶体管、场效应管等，这些器件的组合和应用是实现现代电子设备的基础。
集成电路工艺
以硅基集成电路为例，了解芯片的制造流程，包括半导体材料的制备、光刻、刻蚀、掺杂等关键工艺。
半导体物理器件在集成电路中的应用
光电效应
了解光子与电子之间的相互作用，以及光电效应的基本原理和应用。
2023
半导体物理学期末总复习
半导体物理基础半导体中载流子的输运与运动半导体器件的基本原理与特性半导体器件的模型与仿真半导体物理器件的应用与发展趋势
contents
目录
半导体物理基础
01
半导体晶格结构
了解半导体的晶格结构，包括共价键、金属键等。
半导体晶体类型
了解不同半导体的晶体类型，如立方晶体、六角晶体等。
半导体中载流子的输运
载流子在热运动和浓度梯度的影响下，不仅存在扩散输运，还存在扩散运动。
扩散运动
描述载流子在电场作用下的运动特性的重要参数，即迁移率和霍尔系数。
迁移率和霍尔系数
半导体中载流子的运动与扩散
半导体器件的基本原理与特性
03
半导体二极管结构
半导体二极管由P型和N型半导体材料通过接触形成P-N结，通常在P型半导体材料中引出正极，N型半导体材料中引出负极。

半导体物理学期末总复习

Leabharlann Baidu米分布函数
当 T 0K 时
是否被电子占据的一个界限当 T 0K 时若 E EF ，则 f ( E ) 1/ 2 若 E EF ，则 f ( E ) 1/ 2 若 E EF ，则 f ( E ) 1/ 2 费米能级是量子态基本上被电子占据或基本上是空的一个标志
位错
施主情况受主情况
半导体物理学
一．半导体中的电子状态二．半导体中杂质和缺陷能级三．半导体中载流子的统计分布四．半导体的导电性
五．非平衡载流子
六．pn结
七．金属和半导体的接触
八．半导体表面与MIS结构
热平衡状态
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。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。半导体的导电性受温度影响剧烈。
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
ED
As
ED
EC
EV
N型半导体
施主能级
半导体的掺杂
受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如Si中的B
EC
B
EA
EA EV
P型半导体

半导体物理知识点总结-半导体物理总结

一、半导体物理知识大纲

Ø 核心知识单元A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）

è 半导体中的电子状态（第1章）

è 半导体中的杂质和缺陷能级（第2章）

Ø 核心知识单元B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析^p 方法、相关参数的计算方法）

è 半导体中载流子的统计分布（第3章）

è 半导体的导电性（第4章）

è 非平衡载流子（第5章）

Ø 核心知识单元C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析^p 其产生的物理机理、掌握具体的应用）

è 半导体光学性质（第10章）

è 半导体热电性质（第11章）

è 半导体磁和压阻效应（第12章）

二、半导体物理知识点和考点总结

第一章半导体中的电子状态

本章各节内容提要：

本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。

在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。

（重点掌握）

在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。

（重点掌握）

在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。

（重点掌握）

半导体物理学期末总复习

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。
热电效应
热电效应是指由于温度梯度而引起电势差的现象。在半导体中，热电效应可以引起热电电压和热电流的变化。
热电效应的基本原理
热电效应的基本原理是塞贝克效应和皮尔兹效应。塞贝克效应是指两种不同材料之间存在温度梯度时，会形成电动势的现象；皮尔兹效应是指材料内部存在温度梯度时，会形成热电流的现象。
半导体中的热效应与热电效应
能带结构
在半导体中，电子的状态由能量、波矢和自旋等参数描述。
电子状态
描述半导体中电子分布的能级，其位置由温度和费米能级位置决定。
费米能级
半导体中的电子状态与能带
半导体中的杂质包括施主杂质和受主杂质。施主杂质在半导体中提供自由电子，受主杂质则接受自由电子。
杂质
半导体中的缺陷包括晶格缺陷和杂质缺陷。晶格缺陷是由于晶体结构中的原子排列不规整而产生的，杂质缺陷则是由于外来杂质的存在而产生的。这些缺陷对半导体的性能有着重要影响。

半导体物理期末试卷(含部分答案

一、填空题

1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，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。

2．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。

3．n o p o =n i 2标志着半导体处于平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？

不变；当温度变化时，n o p o 改变否？改变。

5．迁移率是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，扩散系数是反映有浓度梯度时载 q

n n 0=μ ，称为爱因斯坦关系式。 6．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振动散射。前者在电离施主或电离受主形成的库伦势场下起主要作用，后者在温度高下起主要作用。

7．半导体中浅能级杂质的主要作用是影响半导体中载流子浓度和导电类型；深能级杂质所起的主要作用对载流子进行复合作用。

半导体物理期末复习知识要点汇总

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。

半导体物理学期末总复习

半导体器件的制造工艺
详细介绍各种半导体器件的制造工艺和技术，如光刻、掺杂、刻蚀、镀膜等。
半导体器件的性能测试
介绍半导体器件性能测试的方法和设备，包括电学性能测试、可靠性测试和环境适应性测试等。
04
CATALOGUE
半导体物理中的重要概念与理论
能带理论
半导体能带中来自百度文库导带、价带和禁带的概念
半导体材料的能带结构对电子和空穴的分布和运动的影响
解释
根据半导体物理学的知识，本征载流子浓度与温度和带隙有关。对于硅材料，本征载流子浓度可以表示为n = (2.86 × 10^16) × (T/√(E_g))。其中，T表示温度，E_g表示带隙。将已知的温度和带隙代入公式中即可得到本征载流子浓度的值。
THANKS
感谢观看
详细描述
二极管结构简单，由P型和N型半导体材料交替堆叠形成PN结，当PN结加正向电压时，电子从N区穿过PN结流向P区，形成电流。相反，当PN结加反向电压时，电流几乎为零。
双极结型晶体管（BJT）
总结词
双极结型晶体管是一种电流控制型半导体器件，具有放大和开关功能。
详细描述
BJT由两个背靠背的PN结组成，中间由一层薄薄的P型半导体隔开。通过控制发射极和集电极之间的电压，可以控制流过集电极和发射极的电流。当发射极和集电极之间的电压增加时，集电极电流也会增加。这种效应被称为放大效应。

半导体物理学期末总复习

P型半导体
P型半导体
杂质的补偿作用
▪ 半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体是N型还是P型由杂质的浓度差决定
▪ 半导体中净杂质浓度称为有效杂质浓度（有效施主浓度；有效受主浓度）
▪ 杂质的高度补偿（ NA ND ）
点缺陷
▪ 弗仓克耳缺陷
➢ 间隙原子和空位成对出现
▪ 肖特基缺陷
➢ 只存在空位而无间隙原子 ▪ 间隙原子和空位这两种点缺陷受温度影响较
k0T
k0T
费米分布函数转化为
1，
fB (E)
exp(
E EF k0T
)
exp( EF k0T
) exp(
E k0T
)
A exp(
E k0T
)
▪ fB (E) 称为电子的玻尔兹曼分布函数
玻尔兹曼分布函数
▪ 空穴的玻尔兹曼分布函数 1 fB (E)
1
f (E)
1
EF E
1 e k0T
exp( EF E ) exp( EF ) exp( E ) B exp( E )
与理想情况的偏离的原因
▪ 理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得原本周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，并在禁带中引入了能级，允许电子在禁带中存在，从而使半导体的性质发生改变。
间隙式杂质、替位式杂质
▪ 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。

半导体物理学期末总复习PPT文档共181页

11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
半导体物理学期末总复习
人的差异在于业余时间
Biblioteka Baidu
谢谢