半导体物理复习范围
(完整word版)半导体物理知识点总结.doc
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。
半导体物理学复习指导
2014-3-19
半导体物理考前复习（第七章）
MS结构、功函数、接触电势差、表面势；
金属-半导体接触后能带结构的变化（n型和p型，Wm>Ws和Wm<Ws）; 阻挡层、反阻挡层、能带弯曲情况（P191-193）；
表面态及类型；
MS结构在偏压下的接触电势差变化和单向导电性（即整流效应）； MS结构扩散理论适用条件（势垒宽度远大于平均自由程）及伏安特性；
23
半导体物理考前复习
3、第四章有关计算（载流子浓度、杂质浓度，电导率）：
载流子寿命测量的方法；
热平衡状态的标志——统一的费米能级； 非平衡状态下的费米能级特点——导带和价带费米能级不重合——准费
米能级，但各自适用；
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半导体物理考前复习（第五章）
准费米能级偏移平衡态费米能级的程度受非平衡载流子浓度的影响规
律—多数载流子准费米能级偏离少，少数载流子费米能级偏移多（P132）； 复合理论（概念、分类、产生率、复合率、复合中心、有效复合中心的
极值点代入准动量公式，得准动量变化量；
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半导体物理考前复习
2、第三章有关计算（载流子浓度、温度、杂质浓度）： 判断是否是平衡态，是否满足非简并条件； 判断半导体类型，判断本征浓度是否可忽略； 熟记常用公式； 运用相关公式变形，求出未知量； 1 E f (E) f B ( E ) A exp( ) E EF k0T 1 exp( ) k0T
外加电压下势垒区内载流子的运动方向、能带结构的变化、单向导电性；
理想pn结模型及其电流电压方程：（模型4要点、电流电压计算步骤）； 单向导电性和温度对方向电流的影响（正相关、禁带宽度大，变化快）；
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）
《半导体物理》考试大纲
《半导体物理》考试大纲一、考试内容(一)、晶格结构和结合性质§1.1晶体的结构晶格的周期性、金刚石结构、闪锌矿结构和钎锌矿结构§1.2半导体的结合性质共价结合和离子结合、共价四面体结构、混合键(二)、半导体中的电子状态§2.1 晶体中的能带原子能级和固体能带、晶体中的电子状态§2.2 晶体中电子的运动§2.3 导电电子和空穴§2.4 常见半导体的能带结构§2.5 杂质和缺陷能级施主能级和受主能级、n型半导体和p型半导体、类氢模型、深能级杂质、等电子杂质(三)、电子和空穴的平衡统计分布§3.1 费米分布函数§3.2 载流子浓度对费米能级的依赖关系态密度、载流子浓度§3.3 本征载流子浓度§3.4 非本征载流子浓度杂质能级的占用几率、单一杂质能级情形、补偿情形(四)、输运现象§4.1 电导和霍尔效应的分析§4.2 载流子的散射§4.3 电导的统计理论(五)、过剩载流子§5.1 过剩载流子及其产生和复合§5.2 过剩载流子的扩散一维稳定扩散、爱因斯坦关系§5.3 过剩载流子的漂移和扩散§5.7 直接复合§5.8 间接复合§5.9 陷阱效应(六)、pn结§6.1 pn结及其伏安特性§6.3 pn结的光生伏特效应§6.4 pn结中的隧道效应(七)、半导体表面层和MIS结构§7.1 表面感生电荷层§7.2 MIS电容理想MIS结构的C-V特性、实际MIS结构的C-V特性、Si-SiO2系统中电荷的实验研究(八)、金属半导体接触和异质结§8.1 金属－半导体接触§8.2 肖特基二极管的电流越过势垒的电流、两极管理论、扩散理论、隧穿电流和欧姆接触§8.4 异质结§8.6 半导体超晶格注：以上的考试大纲内容大约是参考书内容的一半，这是必须掌握的，也是考试的主要范围，其余部分可作进一步学习的参考。
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。
半导体物理考研知识点归纳
半导体物理考研知识点归纳半导体物理是研究半导体材料的物理性质及其在电子器件中的应用的学科。
在考研中，半导体物理的知识点主要包括以下几个方面：1. 半导体的基本性质- 半导体材料的分类，包括元素半导体和化合物半导体。
- 半导体的能带结构，包括导带、价带以及禁带的概念。
- 半导体的载流子类型，即电子和空穴。
2. 半导体的掺杂- 掺杂原理，包括n型和p型掺杂。
- 掺杂对半导体电导率的影响。
- 杂质能级和费米能级的移动。
3. 半导体的载流子运动- 载流子的漂移和扩散运动。
- 载流子的迁移率和扩散常数。
- 霍尔效应及其在半导体中的应用。
4. pn结和半导体器件- pn结的形成原理和特性。
- 正向和反向偏置下的pn结特性。
- 金属-半导体接触和肖特基势垒。
5. 半导体的光电效应- 本征吸收和杂质吸收。
- 光生载流子的产生和复合。
- 光电二极管和光电晶体管的工作原理。
6. 半导体的热电效应- 塞贝克效应和皮尔逊效应。
- 热电材料的热电性能。
7. 半导体的量子效应- 量子阱、量子线和量子点的概念。
- 量子效应对半导体器件性能的影响。
8. 半导体的物理量测量技术- 电阻率、载流子浓度和迁移率的测量方法。
- 光致发光和电致发光技术。
9. 半导体器件的制造工艺- 晶体生长技术，如Czochralski法和布里奇曼法。
- 光刻、蚀刻和掺杂工艺。
结束语半导体物理是一门综合性很强的学科，它不仅涉及到材料科学、固体物理，还与电子工程和微电子技术紧密相关。
