半导体物理复习提纲
半导体复习提纲
第一章、第二章1.能带理论的基本假定是什么？①绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。
多粒子问题→多电子问题。
②平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。
③周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动的问题。
2.用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。
对于满带（价带）,其中能级已被电子占满,在外电场的作用下满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献。
对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，我们称之为导带。
金属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到违背电子占据的能级，所以金属是良好的导体。
绝缘体和半导体类似，下面都是已被电子占满的满带（价带），中间是禁带，上面是空带（导带），所以在热力学零度时，在外电场的作用下并不导电。
当外界条件变化时，就有少量电子被激发到空带上去，使能带处于几乎为满或几乎为空的状态，在半导体中，价带顶产生的空的量子状态也称为空穴，相当于正电荷的导电作用，电子和空穴在外场作用下就会参与导电。
而绝缘体只是禁带宽度太大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下，激发上去的电子很小，导电性差。
3.解释直接带隙和间接带隙半导体直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。
性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。
间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。
性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子，变成热能释放掉。
4.什么是施主杂质，受主杂质？施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质；受主杂质：III族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称他们为受主杂质会p型杂质。
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《半导体物理学》复习提纲第二章平衡状态下半导体体材的特性重点掌握描述每个量子态被电子占据的几率随能量E变化的分布函数；费米能级E F；本征半导体的载流子浓度；掺杂半导体的载流子浓度；第三章非平衡状态下半导体体材的特性重点掌握非平衡状态指的是什么；载流子的漂移输运现象；载流子的扩散输运现象；电导率方程；爱因斯坦关系；布尔兹曼关系；连续性-输运方程第四章平衡和偏置状态下的PN结特性重点掌握PN的能带图；接触势；PN结的偏置；耗尽区厚度与电压的关系；结电容第五章PN结的伏-安特性重点掌握肖克莱定律；正偏条件下的PN 结特性；反偏条件下的PN 结特性；PN 结的瞬态特性第六章半导体表面和MIS 结构重点掌握p 型和n 型半导体积累、耗尽、反型和强反型状态下的表面感生电荷层 表面势；p 型和 n 型半导体在积累、耗尽、反型和强反型状态下的能带结构MIS 结构的 C-V 第七章 金属-半导体接触和异质结重点掌握金属和掺杂半导体形成的接触； 肖特基势垒； 功函数；半导体的亲和能；例题：1，分别计算比E F 高2kT 、3 kT 和低2 kT 、3 kT 能级电子的占有几率（e = 2.7183）。
解：(1) 比E F 高2kT 的能级2FEE kT根据21110.1192117.38911FE E kTf Ee e(2) 比E F 高3kT 的能级3FEE kT根据31110.0474121.08591FE E kTf Eee(3) 比E F 低2kT 的能级2FE EkT根据21110.8807110.13531FE E kTf Eee(4) 比E F 高3kT 的能级3FE EkT根据31110.95251 1.04981FE E kTf Eee比E F 高2kT ，3 kT 和低2 kT ，3 kT 能级电子的占有几率分别是12%、5%、88% 和95%。
2，设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近的能量能量E c (k ) 为222213C k k k E kmm价带极大值附近的能量E v (k ) 为式中m 为电子质量，k 1 = π/a ，a = 3.14Å 试求：（1）该晶体的禁带宽度；（2）导带底电子的有效质量； （3）价带顶电子的有效质量。
