电子科技大学 材料与能源学院 半导体物理 知识点
(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结(可编辑修改word版)
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X克龙尼克—潘纳模型的势场分布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B c n 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。
半导体物理_01基础知识概论
3、晶体中电子的状态——布洛赫定理与波函数的形式
波函数的形式——布洛赫定理证明：
定义平移算符Tˆ
r am
:
Tˆ
r am
f
xr
f
xr
mar
特点：Tˆ arm Tˆ arn Tˆ arn Tˆ arm 互易性
可以证明：Tˆ
r am
Hˆ
xr
HˆTˆ
r am
xr
Hˆ
xr
mar
因此，若 xr 是 Hˆ 的本征函数，则经过平移后的 xr mar
− N个Si原子组成晶体，形成的两个能带不与s、p能级相对
应，它们都包含2N个状态，各可容纳4N个电子：下面一个 能带填满4N个价电子，通常称为满带(价带)；上面一个能带 是空的，称为空带(导带)；二者之间是不允许电子状态存在 的禁区——禁带。
1.2.2 半导体中电子的状态和能带(数学分析)1
1、数学物理模型和近似
0
a
k
a
布里渊区按照E(k)的不连续点进行划分，对于一维晶体：
第一布里渊区 第二布里渊区
k
a
a
2 k ,
a
a
k 2
a
a
禁带在布里渊区边界，允带 在布里渊区之内
以此类推，有第三、第四布里渊区
1.2.2 半导体中电子的状态和能带(数学分析)11
3、晶体中电子的状态——布里渊区与能带 − E~ k关系的不连续点对应禁带，在布里渊区边界；
uk x na uk x
以上就是布洛赫定理
自由电子波函数
1.2.2 半导体中电子的状态和能带(数学分析)7
3、晶体中电子的状态——晶体中的电子与自由电子的比较 ➢ 波函数形式相似
半导体物理总结-讲义(1)
半导体物理总结-讲义(1)《半导体物理总结-讲义》是一本关于半导体物理基础知识的讲解材料，其中包括半导体的基本特性、载流子运动、PN结、场效应管等内容。
以下为该书的重点内容概述：一、半导体材料特性1. 能带结构：半导体的能带结构高于导体、低于绝缘体，因此具有介于导体和绝缘体之间的导电和绝缘特性。
2. 晶格结构：半导体具有有序、周期性的晶体结构，能够有效控制电子在晶体内的运动。
3. 掺杂：通过掺杂材料改变半导体的电子浓度，从而使其具有p型或n型半导体的特性。
二、载流子运动1. 热激发：半导体中的电子可以受到能量的激励而被激发到导带中。
热能、光能、电场或磁场都可以起到激发的作用。
2. 离子化：在电场的作用下，半导体中的电子可能与晶格原子碰撞，失去能量而被离子化。
形成的正负离子对在电场作用下会向相反方向漂移。
3. 扩散：电子或空穴在半导体中由高浓度区域向低浓度区域扩散，使浓度逐渐平均，实现电流的流动。
扩散是在没有外电场的情况下发生的。
三、PN结1. 构成：PN结由p型半导体和n型半导体组成。
2. 特性：PN结具有一定的整流特性，能够阻止电流从n型半导体流向p型半导体，但允许反向电流。
3. 工作原理：在PN结中，载流子在电场的作用下发生扩散和漂移，形成电流。
四、场效应管1. 构成：场效应管由栅、漏极和源极三部分构成。
栅极位于n型半导体上，由于n型半导体中的电子易受到电场的影响，因此在栅极上加入电信号可以控制通道的导电性。
2. 工作原理：在没有控制电压的作用下，场效应管的通道是关闭的。
当加入一定电压时，栅极上的电场可以将通道打开，使得电流得以流动。
以上为《半导体物理总结-讲义》的重点内容概述，读者可根据需要深入学习相关内容。
(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。
半导体物理知识点总结(最新最全)
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。
半导体物理知识点
半导体物理知识点1.前两章：1、半导体、导体、绝缘体的能带的定性区别2、常见三族元素：B(硼)、Al、Ga(镓)、In(铟)、TI(铊)。
注意随着原子序数的增大，还原性增大，得到的电子稳固，便能提供更多的空穴。
