最新半导体物理知识点及重点习题总结

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(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)

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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。

半导体物理知识点及重点习题总结解析

半导体物理知识点及重点习题总结解析

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。

最新复习题-半导体物理学

最新复习题-半导体物理学

一、填空题1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,它们分别是(电离杂质散射)和(晶格振动散射)。

2. 纯净半导体Si中掺V族元素的杂质,当杂质电离时释放(电子)。

这种杂质称(施主)杂质;相应的半导体称(N)型半导体。

3. 当半导体中载流子浓度的分布不均匀时,载流子将做(扩散)运动;在半导体存在外加电压情况下,载流子将做(漂移)运动。

4. n o p o=n i2标志着半导体处于(热平衡)状态,当半导体掺入的杂质含量改变时,乘积n o p o 改变否?(不改变);当温度变化时,n o p o改变否?(改变)。

5. 硅的导带极小值位于布里渊区的(<100>方向上),根据晶体对称性共有(6)个等价能谷。

6. n型硅掺As后,费米能级向(E c或上)移动,在室外温度下进一步升高温度,费米能级向(E i或下)移动。

7. 半导体中的陷阱中心使其中光电导灵敏度(增加),并使其光电导衰减规律(衰减时间延长)。

8. 若用氮取代磷化镓中的部分磷,结果是(禁带宽度E g增大);若用砷的话,结果是(禁带宽度E g减小)。

9. 已知硅的E g为1.12 eV,则本征吸收的波长限为(1.11 微米);Ge的E g为0.67 eV,则本征吸收的波长限为(1.85 微米)。

10. 复合中心的作用是(促进电子和空穴复合),起有效复合中心的杂质能级必须位于(Ei 或禁带中心线),而对电子和空穴的俘获系数r n或r p必须满足(r n=r p)11. 有效陷阱中心位置靠近(E F或费米能级)12. 计算半导体中载流子浓度时,不能使用波尔兹曼统计代替费米统计的判定条件是(E c-E F ≤2k o T以及E F-E V≤2k o T),这种半导体被称为(简并半导体)。

13. PN结电容可分为(扩散电容)和(势垒电容)两种。

14. 纯净半导体Si中掺Ⅲ族元素的杂质,当杂质电离时在Si晶体的共价键中产生了一个(空穴),这种杂质称(受主)杂质;相应的半导体称(P)型半导体。

半导体物理期末复习知识要点汇编

半导体物理期末复习知识要点汇编

一、半导体物理学基本概念有效质量-----载流子在晶体中的表观质量,它体现了周期场对电子运动的影响。

其物理意义:1)有效质量的大小仍然是惯性大小的量度;2)有效质量反映了电子在晶格与外场之间能量和动量的传递,因此可正可负。

空穴-----是一种准粒子,代表半导体近满带(价带)中的少量空态,相当于具有正的电子电荷和正的有效质量的粒子,描述了近满带中大量电子的运动行为。

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。

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。

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。

平衡状态与非平衡状态-----半导体处于热平衡态时,载流子遵从平衡态分布,电子和空穴具有统一的费米能级。

(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)

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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。

半导体物理知识点总结(最新最全)

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。

半导体物理知识要点总结

半导体物理知识要点总结

第一章 半导体的能带理论1. 基本概念✧ 共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不在局限在某一个原子上,可以由一个原子转移到相邻的原子上去,因而电子可以在整个晶体中运动,这种运动称为电子的共有化运动。

✧ 单电子近似:假设每个电子是在大量周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。

该势场也是周期性变化的。

✧ 能带的形成:原子相互接近,形成壳层交替→电子共有化运动→能级分裂(分成允带、禁带)→形成能带✧ 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。

✧ 价带:P6✧ 导带:P6✧ 禁带:P5✧ 导体✧ 半导体✧ 绝缘体的能带✧ 本征激发:价带上的电子激发成为准自由电子,即价带电子激发成为导带电子的过程,称为本征激发。

✧ 空穴:具有正电荷q 和正有效质量的粒子✧ 电子空穴对✧ 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。

✧ 载流子及载流子浓度2. 基本理论✧ 晶体中的电子共有化运动✧ 载流子有效质量的物理意义 :当电子在外力作用下运动时,它一方面受到外电场力f的作用,同时还和半导体内部原子、电子相互作用着,电子的加速度应该是半导体内部势场和外电场作用的综合效果。