掌握这些基础知识点对于深入理解半导体器件的工作原理和优化设计至关重要。
希望以上的归纳能够帮助考研学子们更好地复习和掌握半导体物理的相关知识。
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。
半导体物理复习范围
1.设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量Ec （k ）和价带极大值附近能量Ev （k ）分别为：222200(1)()3C h k h k k E k m m -=＋,22221003()6v h k h k E k m m =－； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。
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； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
(1)导带：0)(23201202=-+m k k m k ，得：143k k =，又因为：03823202020222>=+=m m m dk E d c ，所以：在k k 43=处，C E 取极小值 价带：0602=-=m k dk dE V ，得0k = 又因为：060222<-=m dk E d V ，所以0=k 处，V E 取极大值 因此：eV m k E k E E V C g 64.012)0()43(02121==-= (2)043222*831m dk E d mk k C nC=== ;(3)60222*1m dk E d m k VnV -=== (4)准动量的定义:k p ⋅= ,所以： s N k k k p k k k /1095.7043)()(2510431-==⨯=-=-=∆2.磷化镓的禁带宽度Eg=2.26eV ，相对介电常数εr =11.1，空穴的有效质量m *p =0.86m 0,m 0为电子的惯性质量，求①受主杂质电离能；②受主束缚的空穴的基态轨道半径。
解：根据类氢原子模型：eV m E m q m E r p r P A 0096.01.116.13086.0)4(22200*2204*=⨯===∆εεπε 053.002020==m q h r πε nm r m m m q h r prp r 68.60*0*202===επεε 3.有一块半导体硅材料，已知在室温下（300K ）它的空穴浓度为p 0=2.25×1016cm -3,室温时硅的Eg=1.12eV ，n i =1.5×1010cm -3，k 0T=0.026eV 。
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。
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。
半导体物理复习范围.doc
1.设品格常数为a 的一维品格，导带极小值附近能量Ec (k)和价带极大值附近能量Ev (k) 分别为：皿)=空+址型E © 旦-泄3m 0 m 06m 0 叫mo 为电子惯性质量,ki=l/2a ； a=0. 314nm 0试求：①禁带宽度；②导带底电了有效质量；③价带顶电了有效质量； ④价带顶电了跃迁到导带底时准动蜃的变化。
⑴导带：泌+竺g=o,得：43加() 加()4乂因为：一—= 21>0,所以：在k=-k 处，£c 取极小值dk 〜 3m 0m () 3 加() 4/人"HF dE# 6 方 八 /F11 八价带：一= --------- =0,得k =0dk m (}d 2F6冇 2 乂因为：一 <0,所以£=0处，Ey 取极人值dk 1 m {}3 fi 2k 2因此：=E c (-k^-E v (O) = — =Q.64eV' 4 12m 03*=；(3)"卍k=\4 1(4)准动量的定义：p = h • k ,所以： \p = (^) 3 -^k\_Q =h-k } -0 = 7.95X 10_25^/5F 42.磷化铢的禁带宽度Eg 二2. 26eV,相对介电常数&二11. 1,空穴的有效质量m>0. 86m (1, m 0为电 子的惯性质量，求①受主杂质电离能；②受主束缚的空穴的基态轨道半径。
解：根据类氢原子模型：\E A = 必4 = ULS L = 0 086 X -^4 = 0.00960V2(4 亦 0» )2 方 2 m 込: 11.12r 0 == 0.053 r ==哼 r 0 = 6.68nm网"o7tq-m p m p3.有一块半导休硅材料，己知在室温下(300K)它的空穴浓度为po=2. 25X1016cm -3,室温时 硅的Eg=l. 12eV, ni=1.5X1010cm -3, A )T=O. 026eV o (1)计算这块半导体材料的电子浓度;判 断材料的导电类型；⑵计算费米能级的位置。
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）
半导体物理知识点总结范文
半导体物理知识点总结范文一、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GaA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GaA的能带结构。
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1.设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量Ec （k ）和价带极大值附近能量Ev （k ）分别为：222200(1)()3C h k h k k E k m m -=＋,22221003()6v h k h k E k m m =－； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。
