固体物理和半导体物理
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程一般包括以下内容：
1. 固体物理学基础知识：晶体结构、晶格振动、电子能带理论、电子自旋、晶格缺陷等。
2. 电磁学基础知识：电场、磁场、电磁辐射等。
3. 量子力学基础知识：量子力学原理、波函数、量子态、哈密顿算符等。
4. 固体能带理论：包括价带和导带的理解、半导体的能带结构、半导体材料的能带间隙等。
5. 简单能带模型：包括紧束缚模型、自由电子气模型、等效质量近似等。
6. 电子与声子的相互作用：介电函数、声子谱、声子与电子的散射等。
7. 电子在晶体中的输运性质：包括导电性、迁移率、扩散、简单的输运方程等。
8. 光电子学基础知识：吸收、发射、散射、色谱、光电子光谱等。
9. pn结和二极管：pn结的形成、Zero bias和封锁态、偏置态、
二极管的I-V特性、二极管的基本应用等。
10. 器件物理：包括MOS结和MOSFET、BJT、HEMT、HBT 等器件的基本原理和工作原理。
以上是一个大致的半导体物理学前置课程的内容，具体课程内容可能会根据不同学校和教师的要求有所不同。
量子力学中的固体物理与半导体
量子力学中的固体物理与半导体在量子力学中，固体物理与半导体是一个重要而广泛的研究领域。
固体物理研究介绍了物质的宏观性质如何由原子与分子的微观相互作用导致，而半导体则是固体物理中的一个重要分支，研究半导体材料的特性与应用。
本文将深入探讨固体物理与半导体的相关内容。
一、固体物理概述固体物理是研究固态物质及其性质的学科，涉及原子、分子、晶体和电子等微观领域。
在固体物理中，我们需要对量子力学、统计物理和电磁学等学科有一定的理解。
量子力学提供了描述微观粒子行为的数学工具，而统计物理描述了大量微观粒子的集体行为。
固体物理研究的一个重要方向是对固态材料中电子的行为进行建模分析。
在固体内，原子排列成周期性的晶体结构，电子则被束缚于晶体的电子能带内。
这些电子的行为决定了固体的电学、磁学和光学等性质。
基于这个理论框架，我们能够解释金属、绝缘体和半导体等不同材料的行为差异。
二、半导体的性质与应用半导体是固体物理研究的一个重要课题，它在现代电子学中扮演着重要角色。
半导体是指在温度较高时具有导电性，但在室温下电阻较高的材料。
由于半导体的电阻可受外界条件调控，使其具备广泛的应用价值。
1. 半导体材料与能带结构半导体的能带结构是理解其性质的关键。
一般来说，固体中的电子有其能量范围，称为能带。
半导体中有两个主要的能带：价带和导带。
价带中的电子处于束缚状态，导带中的电子则具备自由运动能力。
2. 掺杂与杂质半导体的电学性质可以通过掺杂处理改变。
掺杂是将少量外来原子（杂质）引入半导体中，以改变其导电性。
掺杂分为n型和p型，分别是引入电子或空穴，从而增强导电性能。
3. 半导体器件半导体材料的独特性质使其成为电子学器件的理想选择。
例如，二极管、晶体管和集成电路等都是基于半导体材料构造的。
这些器件已经广泛应用于信息技术、通信技术和电力电子等领域。
三、量子力学在半导体中的应用量子力学在解释和设计半导体材料与器件中起着关键作用。
半导体器件的尺寸通常与电子波长相当，因此量子效应不可忽视。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究自然界基本规律和物质运动规律的学科。
固体物理和半导体物理是物理学中两个重要的分支。
固体物理主要研究固态物质的性质、结构、形态和变化规律，包括晶体、非晶体、玻璃等物质的物理特性；而半导体物理则涉及半导体物理特性、器件设计与制造等方面。
一、固体物理固态物理是物理学中重要的研究分支，该分支主要研究固体物质的晶体结构和缺陷结构、热力学性质、运动学和电学性质、光学性质、磁学性质等基本性质以及与此相关的各种现象和方法。
在固态物理学中，晶体学是研究晶体结构的基础，这就是通过选择和分析非常具有代表性的结构来发现这种固体的晶化规律和晶格参数。
此外，固态物理涉及的另一个重要研究方向就是非晶体和玻璃等非晶态物质。
在非晶态物质的研究中，主要包括非晶体的结构参数、非晶体的性质和非晶体的制备等方面的基础的研究。
固体物理学不仅是物理学中的一个重要分支，还与许多其他领域如材料学、化学、地球物理学、凝聚态物理、生物学等有关。
此外，固态物理学可能有许多应用，如发电机、高速计算机、石墨烯等领域。
二、半导体物理半导体物理是现代半导体器件技术的理论基础。
半导体物理的研究对象是半导体及其器件，主要包括半导体物理特性、半导体器件设计与制造等方面。
许多现代电子器件，如半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池、LED等都是以半导体为基础制作的。
半导体物理中常用的理论工具是量子力学和固体物理学。
根据这些理论，在半导体材料中模拟、解释了许多基本物理现象，如PN结、金属-半导体接触、晶格缺陷等。
半导体器件制造中，半导体材料的热力学，量子理论、固体物理以及表面化学等方面都需要深入研究。
半导体物理研究的应用方面也非常广泛。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体在电子、通讯、计算机、光学、生物医学、环境科学等领域的应用也越来越广泛，如手机、平板电脑、电子手表、汽车电子系统等。
三、固体物理和半导体物理的关系固体物理和半导体物理都是物理学中的重要分支，两者之间有着密切的联系和交叉。
固体物理学中的半导体物理学
固体物理学中的半导体物理学在固体物理学中，半导体物理学是一个非常重要的研究领域。
这是因为半导体材料广泛应用于电子学、光电子学、信息技术和能源等领域。
本文将介绍半导体物理学的基本理论、性质和应用。
半导体物理学是固体物理学的一个分支，主要涉及半导体材料的物理性质和应用。
半导体是材料的一种，具有介于导体和绝缘体之间的电导特性。
这种材料在半导体物理学中被广泛研究，因为其在现代科技领域中的应用非常广泛。
半导体的电导特性与其能带结构有关。
能带是电子能量的一个描述，对材料的电导性质起着决定性作用。
半导体材料主要由两种元素组成：本征半导体和外延半导体。
本征半导体是由同一元素构成的材料，例如矽、锗等。
外延半导体是由不同元素组成的材料，例如氧化铝、氮化硼等。
本征半导体和外延半导体的电导性质和能带结构略有不同。
固体物理学中的半导体物理学主要研究以下几个方面：1. 能带结构：半导体能带的结构对其电导性质起着决定性作用。
半导体材料的能带结构可以通过各种物理手段（例如紫外光谱、拉曼光谱等）来研究。
2. 掺杂：在制造半导体器件时，可以向半导体材料中掺入少量杂质，形成掺杂半导体。
掺杂半导体的电导性质与其掺杂浓度和杂质种类有关，因此研究掺杂半导体的电性质非常重要。
3. 电子运动和输运：电子是半导体中最重要的载流子，其在半导体中的运动和输运对于半导体器件的性能和应用起着决定性作用。
因此，研究电子在半导体中的输运过程非常重要。
半导体在现代科技领域中被广泛应用。
以下是半导体的一些应用：1. 半导体器件：半导体器件是电子学和光电子学中最重要的组成部分之一。
例如，半导体二极管、场效应晶体管、太阳能电池等都是半导体器件。
2. LED：发光二极管（LED）是一种半导体器件。
它的工作原理是基于半导体材料的特性，将电能转换为光能。
LED广泛应用于背光源、自动化系统、节能照明等领域。
3. 激光器：半导体激光器是一种重要的光电子器件，其工作原理是利用半导体材料的电导特性，将电能转换为光能。
固体电子学基础知识点总结
固体电子学基础知识点总结一、固体物理固体物理是研究固体材料的结构、性质和行为的科学，是固体电子学的基础。
在固体物理中，最重要的是晶体学和晶格动力学。
晶体学是研究晶体结构和对称性质的学科，而晶格动力学研究晶体中原子的振动行为。
1. 晶体结构晶体是由原子、离子或分子周期排列而成的固体，具有高度有序的结构。
晶体的结构可分为单晶和多晶两种。
单晶是指晶体中所有原子都排列得非常有序，而多晶则是由许多微小的单晶颗粒组成。
理想的晶体结构是具有周期性的，可以用布拉格方程和晶体学指数来描述。
常见的晶体结构有立方晶体、六方晶体、四方晶体、正交晶体、斜方晶体和三斜晶体等。
2. 晶格动力学晶格动力学研究晶体中原子的振动行为，重点关注晶体中原子的周期性振动。
晶格振动会影响固体中电子的传输和能带结构，因此在固体电子学中具有重要的作用。
晶格振动的特征包括声子（phonon）和声子色散关系。