但是,要找出内部势场的具体形式并且求得加速度遇到一定的困难,引进有效质量后可使问题变得简单,直接把外力f 和电子的加速度联系起来,而内部势场的作用则由有效质量加以概括,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 半导体中的杂质与缺陷能级1. 基本概念✧ 杂质存在的两种形式:间隙式杂质:杂质原子位于晶格原子间的间隙位置。

替位式杂质:杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。

半导体物理知识点及重点习题总结

半导体物理知识点及重点习题总结

半导体物理知识点及重点习题总结半导体物理是现代电子学中的重要领域,涉及到半导体材料的电学、热学和光学等性质,以及半导体器件的工作原理和应用。

本文将对半导体物理的一些重要知识点进行总结,并附带相应的重点习题,以帮助读者更好地理解和掌握相关知识。

一、半导体材料的基本性质1. 半导体材料的能带结构半导体材料的能带结构决定了其电学性质。

一般而言,半导体材料具有禁带宽度,可以分为导带(能量较高)和价带(能量较低)。

能量在禁带内的电子处于被限制的状态,称为束缚态,能量在导带中的电子可以自由移动,称为自由态。

2. 掺杂和杂质掺杂是将少量的杂质原子引入纯净的半导体材料中,以改变其导电性质。

掺入价带原子的称为施主杂质,掺入导带原子的称为受主杂质。

施主杂质会增加导电子数,受主杂质会增加载流子数。

3. P型和N型半导体掺入施主杂质的半导体为P型半导体,施主杂质的电子可轻易地跳出束缚态进入导带,形成载流子。

掺入受主杂质的半导体为N型半导体,受主杂质的空穴可轻易地跳出束缚态进入价带,形成载流子。

二、PN结和二极管1. PN结的形成和特性PN结是P型和N型半导体的结合部分,形成的原因是P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合。

PN结具有整流作用,使得电流在正向偏置时能够通过,而在反向偏置时被阻止。

2. 二极管的工作原理二极管是基于PN结的器件,正向偏置时,在PN结处形成正电压,使得电子流能够通过。

反向偏置时,PN结处形成反电压,使得电流无法通过。

3. 二极管的应用二极管广泛用于整流电路、电压稳压器、振荡器和开关等领域。

三、晶体管和放大器1. 晶体管的结构和工作原理晶体管是一种三端器件,由三个掺杂不同的半导体构成。

其中,NPN型晶体管由N型掺杂的基区夹在两个P型掺杂的发射极和集电极之间构成。

PNP型晶体管的结构与之类似。

晶体管的工作原理基于控制发射极和集电极之间电流的能力。

2. 放大器和放大倍数晶体管可以作为放大器来放大电信号。

半导体物理知识点汇总总结

半导体物理知识点汇总总结

半导体物理知识点汇总总结一、半导体物理基本概念半导体是介于导体和绝缘体之间的材料,它具有一些导体和绝缘体的特性。

半导体是由单一、多层、回交或互相稀释的混合晶形的二元、三元或多元化合物所组成。

它的特点是它的电导率介于导体和绝缘体之间,是导体的电导率∗101~1015倍,是绝缘体的电导率÷102~103倍。

半导体材料具有晶体结构,对它取决于结晶度的大小,织排效应特别大。

由于它的电导率数值在半导体晶体内并不等同,所以它是隔离的,具有相当大的飞行束度,并且不容易受到外界的干扰。

二、半导体晶体结构半导体是晶体材料中最均匀最典型的材料之一,半导体的基本结构是一个由原子排成的一种规则有序的晶体结构。

半导体原子是立方体的晶体,具有600个原子的立方体晶体结构,又称之为立方的晶体结构。

半导体晶体结构的代表性六面体晶体结构,是一种由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。

半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶体包围构成,是由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。

半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成,是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成。

三、半导体的能带结构半导体的能带“带”是指其电子是在“带”中运动的,是光电子带,又称作价带,当其中的自由电子都填满时另一种平面,又称导电带,当其中的自由电子并不填满时其另一种平面在有一些能够使电子轻易穿越的东西。

半导体的能带是由两个非常临近的能带组成的,其中价带的最上一层电子不足,而导电带的下一层电子却相当到往动能,这一些动能可能直到加到电子摆脱它自己体原子,变成自由电子,并且在整体晶体里自由活动。

四、半导体的导电机理半导体的导电机理是在外加电压加大时一部分自由电子均可以在各自能带中加速骚扰,从而增加在给导电子处所需要的电压增大并最终触碰到另一种平面上产生电流就可以。

