半导体器件物理_复习重点
(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结
基本概念题：第一章半导体电子状态1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。
1.2能带晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。
1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。
答：能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。
通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。
单电子近似：将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。
绝热近似：近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。
1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法答案：克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。
由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。
从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。
1.2导带与价带1.3有效质量有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。
它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。
其大小由晶体自身的E-k关系决定。
1.4本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
1.4空穴空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
它引起的假想电流正好等于价带中的电子电流。
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一、半导体物理知识大纲核心知识单元 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）半导体中的电子状态（第 1 章）半导体中的杂质和缺陷能级（第 2 章）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方法、相关参数的计算方法）半导体中载流子的统计分布（第 3 章）半导体的导电性（第 4 章）非平衡载流子（第 5 章）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、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）半导体光学性质（第10 章）半导体热电性质（第11 章）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）在1.4 节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。
（重点掌握）在 1.5 节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。
（理解即可）在 1.6 节，介绍 Si 、Ge 的能带结构。
（掌握能带结构特征）在 1.7 节，介绍Ⅲ -Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs 的能带结构。
（掌握能带结构特征）本章重难点：重点：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。
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第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。
1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。
试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。
题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。
空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。
1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。
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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。
半导体物理复习资料全
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。
(完整word版)半导体物理知识点及重点习题介绍(良心出品必属精品)
基本概念题：第一章半导体电子状态1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。
1.2能带晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。
这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。
1.3导带与价带1.4有效质量有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。
它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。
其大小由晶体自身的E-k关系决定。
1.5本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
1.6空穴空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
它引起的假想电流正好等于价带中的电子电流。
1.7空穴是如何引入的，其导电的实质是什么？答：空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
这样引入的空穴，其产生的电流正好等于能带中其它电子的电流。
所以空穴导电的实质是能带中其它电子的导电作用，而事实上这种粒子是不存在的。
1.8 半导体的回旋共振现象是怎样发生的（以n型半导体为例）答案：首先将半导体置于匀强磁场中。
一般n型半导体中大多数导带电子位于导带底附近，对于特定的能谷而言，这些电子的有效质量相近，所以无论这些电子的热运动速度如何，它们在磁场作用下做回旋运动的频率近似相等。
当用电磁波辐照该半导体时，如若频率与电子的回旋运动频率相等，则半导体对电磁波的吸收非常显著，通过调节电磁波的频率可观测到共振吸收峰。