声子是晶格振动的量子描述，其色散关系描述了声子的能量与动量之间的关系。
声子的性质和分布对固体的热导率、电导率和光学性质等有很大影响。
二、能带理论能带理论是固体电子学的核心内容之一，用于描述固体材料中电子的行为以及电子的能量分布。
能带理论是由布洛赫定理（Bloch theorem）、傅立叶级数展开（Fourier series expansion）和布洛赫函数（Bloch function）等基本概念构成的。
在能带理论中，常见的概念包括禁带（band gap）、导带（conduction band）和价带（valence band）等。
通过对晶格结构和周期性势场的分析，能带理论可以解释固体材料的导电性、光学性质、热特性等现象。
1. 能带结构能带结构描述了固体中能量与动量之间的关系。
在晶体中，由于周期性势场的存在，电子的运动状态受限于晶格周期性，因此会出现能量分散成带的现象。
常见的能带结构有导带和价带两种。
导带是指电子的能量较高的带，而价带则是指能量较低的带。
最新固体物理与半导体知识点归纳整理
固体物理与半导体知识点归纳整理固体物理与半导体物理符号定义：E C导带底的能量 E V导带底的能量N C导带的有效状态密度 N V价带的有效状态密度n0导带的电子浓度 p0价带的电子浓度n i本征载流子浓度 E g=E C—E V禁带宽度E i本征费米能级 E F费米能级E n F电子准费米能级 E p F空穴准费米能级N D施主浓度 N A受主浓度n D施主能级上的电子浓度 p A受主能级上的空穴浓度E D施主能级 E A受主能级n+D电离施主浓度 p-A电离受主浓度半导体基本概念：满带：整个能带中所有能态都被电子填满。
空带：整个能带中完全没有电子填充；如有电子由于某种原因进入空带，也具有导电性，所以空带也称导带。
导带：整个能带中只有部分能态被电子填充。
价带：由价电子能级分裂而成的能带；绝缘体、半导体的价带是满带。
禁带：能带之间的能量间隙，没有允许的电子能态。
1、什么是布拉菲格子?答：如果晶体由一种原子组成，且基元中仅包含一个原子，则形成的晶格叫做布拉菲格子。
2、布拉菲格子与晶体结构之间的关系? 答：布拉菲格子＋基元＝晶体结构。
3、什么是复式格子?复式格子是怎么构成?答：复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类、异类)；复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成。
4、厡胞和晶胞是怎样选取的?它们各自有什么特点?答：厡胞选取方法：体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取方法不唯一，但它们体积相等，都是最小的重复单元。
特点：(1)只考虑周期性，体积最小的重复单元；(2)格点在顶角上，内部和面上没有格点；(3)每个原胞只含一个格点。
(4)体积：«Skip Record If...»；(5)原胞反映了晶格的周期性，各原胞中等价点的物理量相同。
晶胞选取方法：考虑到晶格的重复性，而且还要考虑晶体的对称性，选取晶格重复单元。
特点：(1)既考虑了周期性又考虑了对称性所选取的重复单元。
固态电子论半导体物理固体物理部分名词解释(精)
固态电子论半导体物理固体物理部分名词解释(精)固态电子论名词解释库(个人意见,仅供参考<固体物理部分 >晶体:构成粒子(原子,分子,集团周期性排列的固体,具有长程有序性,有固定的熔点,具有自限性, 各向异性和解理性特点的固体。
布拉伐点阵:晶体的周期性结构可以看作相同的点在空间周期性无限分布所形成的系统,称为布拉伐点阵。
布拉伐格子:在空间点阵用三组不共面平行线连起来的空间网格称为布拉伐格子。
基元:布拉伐格子中的最小重复单位称为基元。
原胞:在布拉伐格子中的最小重复区域称为原胞。
晶胞:为了同时反应晶体的周期性和对称性,常常选取最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种单元称为晶胞。
倒格子:分别以 b1,b2,b3, 作为基矢,构成的网格称作倒格子,其中布里渊区:在倒格子中,以某个倒格点作为原点,作出它到其他所有倒格点的矢量的垂直平分面,这些面将倒空间分割成有内置外的相等区域,称为布里渊区。
五种晶体结合力方式:离子结合和离子晶体:共价结合和共价晶体:能把两个原子结合在一起的的一对为两个原子自旋相反配对的电子结构称为共价键。
金属结合和金属晶体:作用力来自带正电原子实和负电电子云的吸引力,电子云重叠产生强烈的排斥作用的排斥力结合的称为金属晶体。
氢键结合和氢键晶体:氢原子同时与两个电负性较大的原子想结合,一个属于共价键,另一个通过库仑作用结合的称为氢键。
范德瓦耳斯结合和分子晶体:靠电偶极矩的相互作用而结合的力称作范德瓦耳斯力。
主要的晶体结构类型:声子:晶格振动的一个频率为 wq的格波等价于一个简谐振子的振动,其能量也可以表示为以下,Enl=(0.5+nhwq.能量单元是 hwq, 它是格波的能量量子,称之为声子。
点缺陷:在一个或几个原子尺寸范围内的微观区域内,晶格结构发生偏离严格周期性而形成的畸变区域。
面缺陷:如果晶体中周期性遭到破坏的区域形成一条线,称这种一维缺陷为线缺陷。
刃型位错:螺型位错:半导体物理部分电子有效质量:在一维模型下,数学表达式 ,有效质量包含了内部势场各个方向的作用,内层电子能带越窄,有效质量越大,外层电子能带越宽,有效质量越小。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究物质和能量之间相互作用的学科，而固体物理与半导体物理属于物理学中的重要分支。
固体物理和半导体物理的研究，深入探究了材料微观结构与力学性质、热学性质以及电学性质之间的关系，对今后的制造业和技术有着巨大的影响。
一、固体物理固体物理是物理学中的一门重要的分支，研究物质的力学性质，其中间接对材料微观结构的研究帮助人们加深了对固体物理的了解。
固体物理分析了固体材料的物理性质，讨论了在固体材料中的原子、分子和离子之间的各种相互作用。
通过分析物理特性的关系，固体物理为制造业和技术的发展作出了很多贡献。
第一个重要发现是固体的弹性，在力学中，弹性可以看作是材料回弹力与形变的比率。
而当物体受到作用力时，会因为材料的粘性而变形，有一部分形变不再消失，并存储在材料体积或表面上。
只有当物体受到作用力时，材料形变量才能回弹。
这种回弹力与形变的比率被称为“弹性模量”。
固体物理学家研究了多种材料的弹性模量，可发现弹性模量与材料的结构和组成、温度和压力均有关联。
固体物理也似乎对人们寻找新型材料从事有贡献。
早期人们使用的很多材料，比如青铜、钢铁等，来自于自然界中常见的材料。
而随着科学技术的不断发展，固体物理学家研究了各种各样的材料，以寻找出新型材料。
二、半导体物理半导体物理是物理学在电学领域的分支，它研究的是在半导体材料中，导电性、导电性、半导体器件行为等电学性质。
在集成电路中，半导体物理对于器件的发展与进步起着至关重要的作用。
在一个半导体中，电子和电池能带受控制地排列在叫做pn结的区域内。
pn结是由一段半导体材料中n型掺杂的区域和p型掺杂的区域组成。
在材料中，n型的区域在微观层面具有过剩电子，p型的区域则有电子空穴。
在材料的p区和n区结合处，这些电子和空穴会相互结合，因此形成了一个空间致电区域，阻断了电流流动。
而当pn结外部加强或减弱电压时，电子和电洞会打破结层并发生重组，就可以得到输出电流。
固体物理学和半导体材料
固体物理学和半导体材料
固体物理学是物理学的一个分支，主要研究固体物质的性质和行为。
它是物理学的基础，并且有广泛的应用，例如在半导体材料中，固态物理学的知识可以帮助我们理解和改进设备的性能和功能。
半导体材料是一种在现代科技中广泛应用的材料，它有许多特殊的电学和光学性质。
半导体材料的一个重要特点是它的电导率介于导体和绝缘体之间，这意味着它可以在特定的条件下实现电流的控制，这是现代电子器件中非常关键的一点。
半导体材料的性质和行为可以通过固态物理学的研究来解释。
例如，在半导体材料中，电子的行为可以被描述为它们在能带中的运动。
能带是指在固体中所有可能的电子状态的集合，可以被从低到高排列成带。
半导体材料中，价带（离子带）和导带（金属带）之间存在一定的带隙，这决定了材料导电性质的表现。
在半导体器件中使用的半导体材料通常是掺杂的，这意味着少量的杂质原子被引入到材料中，以改变它的电学性质。
掺杂可以产生两种不同的结果。