所以同样条件时原子序数大的提供空穴更多一点、费米能级更低一点常见五族元素：N、P、As(砷)、Sb(锑)、Bi(铋)3、有效质量,m(ij)=hbar^2/(E对ki和kj的混合偏导)4、硅的导带等能面，6个椭球，是k空间中[001]及其对称方向上的6个能量最低点，mt是沿垂直轴方向的质量，ml是沿轴方向的质量。
锗的导带等能面，8个椭球没事k空间中[111]及其对称方向上的8个能量最低点。
砷化镓是直接带隙半导体，但在[111]方向上有一个卫星能谷。
此能谷可以造成负微分电阻效应。
2.第三章载流子统计规律:1、普适公式ni^2 = n*pni^2 = (NcNv)^0.5*exp(-Eg/(k0T))n = Nc*exp((Ef-Ec)/(k0T))p = Nv*exp((Ev-Ef)/(k0T))Nv Nc与 T^1.5成正比2、掺杂时。
注意施主上的电子浓度符合修正的费米分布，但是其它的都不是了，注意Ef前的符号！nd = Nd/(1+1/gd*exp((Ed-Ef)/(k0T)) gd = 2 施主上的电子浓度nd+ = Nd/(1+gd*exp((Ef-Ed)/(k0T)) 电离施主的浓度na = Na/(1+1/ga*exp((Ef-Ea)/(k0T)) ga = 4 受主上的空穴浓度na- = Na/(1+ga*exp((Ea-Ef)/(k0T)) 电离受主浓度3、掺杂时，电离情况。
电中性条件： n + na- = p + nd+N型的电中性条件： n + = p + nd+(1)低温弱电离区：记住是忽略本征激发。
由n = nd+推导，先得费米能级，再代入得电子浓度。
Ef从Ec和Ed中间处，随T增的阶段。
电子科大模电 第1章-半导体基础知识~6EF9D
本征浓度
• 载流子复合：自由电子与空穴在热运动中相 遇，使自由电子空穴对消失的现象。 • 载流子的动态平衡：在一定温度下，单位时 间内本征激发所产生地自由电子空穴对的数 目与复合而消失的自由电子空穴对的数目相 等，就达到了载流子的动态平衡状态，使本 征半导体中载流子的浓度一定。
本征载流子的浓度
ni pi BT e
精品资料电子科大模电第1章半导体基础知识精品资料第一章常用半导体器件精品资料第一章常用半导体器件11半导体基础知识12半导体二极管13晶体三极管14场效应管精品资料1半导体基础知识一本征半导体二杂质半导体三pn结的形成及其单向导电性四pn结的电容效应精品资料一本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体
Si的原子密度NSi = 5×10 /cm ,若掺入百万 分之一浓度的P原子形成N型半导体，估算一 下杂质半导体中的多子和少子的浓度是多少？
22
3
杂质半导体载流子浓度
• 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，因为多数 载流子是由掺入的杂质的浓度决定的。典型的数据如下： T = 300K 室温下,本征硅的原子浓度：4.96×1022 /cm3 本征硅的电子和空穴浓度为: n = p =1.48×1010/cm3 掺杂后，N 型半导体中的自由电子浓度为 ：n=5×1016 /cm3 • 由这些数据可以看出，掺杂对半导体的导电性影响是多么 大。
第一章 常用半导体器件
第一章 常用半导体器件
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 §1.4 场效应管
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
半导体物理知识点梳理
半导体物理知识点梳理简介半导体物理学是研究半导体材料的电子结构、载流子动力学和半导体器件工作原理的学科。
它是现代微电子工业的基础和前提，包含了多种复杂的物理过程和电子器件设计原理。
在集成电路中，半导体物理学的研究对于我们理解电子器件的工作原理和提高器件性能至关重要。
一、半导体材料的电子结构1. 能带能带是指材料中的能量电子集合，可以被电子占据或空出来。
常见的能带包括价带和导带。
价带中的电子与原子核共享一个价电子对，导带则含有未占据的电子。
导带和价带之间的区域称为禁带，其中没有可用的能级，这使得该区域没有自由电子。
禁带宽度决定了材料的导电性质。
2. 牛顿力学与量子力学经典物理学，如牛顿力学，不能完全描述电子在原子中的行为，因此计算价带和导带的能量需要借助量子力学。
量子力学通过考虑波粒二象性和不确定性原理，说明电子存在于这两个能带中，以及它们的位置和能量。
3. 材料的类型半导体凭借其调谐电子运动的能力而成为电子器件的主要材料之一。
半导体材料通常可以划分为晶体（单晶或多晶）和非晶体，前者由规则排列的原子构成，后者则表现为无序空间结构。