这就是回旋共振的机理。
1.9 简要说明回旋共振现象是如何发生的。
半导体样品置于均匀恒定磁场，晶体中电子在磁场作用下运动运动轨迹为螺旋线，圆周半径为r ，回旋频率为当晶体受到电磁波辐射时， 在频率为 时便观测到共振吸收现象。
半导体物理学复习提纲(重点)教学提纲
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。
半导体物理知识复习
爱因斯坦关系:
kT D q
电流密度方程
载流子的输运方程
在漂移－扩散模型中
jn qn n E qDnn
方程形式1
j p q p p E qDpp
漂移项
扩散项
爱因斯坦关系
k BT k BT p Dn n Dp q q
方程形式2
J n qnnn
J p qn p p
在杂质半导体中：
多子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度 少子的浓度主要取决于温度
+ + + + + + -
N型半导体的 简化表示法
P型半导体的 简化表示法
载流子在半导体中的运动
当无外加电场作用时，半导体中的载 流子做不规则热运动，对外不呈现电 特性 在外加或内建电场作用下，载流子将 有定向的“漂移运动”并产生漂移电 流 当载流子浓度分布不均匀时，将从高 浓度区域向低浓度区域做定向运动， 即“扩散运动”，同时产生扩散电流 半导体中的电流为漂移电流与扩散电 流之和
半导体中的能带
在同一个原子能 级上产生的共有化 运动多样 可以有各种速度 从一个原子能级 可以演变出许多共 有化量子态 一组密集的能级：能带 禁带，带隙 原子能级 能带
半导体中的能带
(价带、导带和带隙)
Si，Ge等晶体中，内层到最 外层价电子填满相应的能带
导 带
Eg
价 带
价带：被电子填充的能量最高的能带，价电子填充 能量最高 价带以上能带基本为空 导带： 未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
物质的分类 按照导电 能力的差 别，可以 将物质分 为：
104 cm) 导体(电阻率小于
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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。
半导体物理期末复习知识要点资料
金属电阻率-----随温度上升而上升。（晶格振动散射）
散射几率-----载流子在单位时间内被散射的次数。
平均自由时间-----载流子在两次散射之间自由运动的平均时间。
强场效应-----电场强度较高时载流子的平均漂移速度与电场强度间的关系偏离线性关系的现象，此时迁移率不再是常数。电场强度继续增加时，漂移速度不再随外场增加而变化，达到饱和。
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。
非简并半导体----半导体中载流子分布可由经典的玻尔兹曼分布代替费米分布描述时，称之为非简并半导体。
简并半导体-----半导体重掺杂时，其费米能级有可能进入到导带或价带中，此时载流子分布必须用费米分布描述，称之为简并半导体。简并半导体有如下性质：1）杂质不能充分电离；2）杂质能级扩展为杂质能带。如果杂质能带与导带或价带相连，则禁带宽度将减小。
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。
半导体器件物理-复习重点
半导体器件物理-复习重点第一章 PN结1.1 PN结是怎么形成的？耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。
空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。
在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。
p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn 结不加电压下呈电中性。
1.2 PN结的能带图（平衡和偏压）无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。
1.3 内建电势差计算N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛=+=2ln i d a FnFp bi n N N e kT V φφ 1.4 空间电荷区的宽度计算2/1)(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=d a da R bi s N N N N e V V W εn d p a x N x N =1.5 PN 结电容的计算WN N V V N N e C sd a R bida s εε=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=2/1))((2'第二章 PN 结二极管2.1理想PN 结电流模型是什么？ 势垒维持了热平衡。
反偏：n 区相对于p 区电势为正，所以n 区内的费米能级低于p 区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn 结上基本没有电流流动。
正偏：p 区相对于n 区电势为正，所以p 区内的费米能级低于n 区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p 区，所以pn 结内就形成了一股由n 区到p 区的电子和p第三章 双极晶体管3.1 双极晶体管的工作原理是什么？3.2 双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式？ 正向有源，反向有源，截止，饱和。
半导体器件物理复习（施敏）
半导体器件物理复习（施敏）第⼀章1、费⽶能级和准费⽶能级费⽶能级：不是⼀个真正的能级，是衡量能级被电⼦占据的⼏率的⼤⼩的⼀个标准，具有决定整个系统能量以及载流⼦分布的重要作⽤。
准费⽶能级：是在⾮平衡状态下的费⽶能级，对于⾮平衡半导体，导带和价带间的电⼦跃迁失去了热平衡，不存在统⼀费⽶能级。
就导带和价带中的电⼦讲，各⾃基本上处于平衡态，之间处于不平衡状态，分布函数对各⾃仍然是适应的，引⼊导带和价带费⽶能级，为局部费⽶能级，称为“准费⽶能级”。
2、简并半导体和⾮简并半导体简并半导体：费⽶能级接近导带底(或价带顶)，甚⾄会进⼊导带(或价带)，不能⽤玻尔兹曼分布，只能⽤费⽶分布⾮简并半导体：半导体中掺⼊⼀定量的杂质时，使费⽶能级位于导带和价带之间3、空间电荷效应当注⼊到空间电荷区中的载流⼦浓度⼤于平衡载流⼦浓度和掺杂浓度时，则注⼊的载流⼦决定整个空间电荷和电场分布，这就是空间电荷效应。
在轻掺杂半导体中，电离杂质浓度⼩，更容易出现空间电荷效应，发⽣在耗尽区外。
4、异质结指的是两种不同的半导体材料组成的结。
5、量⼦阱和多量⼦阱量⼦阱：由两个异质结或三层材料形成，中间有最低的E C和最⾼的E V，对电⼦和空⽳都形成势阱，可在⼆维系统中限制电⼦和空⽳当量⼦阱由厚势垒层彼此隔开时，它们之间没有联系，这种系统叫做多量⼦阱6、超晶格如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来分⽴的能级扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这种结构称为超晶格。