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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。
半导体物理学复习纲要
练习1
1。写出三种立方单胞的名称，并分别计算 单胞中所含的原子数。 （简立方，体心立方，面心立方，1，2，4）
2. 计算金刚石型单胞中的原子数。
（8）
练习2
1、简化能带图，指出各符号意义。
2、什么是载流子？金属和半导体中载流子分别是 什么？ 材料中荷载电流的粒子，金属中为电子，半导体 中为电子和空穴
第四章
第四节 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 • 电阻率和杂质浓度的关系 • 电阻率随温度的变化 第六节 强电场下的效应、热载流子 • 欧姆定律的偏移 • 平均漂移速度与电场强度的关系 第七节 多能谷散射 耿氏散射 • 多能谷散射、 体内负微分电导 • 高场畴区及耿氏振荡
练习6
• 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？
第1章 半导体中的电子状态
要求1-7节
1.1 半导体的晶格结构和结合性质 1.2 半导体中的电子状态和能带 1.3 半导体中电子的运动 有效质量 1.4 本征半导体的导电机构 空穴 1.5 回旋共振 1.6 硅和锗的能带结构 1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 1.8 Ⅱ-Ⅵ族公合物半导体的能带结构 1.9 SI1-xGex合金的能带 1.10 宽禁带半导体材料
1、T>0K时，电子占据费米能级的概率是（ 1/2 ）。
Chap4 载流子的输运现象
（5-6不要求）
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7
载流子的漂移运动，迁移率 载流子的散射 迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 玻尔兹曼方程 电导率的统计理论 强电场效应 热载流子 耿氏效应 多能谷散射
第五章 非平衡载流子（要求1-7）
半导体器件物理复习纲要word精品文档5页
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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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)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。
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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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第一章半导体中的电子(diànzǐ)状态1半导体的三种(sān zhǒnɡ)结构：金刚石型（硅和锗）闪锌矿型（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料(cáiliào)以及部分Ⅱ-Ⅵ族化合物如GaAs, InP, AlAs ，纤矿型（Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体ZnS、ZnSe、CdS、CdSe）.结晶学原胞是立方(lìfāng)对称的晶胞。
2电子(diànzǐ)共有化运动：当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层出现交叠，电子可由一个原子转移到相邻的原子，因此，电子可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。
由于内外壳层交叠程度很不相同，所以，只有最外层电子的共有化运动才显著。
3有效质量：将晶体中电子的加速度与外加的作用力联系起来，并且包含了晶体中的内力作用效果。
有效质量的物理意义：把晶体周期性势场的作用概括到电子的有效质量中去，使得在引入有效质量之后，就可把运动复杂的晶体电子看作为简单的自由电子。
有效质量的正负与位置有关。
大小由共有化运动的强弱有关。
引入有效质量的用处：使讨论晶体电子运动时，问题变得很简单，否则几乎不可能。
4回旋共振就是当半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频电场同时作用下会发生抗磁共振的现象。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
（母的）要样品纯度更高，在低温。
5直接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值相应于相同的波矢k0间接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置 . 硅、锗与砷化镓的区别：硅锗为间接带隙半导体；砷化镓是直接带隙半导体。