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； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
(1)导带：0)(23201202=-+m k k m k ，得：143k k =，又因为：03823202020222>=+=m m m dk E d c ，所以：在k k 43=处，C E 取极小值 价带：0602=-=m kdk dE V ，得0k =又因为：060222<-=m dk E d V ，所以0=k 处，V E 取极大值 因此：eV m k E k E E V C g 64.012)0()43(02121==-=(2)043222*831m dk E d mk k C nC=== ;(3)60222*1m dk E d m k VnV -=== (4)准动量的定义:k p ⋅= ,所以： s N k k k p k k k /1095.7043)()(2510431-==⨯=-=-=∆2.磷化镓的禁带宽度Eg=2.26eV ，相对介电常数εr =11.1，空穴的有效质量m *p =0.86m 0,m 0为电子的惯性质量，求①受主杂质电离能；②受主束缚的空穴的基态轨道半径。
解：根据类氢原子模型：eV m E m q m E r p r P A 0096.01.116.13086.0)4(22200*2204*=⨯===∆εεπε 053.002020==m q h r πε nm r m m m q h r prp r 68.60*0*202===επεε 3.有一块半导体硅材料，已知在室温下（300K ）它的空穴浓度为p 0=2.25×1016cm -3,室温时硅的Eg=1.12eV ，n i =1.5×1010cm -3，k 0T=0.026eV 。
⑴ 计算这块半导体材料的电子浓度；判断材料的导电类型；⑵ 计算费米能级的位置。
(1)20i p nn n =⋅;34162100201011025.2)105.1(-⨯=⨯⨯==cm p n n i 因为n p p >>0故材料为p 型半导体(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-⋅=Tk E E n p Fi i 00exp ，eV n p T k E E i F i 37.0)105.11025.2ln(026.00ln 10160=⨯⨯==-∴即该p 型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV 处。
4.计算能量在E=E c 到2*n 2C L2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。
解：21321*2)()2(2)(C n E E m V E g -=π，dE E g dZ )(= 单位体积内的量子态数VdZZ =032*223323*221323*8100221000310008100)(32)2(2)()2(2)(12*22*2L E L m h E E E m V dE E E m V dE E g VZ C n C C n C n Lm h E E Lm E E n C Cn C Cππππ=+-=-==⎰⎰++5.画出-78o C 、室温（27 o C ）、500 oC 三个温度下的费米分布函数曲线，并进行比较。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅-+=Tk E E E f Fexp 11)(随着温度的升高，电子占据能量小于 费米能级的量子态的概率下降，而占据能 量大于费米能级的量子态概率增大。
6.一束恒定光源照在n 型硅单晶样品上，其平衡载流子浓度n 0=1014cm -3，且每微秒产生电子－空穴为1013cm -3。
如τn =τp =2μs ，试求光照后少数载流子浓度。
（已知本征载流子浓度n i =9.65×109cm -3）解：G p p p τ+=0G n n p i τ+⇒0231361365102101101021031.9---⨯≈⨯⨯⨯+⨯cm 7.计算施主杂质浓度分别为1016cm 3，,1018 cm -3，1019cm -3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质是全部电离，再用算出的的费米能 级核对一下，上述假定是否在每一种情况下都成立。
计算时，取施主能级在导带底下的面的0.05eV 。