如果引入电子，那么这个杂质被称为施主杂质，它可以提供额外的电子以增加半导体材料的导电性。
如果
引入空穴，则被称为受主杂质，它可以引起缺失的电子，从而改变半导体材料的电学性质。
此外，还有一种特殊的半导体材料被称为p-n结。
它是由两种不同的掺杂类型的材料组成，在这两种材料的接触处形成一个电势障。
这个电势障可以控制电子和空穴流动的方向，因此p-n结被广泛应用于半导体器件中，如二极管、晶体管和太阳能电池等。
总之，固态物理学和半导体材料的研究具有重要的理论和实践意义。
它们的进一步研究可以为我们提供更好的材料和设备，推动现代科技的发展。
固体物理与半导体物理智慧树知到课后章节答案2023年下浙江大学
固体物理与半导体物理智慧树知到课后章节答案2023年下浙江大学浙江大学第一章测试1.半导体电阻率的范围通常为（）Ω·cmA:B:＞10C:D:＞＞10答案:2.半导体的特性包括（）A:导通特性B:温度敏感性C:光敏感性D:杂质敏感性答案:温度敏感性;光敏感性;杂质敏感性3.随着温度升高，半导体的电阻率一定升高（）答案:错4.半导体材料的电阻率，跨越了非常大的范围，使得我们能够通过各种效应来对它们进行调制，比如，我们可以通过掺杂改变半导体的电阻率（）A:对 B:错答案:对5.摩尔定律，是指单位面积的集成电路上晶体管数目，或者说集成电路的集成度，每18个月要增加一倍。
（）A:错 B:对答案:对第二章测试1.半导体材料最常见的晶体结构不包括（）A:纤锌矿型结构B:闪锌矿型结构C:金刚石型结构D:密堆积结构答案:密堆积结构2.描述晶体结构的最小体积重复单元的是（）A:原胞B:晶胞D:基矢答案:原胞3.正四面体的对称操作有（）个A:24B:32C:16D:8答案:244.晶体结构的基本特点不包括（）A:周期性B:重复性C:各向异性D:单一性答案:各向异性;单一性5.各向异性不是晶体的基本特性之一。
（）A:对 B:错答案:错第三章测试1.每个布里渊区的体积均相等，都等于倒格子（）的体积。
A:单胞B:原胞C:晶胞D:晶体答案:原胞2.周期性边界条件决定了电子的波矢K在第（）布里渊区内可取值数量与晶体的初基元胞数N相等。
A:三B:二C:四D:一答案:一3.布里渊区的特点不包括 ( )A:各个布里渊区的形状都不相同B:各布里渊区经过适当的平移，都可移到第一布里渊区且与之重合C:每个布里渊区的体积都不相等D:晶体结构的布喇菲格子虽然相同，但其布里渊区形状却不会相同答案:每个布里渊区的体积都不相等;晶体结构的布喇菲格子虽然相同，但其布里渊区形状却不会相同4.对于一定的布喇菲晶格，基矢的选择是不唯一的，但是对应的倒格子空间是唯一的。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理在物理学中，固体物理与半导体物理是两个非常重要的领域。
固体物理研究的是固态物质的物理性质，包括晶体结构、热力学性质、电学性质等；而半导体物理则是专门研究半导体材料的物理性质及其在电子学领域中的应用。
固体物理在固体物理中，主要研究材料结构、电输运、光学、磁学等方面。
固体物理的理论探索已经带来了许多新奇的物性现象，如量子霍尔效应、高温超导等。
材料结构是固体物理的基石。
它是由原子和分子组成的，其中原子是构成材料的最基本单位，分子则由两个或多个原子组成。
材料结构的特点将直接影响到材料的性质和功能。
因此，固体物理学家使用X射线衍射、中子衍射、电子衍射等方法来测定晶体的结构。
在电输运方面，研究的是材料对电学信号的响应和传输。
电学性质是非常重要的，因为电子在固体中的移动使得材料成为导体或半导体，从而可用于制造各种电子器件。
光学方面的研究主要是关于激发和输运固体中的电子对光的响应。
对于固体材料，其光学性质的研究往往是通过光吸收、荧光和拉曼散射等现象来进行的。
磁学方面的研究群体广泛，包括有兴趣研究自旋电子行为的固体物理学家和材料学家，但是也与传输谐振磁学、磁场超导极孔耦合等涉及的复杂问题有不可分割的关系。
半导体物理半导体物理专门研究半导体材料及器件，是现代半导体工业的基础。
半导体材料具有导电性以及半导体性，这使得它们在电子学中具有广泛的应用。
半导体物理研究的是半导体材料中的载流子动力学、光学性质、有效质量等方面的特性与应用。
半导体物理在信息技术和电子器件中有着广泛的应用，如晶体管、LED灯和太阳能电池等都是基于半导体的。
半导体材料的研究非常重要。
半导体晶体的结构与制备条件将影响其电性、光学性等特性，从而影响到半导体器件的性能。
半导体材料的物理性质，包括晶体结构、载流子动力学和光学性质等，在制造半导体器件时都具有重要意义。
载流子动力学是半导体物理研究的重点。
载流子动力学研究的主要目的是理解载流子在材料中的运动。
固体物理与半导体知识点归纳整理
固体物理与半导体物理符号定义:E C导带底的能量E V导带底的能量N C导带的有效状态密度N V价带的有效状态密度n0导带的电子浓度p0价带的电子浓度n i本征载流子浓度E g=E C—E V禁带宽度E i本征费米能级E F费米能级E n F电子准费米能级E p F空穴准费米能级/N D施主浓度N A受主浓度n D施主能级上的电子浓度p A受主能级上的空穴浓度E D施主能级E A受主能级n+D电离施主浓度p-A电离受主浓度半导体基本概念:满带:整个能带中所有能态都被电子填满｡空带:整个能带中完全没有电子填充;如有电子由于某种原因进入空带,也具有导电性,所以空带也称导带｡导带:整个能带中只有部分能态被电子填充｡》价带:由价电子能级分裂而成的能带;绝缘体､半导体的价带是满带｡禁带:能带之间的能量间隙,没有允许的电子能态｡1､什么是布拉菲格子答:如果晶体由一种原子组成,且基元中仅包含一个原子,则形成的晶格叫做布拉菲格子｡2､布拉菲格子与晶体结构之间的关系答:布拉菲格子+基元=晶体结构｡3、什么是复式格子复式格子是怎么构成答:复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类､异类);复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成｡4、厡胞和晶胞是怎样选取的它们各自有什么特点，答:厡胞选取方法:体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取方法不唯一,但它们体积相等,都是最小的重复单元｡特点:(1)只考虑周期性,体积最小的重复单元;(2)格点在顶角上,内部和面上没有格点;(3)每个原胞只含一个格点｡(4)体积:).(321a a a⨯=Ω ;(5)原胞反映了晶格的周期性,各原胞中等价点的物理量相同｡晶胞选取方法:考虑到晶格的重复性,而且还要考虑晶体的对称性,选取晶格重复单元｡ 特点:(1)既考虑了周期性又考虑了对称性 所选取的重复单元｡(体积不一定最小) ;(2)体心或面心上可能有格点;(3)包含格点不止一个;(4)基矢用c b a，，表示｡ 5、如何在复式格子中找到布拉菲格子复式格子是如何选取厡胞和晶胞的 答:复式格子中找到布拉菲格子方法:将周围相同的原子找出｡ 6、金刚石结构是怎样构成的答:两个由碳原子组成的面心立方沿立方体体对角线位移1/4套购而成｡ 7、、8、氯化钠､氯化铯的布拉菲格子是什么结构答:氯化钠布拉菲格子是面心立方;氯化铯的布拉菲格子是简单立方｡ 9、密堆积有几种密积结构它们是布拉菲格子还是复式格子答:密堆积有两种密积结构;密积六方是复式格子,密积立方是布拉菲格子｡ 9､8种独立的基本对称操作是什么答:8种独立的基本对称操作:464321S C C C C C 、、、、、、、I σ10､7大晶系是什么 答:7大晶系是:立方､四方､六方､三方､正交､单斜､三斜｡ 11、怎样确定晶列指数和晶面指数|答:晶列指数确定:以某个格点为原点,以c b a、、为厡胞的3个基矢､则晶格中任一各点的位矢可以表示为:c p b n a m R l'+'+'=,将p n m '''、、化为互质的整数m ､n ､p,求的晶列指数[m np],晶列指数可正､可负､可为零｡晶面指数确定:(1)找出晶面在三基矢方向的截距;(2)化截距的倒数之比为互质整数之比;(3)(h 1h 2h 3)晶面指数 ｡12、通过原点的晶面如何求出其晶面指数答:晶面指数是指格点分布在一系列相互平行的平面上-晶面,故将原点的晶面沿法线方向平移一段距离,找出晶面在三基矢方向的截距,化截距的倒数之比为互质整数之比,(h 1h 2h 3)晶面指数 ｡13、晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系 答:倒数关系｡ 