砷化镓的禁带宽度大，E。
-1.43eV，宽于硅，更宽于锗，因此砷化镓半导体器件能在远高于硅半导体器件工作温度、更高于锗半导体器件工作温度的450℃下正常工作；其pn结的反向电压高，反向饱和电流低，适用于制作大功率半导体器件；能够引入深能级的杂质，制成体电阻率比锗和硅高出三个数量级以上的集成电路衬底。
半导体物理复习提纲
电离杂质散：
，温度升高散射减少。温度越高载流子热运动的平均速度越大，
于是可以很快掠过杂质中心，偏转小，受到电离杂质的影响小。 对于杂质半导体，温度低时，电离杂质散射起主要作用；温度高时，晶格振动散射起主要 作用
6. 何谓漂移运动 半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动。 7. 迁移率的定义、量纲。影响迁移率的因素。 漂移速度 ：因电场加速而获得的平均速度。 迁移率：单位电场下，载流子的平均漂移速度（cm2/V·s）
费米分布：
玻尔兹曼分布：
空穴分布函数：
当
时有
，所以
，即玻尔兹曼分布。
（能态 E 不被电子占据的几率） ，则费米分布函数转化为
半导体中常见费米能级 位于禁带中，满足
的条件，因此导带和价带中的所有
量子态来说，电子和空穴都可以用玻尔兹曼分布描述。
5.由电子能带图中费米能级的位置和形态（如，水平、倾斜、分裂），分析半导体材料特性。
基础知识
1.导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同并以此说明半导体的导电机理（两种载流子 参与导电）与金属有何不同
导体能带中一定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带，禁带宽度较宽一般大于 2eV； 半导体 T=0 K 时，能带中只有满带和空带，T>0 K 时，能带中有不满带，禁带宽度较小，一 般小于 2eV。（能带状况会发生变化）
10.什么是本征半导体和本征激发 本征半导体：没有杂质和缺陷的纯净半导体。 本征激发：T>0K 时，电子通过热运动从价带激发到导带，同时价带中产生空穴。
11.何谓施主杂质和受主杂质浅能级杂质与深能级杂质各自的作用。
施主杂质：电离时能够释放电子而产生导电电子，并形成正电中心的杂质。 受主杂质：电离时能够获取电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。 浅能级杂质：电离能小的杂质称为浅能级杂质。所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底，受 主能级靠近价带顶。可以通过控制掺杂杂质数量控制载流子数量，并可以通过补偿掺杂进行 追加式的浓度控制。 深能级杂质：非 III、V 族元素在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远和受主能级 距离价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。深能级能起到减少非平衡载流子寿命的作 用。 12.何谓杂质补偿举例说明有何实际应用。 半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主和受主之间有相互抵消的作用。利用杂质的 补偿作用，根据扩散或离子注入的方法来改变半导体某一区域的导电类型，制成各种器件。 在一块 n 型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，由于杂质的补偿作用，该区就成为 ｐ型半导体。 13.金原子的带电状态与浅能级杂质的关系 不容易电离，对载流子浓度影响不大。 深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级,甚至既产生施主能级也产生受主 能级。 深能级杂质的复合作用比浅能级杂质强，可作为复合中心。 14.画出（a）本征半导体、（b）n 型半导体、（c）p 型半导体的能带图，标出费米能级、导 带底、价带顶、施主能级和受主能级的位置
半导体物理复习归纳
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。
二、半导体中的杂质和缺陷能级1、晶胞空间体积计算Si晶胞中有8个硅原子，每个原子看做半径为r的圆球，则8个原子占晶胞空间的百分数：立方体某顶角的圆球中心与距此顶角1/4体对角线长度处的圆球中心间的距离为2r，且等于边长为a的立方体体对角线长（a3）的1/4。
半导体物理基础 总复习
掌握熟悉了解第一章半导体物理基础一、能带理论1、能带的形成、结构：导带、价带、禁带•当原子结合成晶体时，原子最外层的价电子实际上是被晶体中所有原子所共有，称为共有化。
•共有化导致电子的能量状态发生变化，产生了密集能级组成的准连续能带---能级分裂•价带：绝对0度条件下被电子填充的能量最高的能带；结合成共价键的电子填充的能带。
•导带：绝对0度条件下未被电子填充的能量最低的能带2、导体、半导体、绝缘体的能带结构特点•禁带的宽度区别了绝缘体和半导体；而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别；绝缘体是相对的，不存在绝对的绝缘体。