二、载流子动力学1. 载流子类型在材料中，载流子是指负电荷（电子）或正电荷（空穴），它们的运动是电流传导的主要过程。
半导体中的载流子种类包括电子和空穴。
这些载流子的输运以及它们的沟通将直接影响材料的电学行为。
2. 拉曼散射与荷质比拉曼散射是一种通过材料中的声子色散特性筛选其材料类型和结构的方法。
这可以帮助确定载流子的荷质比，荷质比是电荷与带负荷的质量之比。
荷质比是半导体的一个关键参数，它决定了载流子的涵盖区域和速度。
3. 面掺杂多数半导体材料中的电子和空穴浓度是非常低的，这导致了它们的电导率较低。
通过面掺杂，半导体的电导率可以得到提高。
面掺杂涉及向材料表面引入杂质原子，这些原子具有带电性质以及能影响材料电荷载流子浓度的能力。
三、半导体器件工作原理1. 篱截型场效应晶体管篱截型场效应晶体管（MESFET）是一种单极型晶体管器件，它是通过在材料中形成门结构，控制源引线到漏引线通道上电子流的芯片。
半导体物理知识整理
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半导体：T=0K，能带中只有满带和空带；T>0K,能带中有不满带禁带宽度较小，一般小于2eV绝缘体：能带中只有满带和空带禁带宽度较大，一般大于2eV在外场的作用下，满带电子不导电，不满带电子可以导电总有不满带的晶体就是导体，总是没有不满带的晶体就是绝缘体半导体不时最容易导电的物质，而是导电性最容易发生改变的物质，用很方便的方法，就可以显著调节半导体的导电特性金属中的电子，只能在导带上传输，而半导体中的载流子：电子和空穴，却能在两个通道：价带和导带上分别传输信息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。
电阻率介于导体与绝缘体之间对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降；适当波长的光照可以改变半导体的导电能力）性质与掺杂密切相关（微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力）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。
费米分布受到了泡利不相容原理的限制，而在E-EF>>k0T的条件下，泡利原理失去作用，可以化简为玻尔兹曼分布。
在半导体中，最常遇到的情况是费米能级EF位于禁带内，而且与导带底和价带顶的距离远大于k0T，所以，对导带中的所有量子态来说，被电子占据的概率一般都满足f(E)<<1,故半导体导带中的电子分布可以用电子的玻尔兹曼分布函数描写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。
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。
半导体物理知识点
半导体物理知识点半导体是现代电子技术的核心材料，从我们日常使用的手机、电脑到各种高科技设备，都离不开半导体器件的应用。
了解半导体物理的基本知识点对于理解和掌握现代电子技术至关重要。
一、半导体的基本概念半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。
在纯净的半导体中，导电能力较弱，但通过掺入杂质可以显著改变其导电性能。
半导体中的载流子包括电子和空穴。
电子带负电，空穴带正电。
在半导体中，电子和空穴都能参与导电。
二、晶体结构半导体材料通常具有晶体结构。
以硅为例，其晶体结构是金刚石结构。
在晶体中，原子按照一定的规律排列，形成晶格。
晶格常数是描述晶体结构的重要参数。
对于硅，晶格常数约为 0543 纳米。
三、能带结构在量子力学的框架下，半导体的电子能量状态形成能带。
包括导带和价带。
导带中的电子能够自由移动，从而导电；价带中的电子被束缚，不能自由导电。
导带和价带之间存在禁带宽度，也称为能隙。
能隙的大小决定了半导体的导电性能。
能隙较小的半导体，如锗，在常温下就有一定的导电能力；而能隙较大的半导体，如硅，在常温下导电性能较差。
四、施主杂质和受主杂质为了改变半导体的导电性能，常常掺入杂质。
施主杂质能够提供电子，使半导体成为n 型半导体。
例如，在硅中掺入磷（P）等五价元素，就形成了 n 型半导体。
受主杂质能够接受电子，形成空穴，使半导体成为 p 型半导体。
例如，在硅中掺入硼（B）等三价元素，就形成了 p 型半导体。
五、pn 结pn 结是半导体器件的基本结构之一。
当 p 型半导体和 n 型半导体接触时，会形成一个特殊的区域，即 pn 结。