五、半导体的掺杂掺杂是指在纯净半导体中加入某些以外杂质元素的行为。

半导体物理(微电子器件基础)知识点总结

半导体物理(微电子器件基础)知识点总结

第一章●能带论:单电子近似法争论晶体中电子状态的理论●金刚石构造:两个面心立方按体对角线平移四分之一闪锌矿●纤锌矿:两类原子各自组成的六方排列的双原子层积存而成〔001〕面ABAB 挨次积存●禁带宽度:导带底与价带顶之间的距离脱离共价键所需最低能量●本征激发:价带电子激发成倒带电子的过程●有效质量〔意义〕:概括了半导体内的势场作用,使解决半导体内电子在外力作用下运动规律时,可以不涉及半导体内部势场作用●空穴:价带中空着的状态看成是带正电的粒子●准连续能级:由于N 很大,每个能带的能级根本上可以看成是连续的●重空穴带:有效质量较大的空穴组成的价带●窄禁带半导体:原子序数较高的化合物●导带:电子局部占满的能带,电子可以吸取能量跃迁到未被占据的能级●价带:被价电子占满的满带●满带:电子占满能级●半导体合金:IV 族元素任意比例熔合●能谷:导带微小值●本征半导体:完全不含杂质且无晶格缺陷的纯洁半导体●应变半导体:经过赝晶生长生成的半导体●赝晶生长:晶格失配通过合金层的应变得到补偿或调整,获得无界面失配位错的合金层的生长模式●直接带隙半导体材料就是导带最小值〔导带底〕和满带最大值在k 空间中同一位置●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●允带:允许电子能量存在的能量范围.●同质多象体:一种物质能以两种或两种以上不同的晶体构造存在的现象其次章●替位杂质:杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。

●间隙杂质:杂质原子位于晶格的间隙位置。

●杂质浓度:单位体积中的杂质原子数。

●施主〔N 型〕杂质:释放束缚电子,并成为不行动正电荷中心的杂质。

●受主〔P 型〕杂质:释放束缚空穴,并成为不行动负电荷中心的杂质。

● 杂质电离:束缚电子被释放的过程〔N 〕、束缚空穴被释放的过程〔P 〕。

● 杂质束缚态:杂质未电离时的中性状态。

● 杂质电离能:杂质电离所需的最小能量:● 浅能级杂质:施〔受〕主能级很接近导〔价〕带底〔顶〕。

半导体物理知识点总结

半导体物理知识点总结

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。

半导体物理知识点及重点习题总结

半导体物理知识点及重点习题总结

半导体物理知识点及重点习题总结Document number:NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT基本概念题:第一章半导体电子状态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。

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。

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。

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。

导带与价带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。

本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。

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。

半导体物理知识点总结汇总

半导体物理知识点总结汇总

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。

半导体物理知识点总结

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。

半导体物理知识要点及总结

半导体物理知识要点及总结

第四章
• 电导率的表达式 • 迁移率的定义及其与平均自由时间的关系 • 散射的概念,以及两种重要的散射机制及 其它们与温度和杂质浓度的关系 • 本征半导体和杂质半导体的电阻率随温度 的变化关系
第五章
• 非平衡载流子的产生及复合过程 • 非平衡载流子的寿命及复合率 • 准费米能级的提出及在非平衡载流子浓度公式 中的应用,相应的计算 • 直接复合与间接复合的异同 • 扩散流密度及电流密度 • 扩散方程及其解的形式(厚样品与薄样品) • 爱因斯坦关系的应用 • 连续性方程的一般形式,特定条件下解的形式
2 1015 3 116 1 1 3 1 ln ( ) ln T 3 ln T ln 14 T 0.5 2*0.5 2 2 10 2
解得:T=16.2 b. ND=1017cm-3,
2 1015 3 116 1 1 3 1 ln ln T ln ( ) ln T 3.9 17 T 0.5 2*0.5 2 2 10 2
第三章01 12
思考题
• 分析下图载流子浓度曲线随温度的变化过 程
第三章01
13
例题4
• 若锗的电离能为0.01eV,Nc=1.05*1019cm-3, 如果室温下电离要超过90%(强电离), 则掺杂浓度不能超过多少? n n N ED EF k0T • 解:强电离时,
0 D D
f B (E) e
EF E k0T
f B ( Ec ) e
EF Ec k0T
e
0.25 0.026
6.67 105
n0 NC exp(
EF EC 0.25 ) 2.8 1019 exp( ) 1.87 1015 cm3 k0T 0.026