3、导电的前提：不满带的存在二、掺杂半导体1、两种掺杂半导体的能级结构。
2、杂质补偿的概念三、载流子统计分布1、费米函数、费米能级：公式1-7-9和1-7-10，及其简化公式1-7-11和1-7-122、质量作用定律，只用于本征半导体：公式1-7-273、用费米能级表示的载流子浓度：公式1-7-28和1-7-294、杂质饱和电离的概念（本征激发）5、杂质半导体费米能级的位置：公式1-7-33和1-7-37。
意义（图1-13，费米能级随着掺杂浓度和温度的变化）。
6、杂质补充半导体的费米能级四、载流子的运输1、（1.8节）载流子的运动模式：散射－漂移－散射。
平均弛豫时间的概念2、迁移率，物理意义：公式1-9-4和1-9-5（迁移率与电子自由运动时间和有效质量有关），迁移率与温度和杂质浓度的关系3、电导率，是迁移率的函数：公式1-9-10和1-9-114、在外电场和载流子浓度梯度同时存在的条件下，载流子运输公式：1-9-24～1-9-275、费米势：公式1-10-5：电势与费米能级的转换6、以静电势表示的载流子浓度1-10-6和1-10-7或1-10-9和1-10-107、爱因斯坦关系：反映了扩散系数和迁移率的关系。
在非热平衡状态下也成立。
公式1-10-11和1-10-12 五、非平衡载流子1、概念：平衡与非平衡（能带间的载流子跃迁）；过剩载流子2、大注入和小注入3、产生率、复合率、净复合率4、非平衡载流子的寿命：从撤销外力，到非平衡载流子消失。
半导体物理复习提纲
半导体物理复习提纲基础知识1.导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同并以此说明半导体的导电机理（两种载流⼦参与导电）与⾦属有何不同导体能带中⼀定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带，禁带宽度较宽⼀般⼤于2eV；半导体T=0 K时，能带中只有满带和空带，T>0 K时，能带中有不满带，禁带宽度较⼩，⼀般⼩于2eV。
（能带状况会发⽣变化）半导体的导带没有电⼦，但其价带中电⼦吸收能量，会跃迁⾄导带，价带中也会剩余空⽳。
在外电场的情况下，跃迁到导带中的电⼦和价带中的空⽳都会参与导电。
⽽⾦属中价带电⼦是⾮满带，在外场的作⽤下直接产⽣电流。
2.什么是空⽳它有哪些基本特征以硅为例，对照能带结构和价键结构图理解空⽳概念。
当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流，以及电流在外场作⽤下的变化，完全如同存在⼀个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v（k’）的粒⼦的情况⼀样，这样假想的粒⼦称为空⽳。
3.半导体材料的⼀般特性。
（1）电阻率介于导体与绝缘体之间（2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（3）性质与掺杂密切相关4.费⽶统计分布与玻⽿兹曼统计分布的主要差别是什么什么情况下费⽶分布函数可以转化为玻⽿兹曼函数为什么通常情况下，半导体中载流⼦分布都可以⽤玻⽿兹曼分布来描述麦克斯韦-玻尔兹曼统计的粒⼦是可分辨的；费⽶-狄拉克统计的粒⼦不可分辨，⽽且每个状态只可能占据⼀个粒⼦。
低掺杂半导体中载流⼦遵循玻尔兹曼分布，称为⾮简并性系统；⾼掺杂半导体中载流⼦遵循费⽶分布，称为简并性系统。
费⽶分布：玻尔兹曼分布：空⽳分布函数：（能态E不被电⼦占据的⼏率）当时有，所以，则费⽶分布函数转化为，即玻尔兹曼分布。
半导体中常见费⽶能级位于禁带中，满⾜的条件，因此导带和价带中的所有量⼦态来说，电⼦和空⽳都可以⽤玻尔兹曼分布描述。
5.由电⼦能带图中费⽶能级的位置和形态（如，⽔平、倾斜、分裂），分析半导体材料特性。
靠近费⽶能级的能带上的载流⼦远⼤于远离费⽶能级那边，因此将该能带上的载流⼦称为多数载流⼦简称多⼦。
半导体物理学复习纲要
练习7
1、判断正误：一般情况下，满足小注入条件 的非平衡载流子浓度比平衡载流子浓度小。 （） 2、填空：寿命标志着非平衡载流子浓度减小 到原值的（ ）所经历的时间。 3、简述小注入条件
4、处于非平衡态的n型半导体中，EFp 和EFn 哪 个距EF 近？为什么？
EFn
-
EF
EF
E
p F
第6章 pn 结
第一章
第一节 半导体的晶体结构和结合性质 • 金刚石型结构和共价键 • 闪锌矿型结构和混合键 • 纤锌矿型结构 第二节 半导体中的电子状态和能带 • 原子的能级和晶体的能带 • 半导体中的电子状态和能带 • 导体、半导体、绝缘体的能带
第一章
第三节 半导体中电子的运动和有效质量 • 半导体中E（k）与k的关系 • 半导体中电子的平均速度 • 半导体中电子的加速度 • 有效质量的意义 第四节 本征半导体的导电机构 空穴 第五节 回旋共振 • k空间等能面 • 回旋共振 第六节 硅和锗的导带结构 • 间接带隙半导体 第七节 砷化镓的能带结构 • 直接带隙半导体
效应 电子的三个自由度、自旋性质：磁场下分裂；输运
差别
• 2.单边突变p+n结,空间电荷区（势垒区）主要分 布在p+区还是n 区？