在 pn 结处，存在内建电场，阻止多数载流子的扩散，但促进少数载流子的漂移。
pn 结具有单向导电性，这是二极管的工作基础。
六、半导体的导电性半导体的电导率与温度、杂质浓度等因素密切相关。
随着温度的升高，本征半导体的电导率会增加，因为更多的电子会从价带跃迁至导带。
半导体物理基础学习知识
半导体物理基础知识一、半导体导电特点电子线路中的要点器件如二极管、三极管、场效应管、集成电路等都是由半导体资料制成的，要解析上述器件的工作原理，必定对半导体资料的导电特点应有所认识。
1、什么是半导体物质如按导电性能分可分为（1）导体：电阻率ρ很小；（2）绝缘体：电阻率ρ很大；（3）半导体：电阻率ρ不大不小， 10-3～109Ω ?cm 。
常有的有：硅（ Si）、锗（ Ge）、砷化镓（ GaAs）等。
2、半导体独到的导电特点（1）受温度（ T ）的影响大； T ↑→ ρ ↓，热牢固性差，但也可做热敏元件（2）受光照的影响大；（3）混淆对导电性能影响大。
例：室温，纯净的硅，ρ = 2*103Ω?cm ，如掺百万分之一（10-6）的磷（ P），纯度还有99.9999%（6 个 9），则ρ = 4*10 -3Ω ?cm 。
二、本征半导体1、什么是本征半导体：纯净的(9 个 9 以上 ) ，晶格整齐无弊端的单晶半导体。
2、本征半导体晶格结构（1）半导体原子结构＋4惯性核价电子（2）晶格结构p3 图 1-1-2每个价电子与相邻原子的价电子组成共价键。
经过共价键使所有的原子结合成一个晶体。
＋4＋4＋4价电子共＋4＋4＋4价键＋4＋4＋43、本征激发（1）当 T=0K （绝对零度）时，所有价电子都拘束在共价键中，不能够成为自由电子，晶体相当绝缘体。
（2）当 T>0K 或光照时，部分价电子获得额外能量，摆脱共价键拘束变为自由电子，并在共价键中留下一个缺少负电荷的空位（空穴）。
这过程就叫本征激发。
＋4＋4＋4自由空穴电子＋4＋4＋4＋4＋4＋4（a）本征激发时，自由电子和空穴是成对出现，叫自由电子空穴对；（b）空穴是带正电的，由于原子是电中性的；（c）空穴能够运动：周边共价键中的价电子填补空穴。
（d）温度越高，产生的自由电子空穴对就越多。
4、载流子：能够运动的带电粒子。
半导体中自由电子和空穴都是载流子。
5、复合：自由电子填补空穴。
半导体物理知识点总结
半导体物理知识点总结
1. 能带和价带：半导体中电子带有能量，能量随轨道高低而不同，能带包含在价带和导带中。
2. 能隙：能量带的差值，该值越小，材料越容易被激发。
3. 电子结构：材料中的电子布局，包括离子能、波函数、能态等。
4. 掺杂：向半导体中添加不同类型的掺杂，可改变材料的电学性质，如导电性能和半导体的唯一性。
5. pn结：半导体材料中，p型和n型结合，形成一个有峰值的pn结，可以用于制作二极管、场效应管或光电转换器等电子器件。
6. 入射光：当入射光击中半导体上，产生光伏效应，电子被激发并向两侧移动，形成电流。
7. 电子迁移率：电子在半导体中移动速度的度量，影响材料的导电性质。
8. 本征载流子：半导体中由温度效应造成的材料中存在的自由电子和空穴，这些载流子决定着材料的导电性质。
9. 孪晶：半导体材料结构中的孪晶对材料电学性质造成影响，不同方向的孪晶对应不同的导电性和多晶性。
10. 激发态：半导体中的电子在受到激发后，进入能带中的激发态，相应的能级决定着电子能量的状态。
半导体物理学基础知识
1半导体中的电子状态1.2半导体中电子状态和能带1.3半导体中电子的运动有效质量1半导体中E与K的关系2半导体中电子的平均速度3半导体中电子的加速度1.4半导体的导电机构空穴1硅和锗的导带结构对于硅，由公式讨论后可得：I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰2硅和锗的价带结构重空穴比轻空穴有较强的各向异性。
2半导体中杂质和缺陷能级缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等)1.替位式杂质间隙式杂质2.施主杂质：能级为E(D),被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C)低ΔE(D),施主能级位于离导带底近的禁带中。
3.受主杂质：能级为E(A),被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V)高ΔE(A),受主能级位于离价带顶近的禁带中。
4.杂质的补偿作用5.深能级杂质：⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。
⑵这些深能级杂质能产生多次电离。