7、量⼦阱与超晶格的不同点a.跨越势垒空间的能级是连续的b.分⽴的能级展宽为微带另⼀种形成量⼦阱和超晶格的⽅法是区域掺杂变化第⼆章1、空间电荷区的形成机制当这两块半导体结合形成p-n结时，由于存在载流⼦浓度差，导致了空⽳从p区到n 区，电⼦从n区到p区的扩散运动。
对于p 区，空⽳离开后，留下了不可动的带负电的电离受主，这些电离受主，没有正电荷与之保持电中性，所以在p-n结附近p 区⼀侧出现了⼀个负电荷区。
最新半导体物理期末复习知识要点
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。
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。
耿氏振荡-----存在负微分电导的半导体在强场中电流出现振荡的现象。由于载流子分布不均匀，在高阻区形成偶极畴，偶极畴不断产生、长大、漂移和吸收的过程便产生微波振荡。
非平衡载流子-半导体处于非平衡态时ห้องสมุดไป่ตู้比平衡态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子。Δp=Δn
非平衡载流子的注入与复合-----非平衡载流子的产生过程称为注入，非平衡载流子湮灭的过程称为复合。
热载流子-----半导体处于强场中时，电子的平均能量高于晶格平均能量，以温度度量，则电子平均温度高于晶格平均温度，因此称强场中电子为热载流子。
多能谷散射-----半导体中有多个能量值接近的导带底时，电子被散射到不同能谷的现象。
半导体物理与器件复习资料
半导体物理与器件复习资料非平衡载流子寿命公式：本征载流子浓度公式：本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。
Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应载流子的迁移率扩散系数爱因斯坦关系式两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散迁移率受掺杂浓度和温度的影响金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。
空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。
存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。
费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。
准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。
肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。
非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。
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。
直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。
电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。
雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。
半导体器件物理重要知识点
Ø 掌握欧姆接触概念和形成欧姆接触的条件。
第8页，本讲稿共14页
第五章 结型场效应晶体管与MS场效应晶体管
Ø 画出JFET的基本结构示意图 。
Ø 熟悉JFET的基本工作原理。 Ø 熟悉沟道夹断、漏电流饱和、夹断电压等概念。 Ø 掌握理想JFET的基本假设及其意义。
第14页，本讲稿共14页
成。 Ø 正确画出热平衡和加偏压PN结的能带图。 Ø 利用中性区电中性条件导出空间电荷区内建电势差公式。
Ø 了解Poisson方程求解单边突变结结SCR内建电场、内建电势、内建电势差 和耗尽层宽度。
Ø 掌握反偏压下突变结，耗尽层宽度公式。
第2页，本讲稿共14页
第二章 PN结二极管
Ø 了解理想PN结基本假设及其意义。 Ø 导出长PN结和短PN结少子分布表达式。 Ø 掌握Shockley公式。
第三章 双极结性晶体管
Ø掌握概念：频率响应、共基极截止频率、共发射极截止频率、特征频率（带 宽）、基区渡越时间
Ø导出基区渡越时间公式。
Ø解释科尔克效应。
Ø了解晶体管的开关特性。 Ø熟悉晶体管穿通机制。
第7页，本讲稿共14页
第四章 金属半导体结
Ø 了解金属—半导体接触出现两个最重要的效应
Ø 画出热平衡情况下的肖特基势垒能带图。 Ø 掌握肖特基势垒、内建电势差和空间电荷区宽度计算公式 。
Ø 导出夹断前JFET的I－V特性方程。 Ø 深入理解沟道夹断和夹断电压的含义。 Ø 掌握线性区条件和I－V特性。
Ø 掌握饱和区条件和I－V特性。 Ø 掌握沟道长度调制效应。 Ø 掌握GaAs MESFET的突出特点。
Ø 掌握JFET和MESFET的主要类型。
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第一章PN结
1.1PN结是怎么形成的？
耗尽区：正因为空间电荷区内不存在任何可动的电荷，所以该区也称为耗尽区。
空间电荷边缘存在多子浓度梯度，多数载流子便受到了一个扩散力。
在热平衡状态下，电场力与扩散力相互平衡。
p型半导体和n型半导体接触面形成pn结，p区中有大量空穴流向n区并留下负离子，n区中有大量电子流向p区并留下正离子（这部分叫做载流子的扩散），正负离子形成的电场叫做空间电荷区，正离子阻碍电子流走，负离子阻碍空穴流走（这部分叫做载流子的漂移），载流子的扩散与漂移达到动态平衡，所以pn 结不加电压下呈电中性。
1.2PN结的能带图（平衡和偏压）
无外加偏压，处于热平衡状态下，费米能级处处相等且恒定不变。
1.3内建电势差计算
N区导带电子试图进入p区导带时遇到了一个势垒，这个势垒称为内建电势差。
1.4空间电荷区的宽度计算
N a X p N d X n
1.5 PN结电容的计算
C' e s N a N d 1/2
s
2(V bi V R)N N d) W
第二章PN结二极管
2.1理想PN结电流模型是什么？
势垒维持了热平衡。
反偏：n区相对于p区电势为正，所以n区内的费米能级低于p区内的费米能级，势垒变得更高，阻止了电子与空穴的流动，因此pn结上基本没有电流流动。
正偏：p区相对于n区电势为正，所以p区内的费米能级低于n区内的费米能级，势垒变得更低，电场变低了，所以电子与空穴不能分别滞留在n 区与p区，所以pn结内就形成了一股由n区到p区的电子和p 区到n区的空穴。
电荷的流动在pn结内形成了一股电流。
过剩少子电子：正偏电压降低了势垒，这样就使得n 区内的多子可以穿过耗尽区而注入到p区内，注入的电子增加了p 区少子电子的浓度。
2.2少数载流子分布（边界条件和近似分布）
2.3理想PN结电流
J J s exp ^-^
1
s
kT
eD p p
n0
eD n n
p0 2
1 D n
1 D
p
J
s
二 L
eni
N\— T'.