14、倒格子的定义正倒格子之间的关系答:倒格子的定义:周期分布点子所组成的格子,描述晶体结构周期性的另一种类型的格子｡倒格子基矢的定义:设晶格(正格子)厡胞的基矢为321a a a、、,则对应的倒格子厡胞基矢为321b b b 、、｡则ji j i a b ij j i ≠=⎩⎨⎧==当当022.ππδ|正倒格子之间的关系:(1)原胞体积之间的关系Ω=Ω/)2(3*π;(2)倒格矢与一族平行晶面之间的关系; (3)正格矢与倒格矢的点积为2π的整数倍; (4)正倒格子互为傅里叶变换｡15、一维单原子晶格的色散关系色散关系周期性的物理意义答:一维单原子晶格的色散关系:)21sin(max qa ωω=色散关系周期性的物理意义:)21sin(max qa ωω=的一个基本周期为a q a //ππ≤<-,那么周期之外的点q'可以用基本周期在内的一个点q 来等效即是:...212±±=+='，n an q q π16､一维双原子晶格的色散关系答:一维双原子色散关系:)2cos(2)[(M 222qa Mm m M m M m++±+=±βω17､同一厡胞内两种原子有什么振动特点|答:同一厡胞内两种原子振动特点:(1)声学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子倾向于沿同一方向振动｡长波极限:原胞中两种原子的位相､振幅完全一致,长声学波反映的是原胞质心的振动;短波极限:轻原子不振动,重原子振动 ｡(2)光学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动｡长波极限:原胞内不同原子振动位相相反,长光学波反映的是原胞质心不动;短波极限:重原子不振动,轻原子振动｡ 18､晶格振动的格波数､格波支数及总格波数是如何确定的答:波矢数(q 的取值数)=原胞数N;格波支数=原胞内原子的自由度数3n ;总格波数=晶体内原子的总自由度数3Nn ｡19､声子这个概念是怎样引出的它是怎样描述晶格振动的答:声子概念由来:独立的简谐振子的振动来表述格波的独立模式｡ 声子描述晶格振动:、(1)声子是能量携带者,一个声子具有能量为l ω ;(2)l ω 中的l 从1→3Nn,l 不同表示不同种类的声子,共有3Nn 种声子; (3)l n 为声子数,表明能量为l ω 的声子有l n 个;(4)频率为l ω的格波能量变化了l l n ω ,这一过程产生了l n 个能量为l ω 的声子; (5)声子是玻色子,遵循玻色统计｡11/-=T K l B e n ω20､驻波边界条件与行波边界条件下的状态密度分别怎么表示 答:驻波边界条件状态密度:一维:1)L (-π 二维:2)L (-π 三维:3)L(-π!行波边界条件状态密度: 一维:1)L 2(-π 二维:2)L 2(-π 三维:3)L2(-π 21､一维､二维､三维晶格的能级密度如何求出答:一维晶格的能级密度:驻波:dE dk /)L (21-π行波:dE dk /)L 2(21-π 其中:mk 2E 22 =二维晶格的能级密度:驻波:dE kdk /2)L (22ππ•-行波:dE kdk /2)L 2(22ππ•-三维晶格的能级密度:·驻波:dE dk k /4)L(223ππ•-行波:dE dk k /4)L 2(223ππ•-22､在什么情况下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述答:在T K E E B F >>-电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述;在T K E E B F >>-空穴的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述｡ 23､布洛赫定理的内容是什么答:布洛赫定理的内容:在周期性势场中运动的电的波函数子是布洛赫波函数,等于周期性函数)(r u k 与自由平面波因子相乘,即)R ()(),.ex p()()(e K K K K r u r u r ik r u r +==ψ布洛赫波函数函数的周期性与势场周期性相同｡u(x)表示电子在原胞中的运动; r ik e .电子在晶体中共有化运动｡24､禁带出现的位置和禁带宽度与什么有关答:禁带出现的位置与晶体结构有关;禁带宽度与周期势场有关｡(25､每个能带能容纳的电子数与什么有关答:每个能带能容纳的电子数为2N,与厡胞数有关｡ 26、如何运用紧束缚近似出的能量公式答:紧束缚近似出的能量公式:∑---=mm k ).ex p(E E 0ργα找出近邻原子的个数m,以某一个原子为原点,求出矢量,带入能量公式便可得到晶体中电子的能量｡ 27、布洛赫电子的速度和有效质量公式答:布洛赫电子的速度公式:kEv k E v k ∂∂=∇= 1)(1一维情况下：;有效质量公式:z y x j i k k mk m ji ji x,,,E1)(E122,1*221*=∂∂∂=∂∂=-- 三维：一维：28、有效质量为负值的含义】答:有效质量为负值的含义:有效质量概括了晶体内部势场的作用,外力作用不足以补偿内部势场的作用时,电子的真实动量是下降的｡ 29、绝缘体､半导体､导体的能带结构即电子填充情况有什么不同呢答:电子填充情况及能带结构不同:绝缘体最高能带电子填满,导体最高能带电子未填满,半导体最高能带电子填满能带｡导体中一定存在电子未填满的带,绝缘体､半导体的能带只有满带和空带｡绝缘体的能带与价带相互独立,禁带较宽;半导体能带与价带相互独立,禁带较窄,一般在2eV 以下;导体价电子是奇数的金属,导带是半满的,价电子是偶数的碱土金属,能带交迭,禁带消失｡31､空穴的定义和性质｡答:空穴定义:满带(价带)中的空状态;性质:空穴具有正有效质量,空穴具有正电荷,空穴的速度等于该状态有电子时其电子的速度,空穴的能量是向下增加的,位于满带顶附近｡ 32､半导体呈本征型的条件答:半导体呈本征型的条件:高纯､无缺陷的半导体或在高温时的杂质半导体｡ 33、什么是非简并半导体什么是简并半导体~答:非简并半导体:服从玻尔兹曼分布的半导体｡ 简并半导体:服从费米分布的半导体｡34、N 型和P 型半导体在平衡状态下的载流子浓度公式答:载流子浓度公式:)ex p()ex p(00TK E E N p TK E E N n B VF V B Fc c --=--= 热平衡状态下的非简并半导体的判据式:n 0p 0=n 2i35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化答:讨论n 型半导体:电中性条件:n 0=n +D +p 0 (1)低温弱电离区:)电中性条件:n 0=n +D)2ln()2(2CD B D C F N NT K E E E ++=在温度T 一定范围内,E F 随温度增大而增大,当温度上升到N C =(N D /2)e -3/2=时,E F 随温度增大而减小｡(2)强电离区(饱和电离区):电中性条件:n 0=N D)ln(CDB C F N N T K E E +=在温度T 一定时,N D 越大,E F 就越向导带方向靠近,而在N D 一定时,温度越高,E F 就越向本征费米能级E i 方向靠近｡(3)高温电离区:电中性条件:n 0=N D +p 0 E i =E F (呈本征态) 36､半导体在室温下全部电离下的电中性条件；答:n 型:n 0=N D ;p 型:p 0=N A37、由于简并半导体形成的杂质能带,能带结构有什么变化呢答:杂质电离能变小,禁带宽度变窄｡ 38、散射的原因是什么答:散射的原因:周期势场遭到破坏｡(原子的热振动;杂质原子和缺陷的存在) 39、载流子的迁移率和电导率的公式答:迁移率公式:**pp p nnn m q m q τμτμ==空穴电子电导率的公式:n 型半导体n n nq μσ= p 型半导体:p p pq μσ=\电子､空穴点同时导电p n pq nq μμσ+= 本征半导体)(p n i i q n μμσ+= 40、什么是准费米能级答:准费米能级是导带和价带的局部费米能级｡统一的费米能级是热平衡状态的标志｡ 41、多子的准费米能级偏离平衡费米能级与少子的偏离有什么不同答:多数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级不多,少数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级显著｡ 42、爱因斯坦关系式答:爱因斯坦关系式:qTK B n n=μD q T K B p p =μD 43､什么是P —N 结的空间电荷区自建场是怎样建立起来的]答:P —N 结的空间电荷区:在n 型区和p 型交界面的两侧形成了带正､负电荷的区域｡自建场:空间电荷区中的正负电荷形成电场,电场方向由n 区指向p 区｡ 44、雪崩击穿和隧道击穿的机理｡答:雪崩击穿的机理:碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应导致载流子倍增效应,使势垒区单位时间内产生大量载流子,致使反向电流速度增大,从而发生p-n 结击穿｡雪崩击穿除与电场有关,还与势垒区宽度有关｡一般掺杂以雪崩击穿为主｡隧道击穿的机理:当电场E 大到或隧道长度短到一定程度时,将使p 区价带中大量的电子通过隧道效应穿过势垒到达n 区导带中去,使反向电流急剧增大,于是p-n 结发生隧道击穿｡隧道击穿主要取决于外场｡重掺杂以隧道击穿为主｡ 45､平衡P —N 结和非平衡P —N 结的能带图 46､什么是功函数什么是电子亲和能答:功函数:电子从费米能级到真空能级所需的最小能量电子亲和能:半导体导带底的电子逸出体外所需要的最低能量,即C E -=0E X ｡。