F E 区的假设杂质全部由强电离解:-78℃ EFE 0121 27℃ 500℃%902111%,102111%10%,9005.0)2(27.0.0108.210ln 026.0;/10087.0108.210ln 026.0;/1021.0108.210ln 026.0;/10,ln /105.1/108.2,300,ln 191931919183181916316310319≥-+=≤-+==--=⨯+==-=⨯+==-=⨯+==+=⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯==+=+koT E E e N n koT E E e N n eV E E eV E E E cm N eVE E E cm N eV E E E cm N N N koT E E cmn cmN K T N N koT E E FDD D F D DDD C c c F D c c F D c c F D i D i F i C C D c F 或是否占据施主为施主杂质全部电离标准或时没有全部电离全部电离小于质数的百分比）未电离施主占总电离杂全部电离的上限求出硅中施主在室温下）（不成立不成立成立317181631716317026.005.0'026.0023.019026.0037.018026.016.0026.021.016105.210,10105.210/105.221.0,026.005.02%10()2(2%10%802111:10%302111:10%42.021112111:10cm N cm N cm e N N e N N koTE e N N D e N n N e N n N e e N n N D D C D C D DC D D D D D D D E E D D D C D ⨯〉=⨯=⨯===∆=〉=+===+===+=+==---+- 之上，大部分没有电离在之下，但没有全电离在成立，全电离》全电离》，与也可比较）（D F F D D D F F D D F D D F D F D E E E E cm N E E E E cm N E E cm N koT E E E E 026.0023.0;/1026.0~037.0;/10026.016.021.005.0;/102319318316''〈-=-==-==+-=-=-8.由电阻率为4cm .Ω的p 型Ge 和0.4cm .Ω的n 型Ge 半导体组成一个p-n 结，计算在室温（300K ）时内建电势V D 和势垒宽度x D 。
已知在上述电阻率下，p 区的空穴迁移率,./16502S V cm p =μ n 区的电子迁移率S V cm n ./30002=μ，Ge 的本征载流子浓度313/105.2cm n i ⨯=，真空介电常数.16,/1085.8120=⨯=-s m F εε解：9.在一个均匀的n 型半导体的表面的一点注入少数载流子空穴。
在样品上施加一个50V/cm的电场，在电场力的作用下这些少数载流子在100μs 的时间内移动了1cm ，求少数载流子的漂移速率、迁移率和扩散系数。
（kT=0.026eV ） 解：电场下少子的漂移速度为：s cm scmv /1010014==μ迁移率为：s V cm E v ⋅==/501024μ扩散系数：s cm s cm qkTD p /2.5/200026.022=⨯==μ10.试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm 2/( V.S)和500cm 2/( V.S)。
当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率。
比本征Si 的电导率增大了多少倍？解：300K 时，)/(500),/(135022S V cm u S V cm u p n ⋅=⋅=查表3-2或图3-7可知，室温下Si 的本征载流子浓度约为310100.1-⨯=cm n i 。
本征情况下，cm S +.u u q n pqu nqu -p n i p n /100.3)5001350(106021101)(61910-⨯=⨯⨯⨯⨯=+=+=σ金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为84216818=+⨯+⨯个，查看附录B 知Si 的晶格常数为0.543102nm ，则其原子密度为32237105)10543102.0(8--⨯=⨯cm 。
掺入百万分之一的As,杂质的浓度为3162210510000001105-⨯=⨯⨯=cm N D ，杂质全部电离后，i D n N >>，这种情况下，查图4-1a ）可知其多子的迁移率为800 cm 2/( V.S)。
cm S .qu N -n D /4.68001060211051916''=⨯⨯⨯⨯=≈σ比本征情况下增大了66'101.21034.6⨯=⨯=-σσ倍。
11.施主浓度31510-=cm N D 的薄n 型Si 样品，寿命为s μ1，室温下进行光照射，光被均匀吸收，电子-空穴对的产生率是s cm /10320-。
已知：s V cm n ⋅≈/11002μ，s V cm p ⋅≈/4002μ，310105.1-⨯=cm n i 设杂质全电离(1)光照下的样品的电导率；非平衡载流子浓度31410-==∆=∆cm g p n τ电子浓度3150101.1-⨯=∆+=cm n n n空穴浓度31414502010101025.2/-=+⨯≈∆+=∆+=cm p n n p p p i11191415102106.1)400101100101.1(---⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=cm S pq nq p n μμσ(2)电子和空穴准费米能级Fn E 和Fp E 与平衡费米能级F E 的距离，并在同一能带图标出F E ，Fn E 和Fp E答：eV n n T k E E F Fn 002.0ln 00=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- ； eV p p T k E E Fp F 52.0ln 00=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- 作图Fn E 和Fp E 与F E(3)若同样给该样品加10V/cm 的电场，求通过样品的电流密度。