• 3.PN结只有低频下才有整流效应，而高频下没有 整流效应，为什么？（电容效应造成）
第七章金属和半导体的接触
• 7.1 金属半导体接触及其能级图 金属-半导体接触类型：肖特基接触和欧姆接
触 肖特基接触条件：半导体轻掺杂 欧姆接触条件：半导体重掺杂 • 7.2 金属半导体接触整流理论
练习1
1。写出三种立方单胞的名称，并分别计算 单胞中所含的原子数。 （简立方，体心立方，面心立方，1，2，4） 2. 计算金刚石型单胞中的原子数。 （8）
半导体复习提纲(I)
第一章半导体中的电子状态1半导体的三种结构：金刚石型（硅和锗）闪锌矿型（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料以及部分Ⅱ-Ⅵ族化合物如GaAs, InP, AlAs ，纤矿型（Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体ZnS、ZnSe、CdS、CdSe）.结晶学原胞是立方对称的晶胞。
2电子共有化运动：当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层出现交叠，电子可由一个原子转移到相邻的原子，因此，电子可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。
由于内外壳层交叠程度很不相同，所以，只有最外层电子的共有化运动才显著。
4回旋共振就是当半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频电场同时作用下会发生抗磁共振的现象。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
（母的）要样品纯度更高，在低温。
5直接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值相应于相同的波矢k0 间接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置. 硅、锗与砷化镓的区别：硅锗为间接带隙半导体；砷化镓是直接带隙半导体。
6能带结构：固体的能带结构（又称电子能带结构）描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。
第二章半导体中杂质和缺陷能级1、杂质类型：杂质原子进入半导体硅以后，只可能以两种方式存在。
一种方式是杂质原子位于晶格原子间的间隙位置常称为间隙式杂质：另一种方式是杂质原子取代晶格原子位于晶格点处，常称为替位式杂质。
2、使电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为杂质电离能。
能释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质，称为施主杂质；受主杂质：能接受电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质。
把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级；and施主能级3 N,P型半导体，施主杂质失去电子，受主杂质得到电子。
5施主电子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带和价带提供电子和空穴,这种现象称为杂质的高度补偿. （控制不当）误认高纯半导体。
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基础知识1。
导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同？并以此说明半导体的导电机理（两种载流子参与导电）与金属有何不同？导体能带中一定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带,禁带宽度较宽一般大于2eV；半导体T=0 K时，能带中只有满带和空带，T〉0 K时，能带中有不满带，禁带宽度较小,一般小于2eV。
（能带状况会发生变化)半导体的导带没有电子,但其价带中电子吸收能量，会跃迁至导带，价带中也会剩余空穴。
在外电场的情况下，跃迁到导带中的电子和价带中的空穴都会参与导电.而金属中价带电子是非满带，在外场的作用下直接产生电流。
2.什么是空穴?它有哪些基本特征？以硅为例,对照能带结构和价键结构图理解空穴概念.当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流,以及电流在外场作用下的变化，完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量｜m n＊｜、速度为v（k’）的粒子的情况一样，这样假想的粒子称为空穴。
3。
半导体材料的一般特性.（1）电阻率介于导体与绝缘体之间（2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感(3）性质与掺杂密切相关4。