固体物理与半导体物理第一章 晶格结构-晶面晶向
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(3)以轴单位a、b、c来度量，得系数U、V、W. U=X/a，V＝Y/b，W＝Z/c r=Ua+Vb+Wc
P O
确定立方晶系中 晶向指数示意图
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(4) 化为互质整数比
将这3个坐标值化为互质的最小整数u，v，w。不求倒数。 X/a：Y/b：Z/c＝u：v：w (5) 列括号［ｕｖｗ］，[u v w]即为待定晶向的晶向指 数。若晶向上一坐标值为负值则在指数上加一负号。不加 逗号 [U V W] —— 晶向Miller指数 [111]
求比是因为对诸如截距系数为：1、2、4；2、4、8 等晶面，其位向实际上完全相同，性质也一样，而这些平 行的晶面在晶体中近于无穷多个，用截距系数或倒数作符 号将会有无数个，不现实也没必要。由于其方位相同，性 质相同，所以应采用同一符号，故应求比并且化简。
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加括号： 去掉比号，加一小括弧，记为（ hkl ），
晶向符号(指数) ：表示晶向方位的数字符号。 晶面符号(指数)：表示晶面在空间方位的符号。
（2）.图示法：用各种晶体投影图表征晶面或晶向。
为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际 上通用密勒指数（Ｍiller indices ）来统一标定晶向指数 与晶面指数。
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一. 晶向符号(三轴，如立方)
{110}＝？ {111｝＝？
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{h k l} 晶面族：等价晶面
立方 {110}=(110)+(101)+(011)+(T10)+(1T0)+(T01)+(10T) 晶系 +(0T1)+(01T)+(TT0)+(T0T)+(0TT) 晶体 Total: 12 晶面族：任意交换指数的位置和改变符号后的所有结果。 晶面族中等价晶面的个数用于多晶x射线衍射中多重性因 子的表示。
固体物理与半导体物理知识点小结
1.固体物理研究固体结构及其组成粒子(原则、离子、电子等)之间的相互作用与运动规律以阐明固体性能与用途的学科。
2、①长程有序是指102～103nm量级以上排列有序；②短程有序是指101 nm以下量级排列有序。
3.固体物质的分类固体物质可分为两大类——晶体和非晶体。
(1)晶体原子(离子或分子)按一定的周期排列的固体称为晶体，又称为晶态。
从微观上讲，晶体是长程有序的，即在102～103nm量级是有序排列的。
从宏观上讲，一般的晶体都是凸多面体，即表现出对称性。
晶体又分为完整晶体和近乎完整晶体。
完整晶体——结构完全规则的晶体。
近乎完整晶体——存在少量缺陷的晶体。
(2)非晶体原子(离子或分子)的排列没有一定的周期性的固体称为非晶体，又称为非晶态。
其结构是长程无序而短程有序。
例如：玻璃、塑料、橡胶和人工生产的非晶态金属材料。
6、了解晶粒、单晶体、多晶体、晶面、晶棱、晶带、晶轴、解理性、各向异性、晶面角守恒定律、阿羽依基石说。
1.晶粒——晶体内原子(离子或分子)排列一致的一个区域，称为晶粒(1µm以上)。
2.单晶体——晶体是由一个晶粒组成的，称为单晶体。
3.多晶体——由多个晶粒组成，各晶粒通过晶界结合在一起。
多晶体由成千上万的晶粒构成，尺寸大多在厘米级至微米级范围内变化，没有单晶所特有的各向异性特征晶面—围成晶体的平面称为晶面。
晶棱—晶面之间的交线称为晶棱。
晶带—互相平行晶棱的晶面的组合称为晶带。
带轴—互相平行的晶棱的共同的方向称为带轴。
解理性—晶体沿某些确定方向的晶面所具有的劈裂的性质称为晶体的解理性。
这样的晶面称为解理面。
各向异性—在不同带轴的方向上，晶体具有不同的物理性质，称为晶体的各向异性。
晶面角守恒定律——属于同一品种的晶体，两个对应晶面(或晶棱)间的夹角恒定不变。
同一品种的晶体，尽管外界条件使晶体的外形有所不同，但是其内部结构相同，这一共同性就表现为晶面角守恒。
7、布拉菲空间点阵学说的概念和物理意义。
固体物理与半导体知识点归纳整理
固体物理与半导体物理符号定义:E C 导带底的能量 E V 导带底的能量 N C 导带的有效状态密度 N V 价带的有效状态密度 n 0导带的电子浓度 p 0价带的电子浓度 n i 本征载流子浓度 E g =E C —E V 禁带宽度 E i 本征费米能级 EF 费米能级 E n F 电子准费米能级 E p F 空穴准费米能级 N D 施主浓度 N A 受主浓度n D 施主能级上的电子浓度 p A 受主能级上的空穴浓度 E D 施主能级 E A 受主能级 n +D 电离施主浓度 p -A 电离受主浓度 半导体基本概念:满带:整个能带中所有能态都被电子填满?空带:整个能带中完全没有电子填充;如有电子由于某种原因进入空带,也具有导电性,所以空带也称导带?导带:整个能带中只有部分能态被电子填充?价带:由价电子能级分裂而成的能带;绝缘体?半导体的价带是满带? 禁带:能带之间的能量间隙,没有允许的电子能态? 1?什么是布拉菲格子答:如果晶体由一种原子组成,且基元中仅包含一个原子,则形成的晶格叫做布拉菲格子? 2?布拉菲格子与晶体结构之间的关系 答:布拉菲格子+基元=晶体结构? 3、什么是复式格子复式格子是怎么构成答:复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类?异类);复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成? 4、厡胞和晶胞是怎样选取的它们各自有什么特点答:厡胞选取方法:体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取方法不唯一,但它们体积相等,都是最小的重复单元?特点:(1)只考虑周期性,体积最小的重复单元;(2)格点在顶角上,内部和面上没有格点;(3)每个原胞只含一个格点?(4)体积:).(321a a a⨯=Ω ;(5)原胞反映了晶格的周期性,各原胞中等价点的物理量相同?晶胞选取方法:考虑到晶格的重复性,而且还要考虑晶体的对称性,选取晶格重复单元? 特点:(1)既考虑了周期性又考虑了对称性 所选取的重复单元?(体积不一定最小) ;(2)体心或面心上可能有格点;(3)包含格点不止一个;(4)基矢用c b a，，表示? 5、如何在复式格子中找到布拉菲格子复式格子是如何选取厡胞和晶胞的 答:复式格子中找到布拉菲格子方法:将周围相同的原子找出? 6、金刚石结构是怎样构成的答:两个由碳原子组成的面心立方沿立方体体对角线位移1/4套购而成? 7、氯化钠?氯化铯的布拉菲格子是什么结构答:氯化钠布拉菲格子是面心立方;氯化铯的布拉菲格子是简单立方? 8、密堆积有几种密积结构它们是布拉菲格子还是复式格子答:密堆积有两种密积结构;密积六方是复式格子,密积立方是布拉菲格子? 