期末复习半导体材料(精)
《半导体物理》期末复习题目
《半导体物体复习资料》1、本征半导体是指（A ）的半导体。
A. 不含杂质和晶格缺陷B. 电阻率最高C. 电子密度和空穴密度相等D. 电子密度与本征载流子密度相等2、如果一半导体的导带中发现电子的几率为零，那么该半导体必定（D ）。
A. 不含施主杂质B. 不含受主杂质C. 不含任何杂质D. 处于绝对零度3、对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级E F随温度上升而（D ）。
A. 单调上升B. 单调下降C. 经过一个极小值趋近EiD. 经过一个极大值趋近Ei4、如某材料电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料为（ C ）。
A. 金属B. 本征半导体C. 掺杂半导体D. 高纯化合物半导体5、公式中的是半导体载流子的（ C ）。
A. 迁移时间B. 寿命C. 平均自由时间D. 扩散时间6、下面情况下的材料中，室温时功函数最大的是（ A ）A. 含硼1×1015cm-3的硅B. 含磷1×1016cm-3的硅C. 含硼1×1015cm-3，磷1×1016cm-3的硅D. 纯净的硅7、室温下，如在半导体Si中，同时掺有1×1014cm-3的硼和1.1×1015cm-3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级为（ G ）。
将该半导体由室温度升至570K，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级为（ I ）。
（已知：室温下，n i≈1.5×1010cm-3；570K时，n i≈2×1017cm-3）A、1×1014cm-3B、1×1015cm-3C、1.1×1015cm-3D、2.25×105cm-3E、1.2×1015cm-3F、2×1017cm-3G、高于Ei H、低于Ei I、等于Ei8、最有效的复合中心能级位置在（ D ）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（ C ）附近，常见的是（ E ）陷阱。
(整理)九年级上物理期末复习：半导体.
2010九年级上物理期末复习：半导体三点提示重点：1.导体、绝缘体、半导体导电性能的差异；2.知道半导体二极管的单向导电性．难点：半导体的导电性能考点：1.导体、绝缘体、半导体导电性能2.半导体的应用基础在线1．根据导电性的不同，材料可分为__________、___________、___________三大类。
材料的导电性能是由材料内部_______运动状况决定的。
2.条形码扫描器内有由______________、______________等元件构成的电路。
3．当光照到半导体时，半导体内将会产生电流，根据这个特点，人们制成了无污染电源: ____________________________。
4.有一种二极管在通电时发光，叫发光二极管，在电路图中的符号为“”。
如图1所示电路中，开关闭合后，发光二极管能发光的是图______________ (填"甲"或"乙")。
图15．你能说说生活中哪些地方用到了半导体材料吗？（请举两例）①______________________________________；②______________________________________；6．城市马路的十字路口都安装了红绿指示灯，其原理如图2，开关与______接触时，提示行人可行走；开关与_______接触时，提示行人停止行走．图27．关于半导体，以下说法错误的是( )A．半导体的导电性能受温度、光照等外界因素的影响远比导体、绝缘体大得多B．楼道自动开关中的光敏电阻就是半导体C．盐水的浓度对导电性能有很大的影响，调节盐水的浓度就可以使盐水成为半导体D．集成电路是用半导体材料制作的8．超市条形码识别仪的光敏二极管的主要材料是( )A．导体B．半导体C．超导体D．绝缘体9.对半导体导电性能大小的叙述正确的是( )A．半导体的电阻等于零B．半导体的电阻比导体要小C．一般来说，半导体的导电性能比绝缘体大得多，但比导体小得多D．半导体的电阻比绝缘体大10．半导体材料有着广泛的应用，下面物体不需要应用半导体材料的是( )A．机器人B．条形码扫描器C．电磁铁D．微处理器和收音机要点点击1．小刚拆开了家庭电路中常用的白炽灯泡和灯头，如图3所示，则以下灯泡和灯头上的各部件中全部属于绝缘体的是（）A．灯头后盖、螺旋B．玻璃泡、锡块C．螺旋、金属片D．灯头后盖、玻璃泡2．在通常情况下，下列物体中，不容易导电的是（ ）A ．金属B ．食盐水C ．橡胶D ．大地3．下列材料属于半导体材料的是（ ）A.铜B.石墨C.橡胶D.硅4.下列设备中，利用光照产生电流的是 ( )A.微处理器B.发光二极管C 、太阳电池 D.电铃5．下列是制成铅笔的几种材料，通常条件下属于绝缘体的是（ ）A ．木材、橡皮B ．石墨、金属C ．木材、金屑D ．石墨、橡皮6．以下物体中，不属于半导体材料的是（ ）A ．锗B ．硅C ．食盐水D ．砷化镓7.—般发光二极管正常工作电流约为10mA ，但电流达到3mA 就可以发光．但通过的电流过大会烧坏发光二极管，使用时常______一个电阻．如图4，设电源电压为3V ，发光二极管导电时的电阻约为250Ω，则限流电阻阻值约为______. 8.如图5所示，在常温下闭 合开关，发现灯泡不亮，如图 (甲)，这说 明常温下玻璃是______________体;当闭合电路， 将玻璃珠加热到红炽状态时，发现灯泡发 光，如图(乙)，这说明红炽状态下的玻璃是______________体。
半导体器件复习题
半导体器件复习题一、半导体基础知识1、什么是半导体？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。
其导电能力会随着温度、光照、掺入杂质等因素的变化而发生显著改变。