6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现。
肖特基缺陷：只在晶体内部形成空位而无间隙原子。
空位表现出受主作用，间隙原子表现出施主作用。
3半导体中载流子的分布统计电子从价带跃迁到导带，称为本征激发。
一、状态密度状态密度g(E)是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。
首先要知道量子态，每个量子态智能容纳一个电子。
导带底附近单位能量间隔内的量子态数目，随电子的能量按抛物线关系增大，即电子能量越高，状态密度越大。
二、费米能级和载流子的统计分布在T=0K时，费米能级E(f)可看作是量子态是否被电子占据的一个界限。
附图：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，占据高于费米能级的量子态的概率上升。
2波尔兹曼分布函数在E-E(f)>>K(0)T时，服从波尔兹曼分布（是费米能级的一种简化形式）。
半导体物理知识点梳理
半导体物理知识点梳理1.半导体材料的能带结构：半导体材料的能带结构是理解其物性的基础。
在二维的能带图中，包含导带和价带之间的能隙。
导带中的电子可以自由移动，而价带中的电子需要外加能量才能进入导带。
2.纯半导体和杂质半导体：纯半导体指的是没有杂质掺杂的半导体材料，其导电能力较弱。
而杂质半导体是通过引入适量的杂质原子来改变半导体材料的导电性质，其中掺入的杂质原子被称为施主或受主。
3.载流子输运：半导体中的电导主要是由自由载流子贡献的，包括n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴。
当施主杂质掺杂进入p型半导体时，会产生附加的自由电子；相反，当受主杂质掺杂进入n型半导体时，会产生附加的空穴。
这些自由载流子通过材料中的散射、漂移和扩散等方式进行输运。
4. pn结和二极管：pn结是由p型半导体和n型半导体结合而成的电子器件。
在pn结中，发生了空穴从p区向n区的扩散和电子从n区向p区的扩散，导致p区和n区的空间电荷区形成。
当正向偏置时，电流可以通过pn结，而反向偏置时，电流很小。
这种特性使得二极管可以用作整流器件。
5.晶体管：晶体管是一种三层结构的半导体器件，由一个n型区和两个p型区或一个p型区和两个n型区构成。
晶体管可以用作放大器和开关，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电极电流。
6.MOSFET：金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，即MOSFET，是一种三层结构的半导体器件。
MOSFET具有较高的输入阻抗和较低的功耗，广泛应用于集成电路中。
MOSFET的工作原理是通过调节栅极电压来调节通道中的电荷密度。
7.光电二极管和光电导：光电二极管和光电导是基于光电效应的半导体器件。
光电二极管是将光信号转换为电压信号的器件，而光电导则是将光信号转换为电流信号。
这两种器件在通信和光电探测等领域有广泛的应用。
8.半导体激光器：半导体激光器是一种利用半导体材料的发光原理来产生激光束的器件。
半导体激光器具有体积小、效率高和工作电流低等优势，广泛应用于光通信和光存储等领域。
物理学中的半导体物理知识点
物理学中的半导体物理知识点半导体物理学是物理学领域中的一个重要分支，研究半导体材料及其性质与行为。
本文将介绍几个半导体物理学中的知识点，包括半导体的基本概念、载流子行为、PN结及其应用。
一、半导体的基本概念半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的导电能力介于导体和绝缘体之间，可以通过控制外加电场或温度来改变其电导率。
根据能带理论，半导体材料中存在一个禁带，将价带和导带分开，如果半导体材料的价带被填满，而导带是空的，那么半导体就没有导电能力；当半导体材料的温度升高或者施加电场时，一些电子会跃迁到导带中，形成可以导电的载流子。
二、载流子行为在半导体中，载流子是指能够输送电流的带电粒子，可以分为自由电子和空穴两种类型。
1. 自由电子：自由电子是指在半导体晶格中脱离原子束缚的电子，它具有负电荷。
在纯净的半导体中，自由电子的数量较少。
2. 空穴：空穴是指由于半导体中某个原子缺少一个电子而形成的一个正电荷，可以看作是受激发的价带上的空位。
载流子的行为受到材料的类型和掺杂等因素的影响。
三、PN结及其应用PN结是半导体中最基本的器件之一，由P型半导体和N型半导体的结合构成。