9?8种独立的基本对称操作是什么答:8种独立的基本对称操作:464321S C C C C C 、、、、、、、I σ10?7大晶系是什么 答:7大晶系是:立方?四方?六方?三方?正交?单斜?三斜? 11、怎样确定晶列指数和晶面指数答:晶列指数确定:以某个格点为原点,以c b a、、为厡胞的3个基矢?则晶格中任一各点的位矢可以表示为:c p b n a m R l'+'+'=,将p n m '''、、化为互质的整数m?n?p,求的晶列指数[mn p],晶列指数可正?可负?可为零?晶面指数确定:(1)找出晶面在三基矢方向的截距;(2)化截距的倒数之比为互质整数之比;(3)(h 1h 2h 3)晶面指数 ?12、通过原点的晶面如何求出其晶面指数答:晶面指数是指格点分布在一系列相互平行的平面上-晶面,故将原点的晶面沿法线方向平移一段距离,找出晶面在三基矢方向的截距,化截距的倒数之比为互质整数之比,(h 1h 2h 3)晶面指数 ?13、晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系 答:倒数关系? 14、倒格子的定义正倒格子之间的关系答:倒格子的定义:周期分布点子所组成的格子,描述晶体结构周期性的另一种类型的格子?倒格子基矢的定义:设晶格(正格子)厡胞的基矢为321a a a、、,则对应的倒格子厡胞基矢为321b b b 、、?则ji j i a b ij j i ≠=⎩⎨⎧==当当022.ππδ正倒格子之间的关系:(1)原胞体积之间的关系Ω=Ω/)2(3*π;(2)倒格矢与一族平行晶面之间的关系; (3)正格矢与倒格矢的点积为2π的整数倍; (4)正倒格子互为傅里叶变换?15、一维单原子晶格的色散关系色散关系周期性的物理意义答:一维单原子晶格的色散关系:)21sin(max qa ωω=色散关系周期性的物理意义:)21sin(max qa ωω=的一个基本周期为a q a //ππ≤<-,那么周期之外的点q'可以用基本周期在内的一个点q 来等效即是:...212±±=+='，n an q q π16?一维双原子晶格的色散关系答:一维双原子色散关系:)2cos(2)[(M 222qa Mm m M m M m++±+=±βω17?同一厡胞内两种原子有什么振动特点答:同一厡胞内两种原子振动特点:(1)声学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子倾向于沿同一方向振动?长波极限:原胞中两种原子的位相?振幅完全一致,长声学波反映的是原胞质心的振动;短波极限:轻原子不振动,重原子振动 ?(2)光学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动?长波极限:原胞内不同原子振动位相相反,长光学波反映的是原胞质心不动;短波极限:重原子不振动,轻原子振动? 18?晶格振动的格波数?格波支数及总格波数是如何确定的答:波矢数(q 的取值数)=原胞数N;格波支数=原胞内原子的自由度数3n ;总格波数=晶体内原子的总自由度数3Nn?19?声子这个概念是怎样引出的它是怎样描述晶格振动的答:声子概念由来:独立的简谐振子的振动来表述格波的独立模式? 声子描述晶格振动:(1)声子是能量携带者,一个声子具有能量为l ω ;(2)l ω 中的l 从1→3Nn,l 不同表示不同种类的声子,共有3Nn 种声子;(3)l n 为声子数,表明能量为l ω 的声子有l n 个;(4)频率为l ω的格波能量变化了l l n ω ,这一过程产生了l n 个能量为l ω 的声子; (5)声子是玻色子,遵循玻色统计?11/-=TK l B en ω20?驻波边界条件与行波边界条件下的状态密度分别怎么表示 答:驻波边界条件状态密度:一维:1)L (-π 二维:2)L (-π 三维:3)L (-π行波边界条件状态密度: 一维:1)L 2(-π 二维:2)L 2(-π 三维:3)L2(-π 21?一维?二维?三维晶格的能级密度如何求出答:一维晶格的能级密度:驻波:dE dk /)L (21-π行波:dE dk /)L 2(21-π 其中:mk 2E 22 =二维晶格的能级密度:驻波:dE kdk /2)L (22ππ•-行波:dE kdk /2)L 2(22ππ•-三维晶格的能级密度:驻波:dE dk k /4)L(223ππ•-行波:dE dk k /4)L 2(223ππ•-22?在什么情况下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述答:在T K E E B F >>-电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述;在T K E E B F >>-空穴的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述? 23?布洛赫定理的内容是什么答:布洛赫定理的内容:在周期性势场中运动的电的波函数子是布洛赫波函数,等于周期性函数)(r u k 与自由平面波因子相乘,即)R ()(),.ex p()()(e K K K K r u r u r ik r u r +==ψ布洛赫波函数函数的周期性与势场周期性相同?u(x)表示电子在原胞中的运动; r ik e .电子在晶体中共有化运动?24?禁带出现的位置和禁带宽度与什么有关答:禁带出现的位置与晶体结构有关;禁带宽度与周期势场有关? 25?每个能带能容纳的电子数与什么有关答:每个能带能容纳的电子数为2N,与厡胞数有关? 26、如何运用紧束缚近似出的能量公式答:紧束缚近似出的能量公式:∑---=mm k ).ex p(E E 0ργα找出近邻原子的个数m,以某一个原子为原点,求出矢量,带入能量公式便可得到晶体中电子的能量?27、布洛赫电子的速度和有效质量公式 答:布洛赫电子的速度公式:kEv k E v k ∂∂=∇= 1)(1一维情况下：;有效质量公式:z y x j i k k mk mji ji x,,,E1)(E122,1*221*=∂∂∂=∂∂=-- 三维：一维：28、有效质量为负值的含义答:有效质量为负值的含义:有效质量概括了晶体内部势场的作用,外力作用不足以补偿内部势场的作用时,电子的真实动量是下降的?29、绝缘体?半导体?导体的能带结构即电子填充情况有什么不同呢答:电子填充情况及能带结构不同:绝缘体最高能带电子填满,导体最高能带电子未填满,半导体最高能带电子填满能带?导体中一定存在电子未填满的带,绝缘体?半导体的能带只有满带和空带?绝缘体的能带与价带相互独立,禁带较宽;半导体能带与价带相互独立,禁带较窄,一般在2eV 以下;导体价电子是奇数的金属,导带是半满的,价电子是偶数的碱土金属,能带交迭,禁带消失? 31?空穴的定义和性质?答:空穴定义:满带(价带)中的空状态;性质:空穴具有正有效质量,空穴具有正电荷,空穴的速度等于该状态有电子时其电子的速度,空穴的能量是向下增加的,位于满带顶附近? 32?半导体呈本征型的条件答:半导体呈本征型的条件:高纯?无缺陷的半导体或在高温时的杂质半导体? 33、什么是非简并半导体什么是简并半导体答:非简并半导体:服从玻尔兹曼分布的半导体? 简并半导体:服从费米分布的半导体? 34、N 型和P 型半导体在平衡状态下的载流子浓度公式答:载流子浓度公式:)ex p()ex p(00TK E E N p TK E E N n B VF V B Fc c --=--= 热平衡状态下的非简并半导体的判据式:n 0p 0=n 2i35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化答:讨论n 型半导体:电中性条件:n 0=n +D +p 0 (1)低温弱电离区:电中性条件:n 0=n +D)2ln()2(2CD B D C F N NT K E E E ++=在温度T 一定范围内,E F 随温度增大而增大,当温度上升到N C =(N D /2)e -3/2=时,E F 随温度增大而减小?(2)强电离区(饱和电离区):电中性条件:n 0=N D)ln(CDB C F N N T K E E +=在温度T 一定时,N D 越大,E F 就越向导带方向靠近,而在N D 一定时,温度越高,E F 就越向本征费米能级E i 方向靠近?(3)高温电离区:电中性条件:n 0=N D +p 0 E i =E F (呈本征态)36?半导体在室温下全部电离下的电中性条件答:n 型:n 0=N D ;p 型:p 0=N A37、由于简并半导体形成的杂质能带,能带结构有什么变化呢答:杂质电离能变小,禁带宽度变窄? 