2、半导体中的载流子半导体中有两种主要的载流子：自由电子和空穴。
在本征半导体中，自由电子和空穴的数量相等。
3、本征半导体与杂质半导体本征半导体是指纯净的、没有杂质的半导体。
而杂质半导体则是通过掺入一定量的杂质元素来改变其导电性能。
杂质半导体分为 N 型半导体和 P 型半导体。
N 型半导体中多数载流子为自由电子，P 型半导体中多数载流子为空穴。
二、PN 结1、 PN 结的形成当 P 型半导体和 N 型半导体接触时，在交界面处会形成一个特殊的区域，即 PN 结。
这是由于扩散运动和漂移运动达到动态平衡的结果。
2、 PN 结的单向导电性PN 结正偏时，电流容易通过；PN 结反偏时，电流难以通过。
这就是 PN 结的单向导电性，是半导体器件工作的重要基础。
3、 PN 结的电容效应PN 结存在势垒电容和扩散电容。
势垒电容是由于空间电荷区的宽度随外加电压变化而产生的；扩散电容则是由扩散区内电荷的积累和释放引起的。
三、二极管1、二极管的结构和类型二极管由一个 PN 结加上电极和封装构成。
常见的二极管类型有普通二极管、整流二极管、稳压二极管、发光二极管等。
2、二极管的伏安特性二极管的电流与电压之间的关系称为伏安特性。
其正向特性曲线存在一个开启电压，反向特性在一定的反向电压范围内电流很小，当反向电压超过一定值时会发生反向击穿。
3、二极管的主要参数包括最大整流电流、最高反向工作电压、反向电流等。
四、三极管1、三极管的结构和类型三极管有 NPN 型和 PNP 型两种。
它由三个掺杂区域组成，分别是发射区、基区和集电区。
2、三极管的电流放大作用三极管的基极电流微小的变化能引起集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大作用。
期末复习 半导体材料知识讲解
半导体材料的分类（按化学组成分类）
• 无机物半导体
– 元素半导体：（Ge, Si） – 化合物半导体
• 三、五族GaAs • 二、六族
• 有机物半导体
6
能带理论（区别三者导电性）
• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的 能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。
• 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光 照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中 去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相 应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子 和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导 电性能。
• 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或 有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很 少，因此绝缘体的导电性能很差。
7
半导体结构类型
• 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心 立方格子沿对角线平移1/4套构而成
• 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元 素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套 构而成
效应
12
作业
• 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系 数？
• 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响 分凝系数的因素。
• 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。
• 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔 区后几次用小熔区的工艺条件。
半导体材料
期末复习
2
考试题型
• 填空30分，每空一分 • 判断题10分，每题一分 • 名词解释20分，每题4分 • 问答题40分，6个题目 • AB卷
3
半导体材料概述
• 从电学性质上讲（主要指电阻率）
– 绝缘体1012—1022 Ω.cm – 半导体10-6—1012 Ω.cm – 良导体≤10-6Ω.cm – 正温度系数（对电导率而言） – 负温度系数（对电阻率而言） – 导体？？？？
半导体材料（复习资料）
半导体材料（复习资料）半导体材料复习资料0:绪论1.半导体的主要特征：（1）电阻率在10-3 ~ 109 ??cm 范围（2）电阻率的温度系数是负的（3）通常具有很高的热电势（4）具有整流效应（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应2.半导体的历史：第一代：20世纪初元素半导体如硅（Si）锗（Ge）；第二代：20世纪50年代化合物半导体如砷化镓（GaAs）铟磷（InP）；第三代：20世纪90年代宽禁带化合物半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）氧化锌（ZnO）。
第一章：硅和锗的化学制备第一节：硅和锗的物理化学性质１.硅和锗的物理化学性质１）物理性质硅和锗分别具有银白色和灰色金属光泽，其晶体硬而脆。
二者熔体密度比固体密度大，故熔化后会发生体积收缩（锗收缩5.5%，而硅收缩大约为10%）。
硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，并且工作温度也比锗高，因此它可以制作高压器件。