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

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。

半导体物理知识点梳理

半导体物理知识点梳理

半导体物理考点归纳一· 1.金刚石 1) 结构特点:a. 由同类原子组成的复式晶格。

其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成b. 属面心晶系,具立方对称性,共价键结合四面体。

c. 配位数为4,较低,较稳定。

(配位数:最近邻原子数)d. 一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。

2) 代表性半导体:族的C ,,等元素半导体大多属于这种结构。

2.闪锌矿 1) 结构特点:a. 共价性占优势,立方对称性;b. 晶胞结构类似于金刚石结构,但为双原子复式晶格;c. 属共价键晶体,但有不同的离子性。

2) 代表性半导体:等三五族元素化合物均属于此种结构。

3.电子共有化运动:原子结合为晶体时,轨道交叠。

外层轨道交叠程度较大,电子可从一个原子运动到另一原子中,因而电子可在整个晶体中运动,称为电子的共有化运动。

4.布洛赫波:kxi k k e x u x πϕ2)()(=晶体中电子运动的基本方程为: ,K 为波矢,(x)为一个与晶格同周期的周期性函数, 5.布里渊区:禁带出现在2a 处,即在布里渊区边界上;允带出现在以下几个区: 第一布里渊区:-1/2a<k<1/2a (简约布里渊区)第二布里渊区:-1<k<-1/2a,1/2a<k<1E(k)也是k 的周期函数,周期为1,即E(k)(),能带愈宽,共有化运动就更强烈。

6.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,称它们 为施主杂质或n 型杂质 7.施主能级:将施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级,记为。

施主能级离导带很近。

8.受主杂质:族杂质在硅,锗中能够接受电子而产生导电空穴,并形成负电中心,称它们为受主杂质或P 型杂质。

9.受主能级:把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级,记)()(na x u x u k k +=为。

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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VX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。

1.4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。

1.5 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。

1.5 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。

sin v B f qv B f qvB qv Bθθ⊥=-⨯==rr rrr 与夹角cω2*2**,// / /c n n c nv r a v rm v r qv B m qBr v qB m ωω⊥⊥⊥⊥⊥==⋅=⇒=⇒=向心加速度c ω1.6 直接带隙材料如果晶体材料的导带底和价带顶在k空间处于相同的位置,则本征跃迁属直接跃迁,这样的材料即是所谓的直接带隙材料。

1.6 间接带隙材料如果半导体的导带底与价带顶在k空间中处于不同位置,则价带顶的电子吸收能量刚好达到导带底时准动量还需要相应的变化第二章半导体杂质和缺陷能级2.1 施主杂质受主杂质某种杂质取代半导体晶格原子后,在和周围原子形成饱和键结构时,若尚有一多余价电子,且该电子受杂质束缚很弱、电离能很小,所以该杂质极易提供导电电子,因此称这种杂质为施主杂质;反之,在形成饱和键时缺少一个电子,则该杂质极易接受一个价带中的电子、提供导电空穴,因此称其为受主杂质。

2.1替位式杂质杂质原子进入半导体硅以后,杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处,称为替位式杂质。

形成替位式杂质的条件:杂质原子大小与晶格原子大小相近2.1间隙式杂质杂质原子进入半导体硅以后,杂质原子位于晶格原子间的间隙位置,称为间隙式杂质。

形成间隙式杂质的条件:(1)杂质原子大小比较小(2)晶格中存在较大空隙形成间隙式杂质的成因半导体晶胞内除了晶格原子以外还存在着大量空隙,而间隙式杂质就可以存在在这些空隙中。

2.1 杂质对半导体造成的影响杂质的出现,使得半导体中产生了局部的附加势场,这使严格的周期性势场遭到破坏。

从能带的角度来讲,杂质可导致导带、价带或禁带中产生了原来没有的能级2.1 杂质补偿在半导体中同时存在施主和受主时,施主能级上的电子由于能量高于受主能级,因而首先跃迁到受主能级上,从而使它们提供载流子的能力抵消,这种效应即为杂质补偿。

2.1 杂质电离能杂质电离能是杂质电离所需的最少能量,施主型杂质的电离能等于导带底与杂质能级之差,受主型杂质的电离能等于杂质能级与价带顶之差。

2.1 施主能级及其特征施主未电离时,在饱和共价键外还有一个电子被施主杂质所束缚,该束缚态所对应的能级称为施主能级E(D)。

特征:①施主杂质电离,导带中出现 施主提供的导电电子; ②电子浓度大于空穴浓度, 即 n > p 。

2.1 受主能级及其特征受主杂质电离后所接受的电子被束缚在原来的空状态上,该束缚态所对应的能级称为受主能级E (A)。

特征:①受主杂质电离,价带中出现 受主提供的导电空穴; ②空穴浓度大于电子浓度, 即 p > n 。

浅能级杂质的作用:(1)改变半导体的电阻率 (2)决定半导体的导电类型。

深能级杂质的特点和作用:(1)不容易电离,对载流子浓度影响不大(2)一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级。