38、散射的原因是什么答:散射的原因:周期势场遭到破坏?(原子的热振动;杂质原子和缺陷的存在) 39、载流子的迁移率和电导率的公式答:迁移率公式:**pp p nnn mq m q τμτμ==空穴电子电导率的公式:n 型半导体n n nq μσ= p 型半导体:p p pq μσ= 电子?空穴点同时导电p n pq nq μμσ+= 本征半导体)(p n i i q n μμσ+= 40、什么是准费米能级答:准费米能级是导带和价带的局部费米能级?统一的费米能级是热平衡状态的标志? 41、多子的准费米能级偏离平衡费米能级与少子的偏离有什么不同答:多数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级不多,少数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级显着? 42、爱因斯坦关系式答:爱因斯坦关系式:qTK B n n=μD q T K B p p =μD 43?什么是P —N 结的空间电荷区自建场是怎样建立起来的答:P —N 结的空间电荷区:在n 型区和p 型交界面的两侧形成了带正?负电荷的区域? 自建场:空间电荷区中的正负电荷形成电场,电场方向由n 区指向p 区? 44、雪崩击穿和隧道击穿的机理?答:雪崩击穿的机理:碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应导致载流子倍增效应,使势垒区单位时间内产生大量载流子,致使反向电流速度增大,从而发生p-n 结击穿?雪崩击穿除与电场有关,还与势垒区宽度有关?一般掺杂以雪崩击穿为主?隧道击穿的机理:当电场E 大到或隧道长度短到一定程度时,将使p 区价带中大量的电子通过隧道效应穿过势垒到达n 区导带中去,使反向电流急剧增大,于是p-n 结发生隧道击穿?隧道击穿主要取决于外场?重掺杂以隧道击穿为主? 45?平衡P —N 结和非平衡P —N 结的能带图 46?什么是功函数什么是电子亲和能答:功函数:电子从费米能级到真空能级所需的最小能量电子亲和能:半导体导带底的电子逸出体外所需要的最低能量,即C E -=0E X ? 47?金属—半导体接触的四种类型答48?金属—半导体整流接触特性的定性解释答:金半接触的整流作用:无外场:半-金电子=金-半电子,阻挡层无净电流? 正偏:金正半负 半-金电子>金-半电子,I 随V 变化反偏:金负半正 半-金电子<金-半电子,金属中势垒高且不变,I 随V 不变 49?在考虑表面态的情况下,怎样形成欧姆接触答:用高掺杂的半导体和金属接触在半导体上形成欧姆接触?其他知识点:1?费米能级的物理意义:(1)决定各个能级上电子统计分布的参量;(2)直观反映了电子填充能级的水平?2?产生非平衡载流子的方法:(1)电注入;(2)光注入3?最有效的复合中心位于禁带中线附近的深能级4?非平衡载流子的扩散原因:在载流子浓度不均匀条件下,有无规则的热运动引起?5?漂移电流是多子的主要电流形式,扩散电流是少子的主要电流形式?6?p-n结载流子的扩散是由于两区费米能级不一致所引起的;平衡p-n结,具有统一的费米能级?7?P-n结的单向导电性是因为势垒的存在?与自建厂反向,势垒高度降低,势垒宽度变窄,载流子的正向偏压下p-n结的特性:正向电压Vf扩散运动大于漂移运动?与自建厂同向,势垒区加宽,势垒高度增高,载流子的漂反向偏压下p-n结的特性:正向电压Vr移运动大于扩散运动?8?势垒电容:势垒区的空间电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应(发生在势垒区)扩散电容:扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应?(发生在扩散区)反偏时:势垒电容为主,扩散电容很小;正偏时:既有势垒电容,也有扩散电容;9? 纯净表面:没有杂质吸附层和氧化层的理想表面实际表面:与体内晶体结构不同的原子层表面能级:表面存在而产生的附加电子能级,对应的电子能态为表面态?表面态:(1)从能带角度,当晶体存在表面,在垂直表面方向成了半无限周期势场?(2)从化学键角度,表面是原子周期排列终止的地方?。
固体物理与半导体物理第一章 晶格结构-晶面晶向
一. 晶向符号(三轴，如立方)
用三指数u，v，w表示晶向符号。 确定三轴坐标系下晶向指数［ｕｖｗ]的步骤如下： (1)设坐标 以晶胞的某一阵点O为原点，过原点O的晶轴为坐标轴x, y , z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。
立方 晶系 中阵 点坐 标
5
(2) 求坐标 过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向。在直线 OP上任取（除原点外）一个阵点P，确定P点的3个坐 标值X、Y、Z。
15
<111>=?
<111>=[111]+[111]+[111]+[111]＋ [TT1]＋[1TT]＋[T1T]＋[TTT] 晶向族:任意交换指数的位置和改变符号后的所有指数。
<112>=?
<123>=?
16
二. 晶面指数(三轴，如立方)
晶面符号中应用最广的是米氏符号，由英国学者米勒尔在 1839年创立。 1、确定立方晶系晶面指数（ｈｋｌ）的步骤如下: 设坐标： 在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时 相同；原点设在待求晶面以外。
e.g., x-axis [100] y-axis [010] z-axis [001]
[110]
8
9
若原点不在待标晶向上，还可以这样操作：
（1）找出该晶向上两点的坐标(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2); （2）将(x1-x2)，(y1-y2)，(zl-z2)化成互质整数u，v，w; （3）满足u：v：w＝(x1一x2)：(y1一y2) ：(zl—z2)。
32
晶面间距的计算
晶面间距可根据一些几何关系求得
h、k、l为晶面指数（hkl），a、b、c为点阵常数， α、β、γ为晶面法线方向与晶轴夹角。
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固体物理与半导体物理符号怎义:氏导带底的能量Ev价带顶的能量Nc导带的有效状态密度Nv价带的有效状态密度no导带的电子浓度po价带的空穴浓度山本征载流子浓度E尸Ec—Ev禁带宽度E本征费米能级E F费米能级Ef电子费米能级EP卜空穴费米能级N D施主浓度N A受主浓度“施主能级上的电子浓度P A受主能级上的空穴浓度E D施主能级E A受主能级n+D电离施主浓度P A电离受主浓度半导体基本概念：满带：整个能带中所有能态都被电子填满。
空带：整个能带中完全没有电子填充：如有电子由于某种原因进入空带，也具有导电性，所以空带也称导带。
导带：整个能带中只有部分能态被电子填充。
价带：由价电子能级分裂而成的能带；绝缘体、半导体的价带是满带。
禁带：能带之间的能量间隙，没有允许的电子能态。
1、什么是布拉菲格子？答：如果晶体由一种原子组成，且基元中仅包含一个原子，则形成的晶格叫做布拉菲格子。
2、布拉菲格子与晶体结构之间的关系？答：布拉菲格子+基元=晶体结构。
3、什么是复式格子?复式格子是怎么构成？答：复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格（可是同类、异类）；复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确左的方位套购而成。
4、原胞和晶胞是怎样选取的?它们各自有什么特点？答：原胞选取方法：体积最小的周期性（以基矢为棱边围成）的平行六而体，选取方法不唯一，但它们体积相等，都是最小的重复单元。
特点：（1）只考虑周期性，体积最小的重复单元；（2）格点在顶角上，内部和而上没有格点；（3）每个原胞只含一个格点。
（4）体积：。
=岳.（万2X&J : （5）原胞反映了晶格的周期性，各原胞中等价点的物理量相同。
晶胞选取方法：考虑到晶格的重复性，而且还要考虑晶体的对称性，选取晶格重复单元。
特点：（1）既考虑了周期性又考虑了对称性所选取的重复单元。
（体积不一左最小）；（2）体心或面心上可能有格点：（3）包含格点不止一个；（4）基矢用万，0表示。