P型半导体中的空穴浓度较高，N型半导体中的自由电子浓度较高，当这两种类型的半导体材料接触时，自由电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽区域。
PN结的特性使得它在半导体器件中有着广泛的应用，例如：1. 整流器：利用PN结的单向导电性质，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 发光二极管（LED）：在PN结中注入电流可以激发电子跃迁，从而产生光线，实现发光效果。
3. 晶体管：晶体管是一种基于PN结的三端口器件，通过调控PN结的导电状态，实现信号放大和开关控制。
PN结的应用广泛且多样化，是现代电子技术中不可或缺的一个元件。
总结：半导体物理学作为物理学中的重要分支，研究的是半导体材料及其性质与行为。
本文介绍了半导体的基本概念，包括能带理论和禁带，以及载流子行为，其中自由电子和空穴是半导体中的两种重要载流子。
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1.载流子、空穴：价带电子具有导电的特性，用空穴导电来描写，即价带中不被电子占据
的空状态，空穴带正电荷+q，能量坐标与电子相反。
在常温下由于热激发，使得一些价电子获得足够的能量脱离共价键的束缚成为自由电子，同时共价键上留下一个空位即空穴。
2.引入空穴的意义：把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。
半导体中有
电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子（荷载电流的粒子）
3.杂质的补偿作用：半导体中同时存在施主和受主杂质，因为施主和受主之间有相互抵消
的作用，通常称为杂质的补偿作用。
4.分布函数
5.等电子陷阱:固体中的等电子杂质以短程作用为主的俘获电子或空穴所形成的束缚态
6.本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体，靠热激发产生载流子。
7.费米能级的意义：系统处于热平衡状态，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，即系统的费米能级。
处于热平衡状态的系统具有统一的化学势，即处于热平衡的电子系统有统一的费米能级。
费米能级位置直观标志了电子占据量子态情况。
费米能级标志了电子填充能级的水平。
对系统而言，Ef 位置越高，有较多的能量较高的量子态上有电子。
8.有效质量
9.电离能
10.杂质电离、施主杂质、受主杂质（举例说明）：
施主杂质以Si掺杂P为例，一个磷原子占据了了硅原子的位置，磷原子的最外层有五个电子，其中四个与相邻的半导体原子形成了共价键，还剩一个价电子，同时磷原子所在处也多余一个正电荷+q，所以P替代Si之后形成了一个正电中心P+和一个多余的价电子，这个多余的价电子就束缚在正电荷中心周围。
但束缚作用较共价键弱得多，少许能量即可使其挣脱为自由电子。
这时磷原子就少了一个价电子的磷离子，它是一个不能移动的正电中心。
上述电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离，使价电子挣脱束缚成为导电电子的能量为杂质电离能ΔED，将被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E D
受主杂质（缺少一个电子从硅原子中夺取一个电子，在硅晶体的共价键中产生一个空穴，B接受电子成为不能移动的负电离子中心），将被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级E A
11.迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度，单位是m2/V.s或cm2/V.s
12.电导率和迁移率的关系
13.杂质散射和格波散射
电离杂质产生带电离子，引入了库伦势场这一附加势场使载流子散射破坏了周期势场格波散射：晶格振动（格波）的散射：长纵学波起主要作用
1）声学波：交换动量作用
2）光学波：交换能量作用
14.直接复合和间接复合
直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合
15.复合中心和陷阱中心
复合中心：半导体中杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，杂质缺陷越多，寿命就越短，杂质和缺陷有促进复合的作用，这些促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。