(3)能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低。

(4)深能级杂质电离后成为带电中心,对载流子起散射作用, 使载流子迁移率减少,导电性能下降。

第三章 半导体载流子分布3.1. 若半导体导带底附近的等能面在k 空间是中心位于原点的球面,证明导带底状态密度函数的表达式为()()21c 323*ncE E hm 2V4)E (g -π=答案:k 空间中,量子态密度是2V ,所以,在能量E 到E+dE 之间的量子态数为dk k V dZ 242π⨯= (1)根据题意可知*+=nc m k h E k E 2)(22 (2)由(1)、(2)两式可得()dE E E h m VdZ c n2/132/3)(24-=*π (3)由(3)式可得状态密度函数的表达式2/132/3)()2(4)(c n c E E hm V dE dZ E g -==*π (4分)3.1 已知半导体导带底的状态密度函数的表达式为()()21323*24)(c nc E E h m VE g -=π试证明非简并半导体导带中电子浓度为()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--π=Tk E E h T k m n F c n03230*exp 22证明:对于非简并半导体导,由于dE E g E f dN c B )()(= (3分)将分布函数和状态密度函数的表达式代入上式得()()dE E E Tk E E h m VdN c Fn210323*exp 24-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=π 因此电子浓度微分表达式为()()dE E E Tk E E h m V dNdn c Fn210323*exp 24-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--==π(3分) 则()()⎰'-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=c cE E c FndE E E Tk E E h m n 210323*0exp 24π由于导带顶电子分布几率可近似为零,上式积分上限可视为无穷大,则积分可得()⎪⎪⎭⎫⎝⎛--π=Tk E E h T k m n F c n03230*exp 22(4分)3.2 费米能级费米能级不一定是系统中的一个真正的能级,它是费米分布函数中的一个参量,具有能量的单位,所以被称为费米能级。

它标志着系统的电子填充水平,其大小等于增加或减少一个电子系统自由能的变化量。

3.2 以施主杂质电离90%作为强电离的标准,求掺砷的n 型硅在300K 时,强电离区的掺杂浓度上限。

(eV 049.0=∆D E ,319108.2-⨯=cm c N ,310105.1-⨯=cm i n ,D F 01()E E 11exp 2k T D f E =⎛⎫-+ ⎪⎝⎭)解:随着掺杂浓度的增高,杂质的电离度下降。

因此,百分之九十电离时对应的掺杂浓度就是强电离区掺杂浓度的上限。

此时[]D 0F D DD D D N 9.0T kE E exp 21N N )E (f 1n =⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+=-=+由此解得E D -E F =0.075eV ,而E C -E D =0.049eV ,所以E C -E F =0.124eV ,则D 3170C F C 0N 9.0cm 1038.2T k E E exp N n =⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=- 由此得,强电离区的上限掺杂浓度为317cm 106.2-⨯。

3.2 以受主杂质电离90%作为强电离的标准,求掺硼的p 型硅在300K 时,强电离区的掺杂浓度上限。

(A ΔE =0.045eV ,1931.110cm c N -=⨯,310105.1-⨯=cm i n ,F A 01()E E 11exp 2k T A f E =⎛⎫-+ ⎪⎝⎭)解:随着掺杂浓度的增高,杂质的电离度下降。

因此,百分之九十电离时对应的掺杂浓度就是强电离区掺杂浓度的上限。

此时[]01()0.912exp AA A A A F A N p f E N N E E k T -=-==⎛⎫-+- ⎪⎝⎭由此解得E F -E A =0.075eV ,而E A -E V =0.045eV ,所以E F -E V =0.12eV ,则17300exp 1.1100.9vFv A E E p N cm N k T -⎛⎫-==⨯= ⎪⎝⎭由此得,强电离区的上限掺杂浓度为1731.210cm -⨯。

3.6 简并半导体当费米能级位于禁带之中且远离价带顶和导带底时,电子和空穴浓度均不很高,处理它们分布问题时可不考虑包利原理的约束,因此可用波尔兹曼分布代替费米分布来处理在流子浓度问题,这样的半导体被称为非简并半导体。

反之则只能用费米分布来处理载流子浓度问题,这种半导体为简并半导体。

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