费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么?什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数？为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可以用玻耳兹曼分布来描述？麦克斯韦-玻尔兹曼统计的粒子是可分辨的；费米-狄拉克统计的粒子不可分辨，而且每个状态只可能占据一个粒子。
低掺杂半导体中载流子遵循玻尔兹曼分布，称为非简并性系统;高掺杂半导体中载流子遵循费米分布，称为简并性系统。
费米分布：玻尔兹曼分布：空穴分布函数：(能态E不被电子占据的几率）当时有，所以，则费米分布函数转化为，即玻尔兹曼分布。
半导体中常见费米能级位于禁带中,满足的条件，因此导带和价带中的所有量子态来说，电子和空穴都可以用玻尔兹曼分布描述.5。
由电子能带图中费米能级的位置和形态（如，水平、倾斜、分裂)，分析半导体材料特性。
靠近费米能级的能带上的载流子远大于远离费米能级那边，因此将该能带上的载流子称为多数载流子简称多子。
反之则为少数载流子，简称少子.受热不均匀时,费米能级产生倾斜，导致电子从能量高的一侧流向能量低的一侧。
费米能级分裂时，有非平衡载流子产生。
6。
何谓准费米能级？它和费米能级的区别是什么？当外界有大能量注入,或很多载流子注入时,载流子数量会发生突然的变化.不在遵循费米分布,费米能级暂时失灵,将这种情形下的载流子称为非平衡载流子。
非平衡态下，统一的费米能级分裂为导带费米能级和价带费米能级，称其为准费米能级7。
比较Si,Ge，GaAs能带结构的特点，并说明各自在不同器件中应用的优势。
锗、硅的导带在简约布里渊区分别存在四个（8个半个的椭球等能面）和六个能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附件，称为锗、硅的导带具有多能谷结构。
硅和锗的导带底和价带顶在k空间处于不同的k值，电子跃迁时伴随着声子的发射和吸收，称为间接带隙半导体。
适用于制作半导体器件。
砷化镓的导带底和价带顶位于k空间的同一k值,电子发生跃迁时,仅电子的能量发生变化，称为直接带隙半导体。
用于制备发光器件时，其内部量子效率较高.8。
重空穴，轻空穴的概念。
当存在极大值相重合的两个价带时，外能带曲率小，对应的有效质量大，称该能带中的空穴为重空穴;内能带曲率大,对应的有效质量小,称该能带中的空穴为轻空穴。
9.有效质量、状态密度有效质量、电导有效质量概念。
有效质量概括了半导体内部势场的作用,使得我们在解决电子的运动规律时不涉及内部势场作用。
有效质量：电导有效质量：状态密度有效质量：导带底电子能态密度有效质量：：价带顶空穴能态密度有效质量：10。
什么是本征半导体和本征激发？本征半导体：没有杂质和缺陷的纯净半导体.本征激发:T〉0K时，电子通过热运动从价带激发到导带，同时价带中产生空穴。
11.何谓施主杂质和受主杂质？浅能级杂质与深能级杂质？各自的作用.施主杂质：电离时能够释放电子而产生导电电子，并形成正电中心的杂质。
受主杂质：电离时能够获取电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。
浅能级杂质：电离能小的杂质称为浅能级杂质。
所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底，受主能级靠近价带顶.可以通过控制掺杂杂质数量控制载流子数量,并可以通过补偿掺杂进行追加式的浓度控制。
深能级杂质：非III、V族元素在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远和受主能级距离价带顶较远,形成深能级,称为深能级杂质.深能级能起到减少非平衡载流子寿命的作用.12。
何谓杂质补偿?举例说明有何实际应用。
半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主和受主之间有相互抵消的作用.利用杂质的补偿作用,根据扩散或离子注入的方法来改变半导体某一区域的导电类型，制成各种器件。
在一块n型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，由于杂质的补偿作用，该区就成为ｐ型半导体.13。
金原子的带电状态与浅能级杂质的关系?不容易电离，对载流子浓度影响不大。
深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级.深能级杂质的复合作用比浅能级杂质强，可作为复合中心。
14.画出（a）本征半导体、（b）n型半导体、（c)p型半导体的能带图，标出费米能级、导带底、价带顶、施主能级和受主能级的位置15。
重掺杂的半导体其能带结构会发生何种变化?在重掺杂的简并半导体中,杂质浓度很高。
杂质原子相互靠近，被杂质原子束缚的电子的波函数显著重叠,这时电子作共有化运动。
那么，杂质能级扩展为杂质能带.杂质能带中的电子,可以通过杂质原子间共有化运动参加导电——-杂质带导电.大量杂质中心的电势会影响晶体周期势场，从而对能带产生扰动，使得在禁带中靠近导带或价带处出现带尾。