间接复
合指的就是非平衡载流子通过复合中心的复合。
陷阱中心：当半导体处于非平衡态出现非平衡载流子时，平衡遭到破坏引起杂质能级上电子数目的改变，或收容电子，或收容空穴。
杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用即陷阱效应，把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱，而把相应的杂质和缺陷成为陷阱中心。
区别：
1）对于有效复合中心, r n≈r p 电子陷阱:r n>>r p ；空穴陷阱: r p>>r n
2）复合中心和电子陷阱中电子的运动途径不同。
复合中心的电子直接落入价带与空穴复合;电子陷阱中的电子要和空穴复合，它必须重新激发到导带，再通过有
效复合中心完成和空穴的复合
3）位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心
对于电子陷阱：E F以上的能级，越接近E F，陷阱效应越显著
16.电阻率与温度的关系
AB段:温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，
它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温
度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降。
BC段:温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而增大
C段:温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。
17.*非平衡载流子的寿命及意义
18.准费米能级
统一的费米能级是热平衡的标志，当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，分别就价带和导带的电子讲，它们各自基本上处于平衡态，导带和价带之间处于不平衡状态，费米能级和统计分布函数对导带价带各自仍适用，引入局部费米能级即准费米能级，不平衡就体现在费米能级是不重合的。
19.Pn结的导通
Pn结正偏使得势垒区变窄，内建电场减弱，多子扩散>>少子漂移，多子扩散形成较大的正向电流，即pn结导通。
20.Pn结的整流特性、肖克莱方程意义
三个影响因素：1.势垒区的产生电流2.势垒区的复合电流3.大注入情况
21.*Pn结的势垒高度qV D和势垒宽度X D=Xn+Xp
势垒高度:平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差V D称为pn结的接触电势差或内建电势差。
相应的电子电势能之差即能带的弯曲量qV D称为pn结的势垒高度
22.功函数
金属的功函数：电子由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量
半导体的功函数：E0与费米能级之差称为半导体的功函数
电子亲和能：它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量
23.空间电荷区
N型和P型半导体相结合形成pn结时，由于载流子浓度梯度，导致空穴从p到n，电子从n到p的扩散运动。
对于p区，空穴离开后留下了不可动的负电的电离受主，没有正电荷与之保持中性。
因此在pn结附近p区一侧出现了负电荷区。
同理在n区一侧出现了由电离施主构成的正电荷区，通常把在pn结附近的这些电离施主和受主所带电荷称为空间电荷，它们所在的区域称为空间电荷区。
24.理想半导体
1）原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。
2）晶体中无杂质无缺陷。
3）电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。
由本征激发提供载流子
25.多数载流子
26.扩散长度
非平衡载流子深入样品的平均距离。
Lp标志着非平衡载流子深入样品的平均距离，称为扩散长度。
27.能带产生原因
1）定性理论（物理概念）：晶体中原子之间的相互作用（电子共有化运动），使能级分裂形成能带。
2）定量理论（量子力学计算）：电子在周期场中运动，其能量不连续形成能带。
28.半导体功函数的计算
29.金属半导体接触的能带
30.表面态
31.MIS结构绝缘层中的电荷
32.MIS结构的电场特性，四种状态。