5、如何在复式格子中找到布拉菲格子?复式格子是如何选取原胞和晶胞的？答：复式格子中找到布拉菲格子方法：将周囤相同的原子找岀。
6、金刚仃结构是怎样构成的？答：两个由碳原子组成的而心立方沿立方体体对角线位移1/4套购而成。
7、氯化钠、氯化絶的布拉菲格子是什么结构？答：氯化钠布拉菲格子是面心立方：氯化钠的布拉菲格子是简单立方。
8、密堆积有几种密积结构?它们是布拉菲格子还是复式格子？答：密堆积有两种密积结构：密积六方是复式格子，密积立方是布拉菲格子。
9、8种独立的基本对称操作是什么？答：8种独立的基本对称操作：C P C?、C3、C P C6> 6 I、S410> 7大晶系是什么？答：7大晶系是：立方、四方、六方、三方、正交、单斜、三斜。
11、怎样确定晶列指数和晶而指数？答：晶列指数确泄：以某个格点为原点，以❻、b.乙为原胞的3个基矢、则晶格中任一各点的位矢可以表示为：R^m'a + n'b + p'c,将"化为互质的整数m、n、p,求的晶列指数[mnp],晶列指数可正、可负、可为零。
晶而指数确左：⑴找出晶而在三基矢方向的截距：（2）化截距的倒数之比为互质整数之比：（3）（1】山2山）晶而指数。
12、通过原点的晶而如何求出其晶而指数？答：晶面指数是指格点分布在一系列相互平行的平而上一晶面，故将原点的晶而沿法线方向平移一段距离，找岀晶而在三基矢方向的截距，化截距的倒数之比为互质整数之比，（hihzlb）晶而指数。
13、晶而指数与晶而在三坐标轴上的截距之间的关系？答：倒数关系。
14、倒格子的左义?正倒格子之间的关系？答：倒格子的立义：周期分布点子所组成的格子，描述晶体结构周期性的另一种类型的格子。
倒格子基矢的左义：设晶格(正格子)原胞的基矢为％、a 2. &3，则对应的倒格子原胞基矢为—— — 2/r也、久、b x 0 则 b.a ； = 2 屈;;=<■ Z 亠 • J V 0 正倒格子之间的关系:(1)原胞体积之间的关系fY =(2^)3/Q ；(2) 倒格矢与一族平行晶而之间的关系；(3) 正格矢与倒格矢的点积为2 “的整数倍：(4) 正倒格子互为傅里叶变换。
15、一维单原子晶格的色散关系?色散关系周期性的物理意义?答：一维单原子晶格的色散关系：^ = ^max sin(|^)色散关系周期性的物理意义：6y = 6y max sin(-^/)的一个基本周期为一7r/a<q<7r/a,那么周期之外的点[可以用基本周期在内的一 2个点q 来等效即是：cf = q + ^-^~ n = ±l,±2... a16、 一维双原子晶格的色散关系？答：一维双原子色散关系：屈=Z[(M +用)土 JM$ +也$ + 2M 〃7cos(2g)M/H17、 同一原胞内两种原子有什么振动特点？答：同一原胞内两种原子振动特点：(1) 声学波的振动：同一原胞内相邻的两种原子倾向于沿同一方向振动。
长波极限：原胞中两种原子的 位相、振幅完全一致，长声学波反映的是原胞质心的振动；短波极限：轻原子不振动，重原子振动。
(2) 光学波的振动：同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动。
长波极限：原胞内不同原子振动位相相 反，长光学波反映的是原胞质心不动：短波极限：重原子不振动，轻原子振动。
18、 晶格振动的格波数、格波支数及总格波数是如何确左的？答：波矢数(q 的取值数)=原胞数N ：格波支数=原胞内原子的自由度数3n ；总格波数=晶体内原子的总自由度数3Nn 。
19、 声子这个概念是怎样引出的?它是怎样描述晶格振动的？答：声子槪念由来：独立的简谐振子的振动来表述格波的独立模式。
声子描述晶格振动：(1)声子是能量携带者，一个声子具有能量为方®:⑵方©中的/从1 T3Nm /不同表示不同种类的声子，共有3Nn 种声子:当r 当iHj(3) /1,为声子数，表明能量为力©的声子有耳个:⑷频率为①的格波能量变化了讪这一过程产生了耳个能量为方©的声子;(5) 声子是玻色子，遵循玻色统计。
叫=一t^/K D Tc " — 120、驻波边界条件与行波边界条件下的状态密度分别怎么表示?答：驻波边界条件状态密度:一维：(-)-1二维:(-)-2三维:(-)-3L L L行波边界条件状态密度：一维：(兰尸二维：(兰尸三维：(兰)-3L L L21、一维、二维、三维晶格的能级密度如何求出？答：一维晶格的能级密度:= -2/ 2驻波：2(-Y}dk/dE行波：2(—Y x dk/dE其中：E = —L L 2m二维晶格的能级密度:驻波：2(f尸・2加次行波：2(¥尸・2加次/〃£三维晶格的能级密度：驻波：2(-)-3•4nk1dkJdE行波：2(—)_3e4^2^/JE22、在什么情况下电子的费米统讣可用玻尔兹曼分布来描述？答：在E_E F»K訐电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述：在E F-E»K B T空穴的费米统讣可用玻尔兹曼分布来描述。
23、布洛赫定理的内容是什么?答：布洛赫左理的内容：在周期性势场中运动的电子的波函数子是布洛赫波函数，等于周期性函数u k (r)与自由平而波因子相乘，即屮K(/)=11K(r)ex P(ik・Z u K (r) = u K (r + RJ布洛赫波函数的周期性与势场周期性相同。
u(x)表示电子在原胞中的运动：严电子在晶体中共有化运动。
24、禁带出现的位置和禁带宽度与什么有关？答：禁带岀现的位置与晶体结构有关：禁带宽度与周期势场有关。
25、每个能带能容纳的电子数与什么有关？答：每个能带能容纳的电子数为2N,与原胞数有关。
26、如何运用紧朿缚近似出的能量公式？答：紧束缚近似出的能量公式：E = E0-a-/£exp(-A;.p wi)m找出近邻原子的个数m,以某一个原子为原点，求出矢量，带入能量公式便可得到晶体中电子的能量。
27、布洛赫电子的速度和有效质量公式？答：布洛赫电子的速度公式：v = -V k E(k)一维情况下：v = l —：有效质量公式: 方h dk一维:〃严= 1 d2E 一琳 < ―、 1 a2E ..»牝二维3 “伫艸"7以28、有效质量为负值的含义？答：有效质量为负值的含义：有效质量概括了晶体内部势场的作用，外力作用不足以补偿内部势场的作用时，电子的真实动量是下降的。
29、绝缘体、半导体、导体的能带结构即电子填充情况有什么不同呢？答：电子填充情况及能带结构不同：绝缘体最髙能带电子填满，导体最高能带电子未填满，半导体最高能带电子填满能带。
导体中一立存在电子未填满的带，绝缘体、半导体的能带只有满带和空带。
绝缘体的能带与价带相互独立，禁带较宽：半导体能带与价带相互独立，禁带较窄，一般在2cV以下；导体价电子是奇数的金属，导带是半满的，价电子是偶数的碱上金属，能带交迭，禁带消失。
31、空穴的定义和性质。
答：空穴龙义：满带(价带)中的空状态；性质：空穴具有正有效质量，空穴具有正电荷，空穴的速度等于该状态有电子时其电子的速度，空穴的能量是向下增加的，位于满带顶附近。
32、半导体呈本征型的条件？答：半导体呈本征型的条件：髙纯、无缺陷的半导体或在髙温时的杂质半导体。
33、什么是非简并半导体?什么是简并半导体？答：非简并半导体：服从玻尔兹曼分布的半导体"简并半导体：服从费米分布的半导体。
34、N型和P型半导体在平衡状态下的载流子浓度公式？答：载流子浓度公式：n^ = N c exp(- L< ) 〃o = Nyexp(-t f )K B r K R T热平衡状态下的非简并半导体的判据式：恥卩尸昭35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化？答：讨论11型半导体：电中性条件:no=n+D+p()(1)低温弱电离区:在温度T 一立范帀内，E F随温度增大而增大，当温度上升到N c=(N!>/2)e^2=时，E F随温度增大而减小。
(2)强电离区(饱和电离区)：电中性条件：n()=N DNE,=E c+K H T\n(-^)在温度T 一定时，N D越大，尸坯就越向导带方向靠近，而在N D—左时，温度越髙，E F就(3)髙温电离区：电中性条件：no=N D+p<) E,=Ei(呈本征态)---- P* °I I36、半导体在室温下全部电离下的电中性条件？[ [I I答：n 型：I1O=N D： p 型：p()=N A------ ----------------------------- ►I 3 f “丁37、由于简并半导体形成的杂质能带，能带结构有什么变化呢？答：杂质电离能变小，禁带宽度变窄。