当杂质能带展宽,并与导带底或价带顶连接上时，相当于禁带宽度变窄。
16。
何谓非简并半导体、简并半导体？简并化条件？非简并半导体:可用玻尔兹曼分布近似费米分布的半导体。
简并半导体：不可用玻尔兹曼分布近似费米分布的半导体.当掺杂浓度很高时，会使E F接近或进入了导带—半导体简并化了.E C-E F>2k0T 非简并0〈E C—E F 〈2k0T 弱简并E C—E F〈0 简并17.写出热平衡时, 非简并半导体n0、p0、n D+、p A—的表达式，n0、p0用n i表示的表达式.18.n型、p 型(包括同时含有施主和受主杂质)半导体的电中性方程.19.解释载流子浓度随温度的变化关系，并说明为什么高温下半导体器件无法工作。
低温时半导体获得能量小于杂质电离能，杂质电离不充分。
中温时杂质完全电离，本征激发未开始，载流子浓度较稳定.高温时始本征激发占主导作用，大量电离。
本征激发产生的载流子远多于杂质电离产生的载流子，半导体器件失去控制.20。
温度、杂质浓度对费米能级位置的影响。
n型半导体费米能级靠近导带底.p型半导体费米能级靠近价带顶。
随着温度升高，无论n型还是p型半导体都将转变为（高温）本征半导体，从而半导体中费米能级随着温度的升高逐渐趋近于禁带中央。
21。
热平衡态、非平衡态、稳态概念。
热平衡态:,没有外界作用，电子的复合率等于热产生率.非平衡态：在外界作用下，热平衡条件被破坏，偏离了热平衡状态,称为非平衡状态稳态：外界能量恒定时为稳态。
22。
非平衡状态下载流子浓度表达式（用准费米能级表示），比较平衡与非平衡下电子浓度n和空穴浓度p的乘积。
载流子的各种运动1。
何谓直接复合?间接复合？直接复合：导带电子直接跃迁到价带与空穴复合。
间接复合：通过位于禁带中的杂质或缺陷能级的中间过渡.2。
推导直接复合的非平衡载流子寿命公式,从直接复合的非平衡载流子寿命公式出发说明小注入条件下，寿命为定值。
复合率:R=rnp产生率：G=rn0p0净复合率:U d=R—G=r（np—n0p0）将n= n0+Δn、p= p0+Δp代入得：U d= r(n0+p0)Δp+r（Δp）2非平衡载流子寿命：τ=小注入情况下Δp（n0+p0),则有：τ=3。
了解间接复合的净复合率公式中各参量代表的意义,并从间接复合的净复合率公式出发说明深能级是最有效的复合中心。
时双曲函数有最小值，此时净复合率U取最大值,非平衡载流子的寿命达到极小值.这意味着复合中心能级E t的位置越靠近禁带中央，复合中心的复合作用越强。
因此,通过掺入深能级杂质来降低非平衡载流子寿命是确实有效的.4.已知间接复合的非平衡载流子寿命公式的一般形式，会化简不同费米能级位置下的寿命公式.強n型区（E t〈E F〈E c)：弱n型区（E i〈E F〈E t）：弱p型区（E t〈E F〈E i）:强p型区（E V〈E F<E t)：5。
半导体的主要散射机制？温度对它们的影响，原因?晶格振动（声子）散射：,温度升高散射增加。
温度越高电子热运动速度越大或者声子数目越多，电子遭声学波声子散射的概率越大。
电离杂质散射:，温度升高散射减少.温度越高载流子热运动的平均速度越大,于是可以很快掠过杂质中心,偏转小，受到电离杂质的影响小.对于杂质半导体，温度低时，电离杂质散射起主要作用；温度高时，晶格振动散射起主要作用6. 何谓漂移运动？半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动.7。
迁移率的定义、量纲。
影响迁移率的因素。
漂移速度：因电场加速而获得的平均速度.迁移率:单位电场下,载流子的平均漂移速度（cm2/V·s）影响因素：有效质量、散射8。
解释迁移率与杂质浓度、温度的关系。
掺杂很轻（忽略电离杂质散射):T↑→晶格振动散射↑→μ↓一般情况低温：T↑→电离杂质散射↓→μ↑一般情况高温：T↑→晶格振动散射↑→μ↓9。
解释电阻率随温度的变化关系。
低温：T↑→电离杂质散射↓→μ↑→ρ↓→ρ↓n(未全电离）：T↑→n↑→ρ↓中温：T↑→晶格振动散射↑→μ↓→ρ↑→ρ↑n（全电离）：n=N D饱和高温:T↑→晶格振动散射↑→μ↓→ρ↑→ρ↓↓n（本征激发开始）：T↑→n↑↑→ρ↓↓10。
强电场下Si、Ge和GaAs的漂移速度的变化规律,并解释之。
无电场时：载流子与晶格散射，交换的净能量为零,载流子与晶格处于热平衡状态.弱电场时:载流子从电场获得能量，与声子作用过程中,一部分通过发射声子转移给晶格，其余部分用于提高载流子的漂移速度。
但漂移速度很小，仍可认为载流子系统与晶格系统近似保持热平衡状态.电场较强时:载流子从电场获得很多能量，载流子的平均能量比热平衡状态时的大,因而载流子系统与晶格系统不再处于热平衡状态。
电场很强时：载流子从电场获得的能量与晶格散射时,以光学波声子的方式转移给了晶格。
所以获得的大部分能量又消失，故平均漂移速度可以达到饱和。
GaAs特殊性：因为GaAs的多能谷结构决定的。
卫星能谷的曲率比中心能谷要小,因此有效质量大。
当电场不强时，导带电子都集中在中心能谷，但是随着电场强度的增加，能谷1中的电子从电场中获得足够能量后开始转移到卫星能谷中，发生能谷间的散射.由于卫星能谷有效质量大，所以电子转移的结果使平均迁移率下降，从而出现电场强度增加漂移速度下降，即电导率下降的负微分电导区域。