p
n
a i n0 d [ p0
2.4 PN 结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的 概念）？ 扩散电阻：在二极管外加直流正偏电压，再在直流上 加一个小的低频正弦电压，则直流之上就产生了个叠 加小信号正弦电流，正弦电压与正弦电流就产生了个 增量电阻，即扩散电阻。
扩散电容：在直流电压上加一个很小的交流电压，随 着外加正偏电压的改变，穿过空间电荷区注入到 n 区 内的空穴数量也发生了变化。
P 区内的少子电子浓度 也经历了同样的过程，n 区内的空穴与p 区内的电子 充放电过程产生了电容，即扩散电容 2.5产生-复合电流的计算
2.6 PN 结的两种击穿机制有什么不同?
齐纳击穿：重掺杂的pn 结由于隧穿机制而发生齐纳击 穿。
在重掺杂pn 结内，反偏条件下结两侧的导带与价 带离得非常近，以至于电子可以由 p 区直接隧穿到n 区的导带。
即齐纳击穿。
雪崩击穿：当电子或空穴穿越空间电荷区时，由于电 场的作用，他们的能量会增加，增加到一定的一定程 度时，并与耗尽
区的原子电子发生碰撞，便会产生新的电子空穴对，新的电子空穴又会撞击原子内的电子，于是就发生了雪崩击穿。
对于大多数pn结来说，雪崩击穿占主导地位。
在电场的作用下，新的电子与空穴会朝着相反的方向运动，于是便形成了新的电流。
1
3.6等效电路模型（Ebers-Moll
模型和Hybrid-Pi 模
第三章双极晶体管 3.1双极晶体管的工作原理是什么?
3.2双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式？ 正向有源，反向有源，截止，饱和。
3.3双极晶体管的少子分布（图示）
3.4双极晶体管的电流成分（图示）,它们是怎样形 成的？ 正向有源时同少子分布。
3.5低频共基极电流增益的公式总结（分析如何提高 晶体管的增益系数）
1
1 P E 0D E L B tanh(x B / L B )
D B 0D B L
E tanh(x E /L E )
1 1
1 2
1 -(X B /L B )2
2 _______ 1 1 4冷
eV
B
E
J so 2kT
1 D B X B
D E X
E
1 N B N E T
cosh(x B / L B )
型）（画图和简述）
3.7双极晶体管的截止频率受哪些因素影响？
基区渡越时间。
利用有内建电场的缓变掺杂基区。
3.8双极晶体管的击穿有哪两种机制？
第四章MOS^效应晶体管基础
4.1MOS结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的变化？反型：当在棚极加上更大的负电压时，导带和价带的弯曲程度更加明显了，本证费米能级已经在费米能级的上方了，以至于价带比导带更接近费米能级，这个结果表明半导体表面是p型的，通过施加足够大的负电压半导体表面已经从n型转为p型了。
这就是半导体表面的空穴反型层。
4.2MOS结构的平衡能带图（表面势、功函数和亲和能）及平衡能带关系
4.3栅压的计算（非平衡能带关系）
4.4平带电压的计算
4.5阈值电压的计算*
Q'sD (max) eN a X dT
E
g
2e fp
Q'SD (max) eN d x dT
1
4 s fn 2
n i
ms m
ox
t
ox
4.6 MOS 电容的计算
C ox
t ox 总的电容公式：
X
dT
eN a
fp
V th
ln
N
n
i
ms
ox
fn
V th ln
2e
C ox
4.7 MOSFET 勺工作原理是什么? 4.8电流-电压关系(计算) N 沟道：
P 沟道:
W
pC oX
2
I D —^[2(V SG VQV SD V SD ]
V sD
(sat) V SG V T
4.10 MOSFET 勺等效电路（简化等效电路）
最大电容:
平带电容:
最小电容:
s
V t
h
4.11 MOSFET勺截止频率主要取决于什么因素?
第五章光器件
5.1电子-空穴对的产生率:
，/、 I (x) g'(x )—-— h
5.2 PN 结太阳能电池的电流
... eV 』 I I L I S exp ^^ 1
5.3光电导计算
e( n p ) p e( n
P )G L p 5.4光电导增益
5.5光电二极管的光电流
5.6 PIN 二极管怎么提高光电探测效率？
5.7发光二极管的内量子效率主要取决于哪些因素？
5.8 PN 结二极管激光器怎样实现粒子数反转(借助于 能带图说明)
第六章MOS^效应晶体管：概念的深入
6.1 MOSFET比例缩小理论(恒定电场缩小)，哪些参数缩小，哪些参数增大？
6.2结型场效应晶体管的工作原理是什么？它有什么特点
6.3设计一种半导体器件，说明其工作原理。
(1)结结构、能带结构(势垒)、电路结构(等效)；
(2)载流子分布、电流形成机制、伏-安特性；
(3)增益系数、频率响应。