但锗的迁移率比硅大，它可做低压大电流和高频器件。
2）化学性质（1）硅和锗在室温下可以与卤素、卤化氢作用生成相应的卤化物。
这些卤化物具有强烈的水解性，在空气中吸水而冒烟，并随着分子中Si(Ge)?H键的增多其稳定性减弱。
（2）高温下，化学活性大，与氧，水，卤族(第七族)，卤化氢，碳等很多物质起反应，生成相应的化合物。
注：与酸的反应（对多数酸来说硅比锗更稳定）；与碱的反应（硅比锗更容易与碱起反应）。
2.二氧化硅（SiO2）的物理化学性质物理性质：坚硬、脆性、难熔的无色固体，1600℃以上熔化为黏稠液体，冷却后呈玻璃态存在形式：晶体(石英、水晶)、无定形(硅石、石英砂) 。
化学性质：常温下，十分稳定，只与HF、强碱反应3.二氧化锗（GeO2）的物理化学性质物理性质：不溶于水的白色粉末，是以酸性为主的两性氧化物。
两种晶型：正方晶系金红石型，熔点1086℃；六方晶系石英型，熔点为1116℃化学性质：不跟水反应，可溶于浓盐酸生成四氯化锗，也可溶于强碱溶液，生成锗酸盐。
半导体材料复习提纲
考试题型：填空题、选择题、名词解释、简单题、计算题。
1、能带形成的原理
2、半导体发光机理
3、光电探测原理
4、pn结形成空间耗电区的原理
5、直接带隙半导体和间接带隙半导体的区别
6、半导体发光材料特性
7、什么是发光二极管
8、半导体激光器的阈值条件
9、激光器的构成，
10、三能级、四能级系统工作原理
11、谐振腔横模的表示方法
12、光纤的分类
13、光纤数值孔径的概念的相关计算。
14、石英玻璃的几种损耗的定义及异同点。
15、光纤无源器件、有源器件的定义及异同。
16、光纤耦合器相关特性参量计算。
17、光调制的定义及分类
18、内调制和外调制的区别和异同点
19、电光调制种类。
20、布拉格方式和拉曼赖斯衍射方式的异同点。
21、光电探测器的分类
22、光电效应和光热效应的区别
23、光敏电阻工作原理
24、PIN光电二极管的组成结构和特点。
25、雪崩光电二极管的工作原理
26、液晶显示、等离子体显示、电致发光显示的异同点。
27、等离子体的概念
28、AC-PDP的工作原理及存储特性解释
29、纳米微粒的特点
30、光子晶体光纤的结构及特点
31、什么叫负折射率材料
32、如何实现隐身。
半导体复习资料.docx
一概念1半导体分类：(1)晶体半导体:元素半导体，化合物半导体；(2)非晶体半导体(3)有机半导体2晶体的定义和分类:(1)由周期排列的原子构成的物体，具有一定熔点的固体，称为晶体。
(2)单晶体，多晶体单晶体是个凸多面体，围成这个凸多面体的面是光滑的，称为晶面。
由许多小单晶(晶粒)构成的晶体，称为多晶体。
多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。
3半导体发展的四大阶段：第一阶段：现象的观察第二阶段：理论指导第三阶段：晶体管诞生第四阶段：集成电路出现4固体物质的微观粒子排列：固体物质是由大量的原子、分子或离子按照一定方式排列而成的，这种微观粒子的排列方式称为固体的微结构。
5长程有序：在晶体中尺寸为微米量级的小晶粒内部，原子的排列是有序的。
在晶体内部呈现的这种原子的有序排列，称为长程有序。
6晶体的基本性质：(1)•周期性(Periodicity )(2)・对称性(Symmetry )(3)•各向异性(Anisotropy )(4)•最小内能性(5)•晶格振动(Lattice Vibration )7解理：晶体具有沿某一个或数个晶面发生劈裂的特征，这种特征称为晶体的解理。
解理的晶面，称为解理面。
8原胞：这些平行六面体形状的、代表晶体结构中最小的重复单元，称为固体物理学原胞，简称为原胞。
9品胞：品胞(Unit Cell)能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元。
其中既能够保持晶体结构的对称性而体积又最小者特称“单位晶胞”，但亦常简称晶胞。
10原子晶体的特点：a导电性能差；b熔点高；c硬度高；d热膨胀系数小。
11金属晶体的特点：导电性能良好；导热性能良好；不同金属存在接触电势差；延展性能良好。
12晶体的对称元素：对称元素包括对称面(或镜面)、对称中心(或反演中心)、旋转轴和旋转反演轴。
13电子填充遵循的原理与规则：电子在各壳层上的填充，遵循能量最小原理、泡利不相容原理和洪特规则。
半导体材料复习资料
1.半导体的主要特征：1.电阻率大体在10e-3∼10e9Ωcm2.电阻率的温度系数是负的3.通常具有很高的热电势。
4.具有整流效应。
5.对光具有敏感性。
2.半导体材料：第一代为Si、第二代为GaAs、第三代微GaN。
3.半导体：无机半导体结晶半导体元素半导体化合物半导体无定形半导体元素半导体化合物半导体有机半导体4.Si的三种制备:SiCL4氢还原、SiHCL3氢还原、SiH4法5.精馏的原理：精馏提纯是利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。
精馏的目的： SiHCL3提纯的主要方法。
6.硅烷法的优点：1.除B效果好 2.无腐蚀性3.分解温度低4.沸点低5.外延时自掺杂低7.分凝现象：将含有杂质的结晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度是不同的，这种现象就叫分凝现象。
8.熔区提纯：利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢的移动到另一端，重复多次使用杂质尽量被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯的技术。
9.平衡分凝系数：在一定温度下，平衡状态时，杂质在固液两相中浓度的比值，以此来描述该体系中杂质的分配关系。
（ K0=C S/C L）10.有效分凝系数：通常把固相杂质浓度C S与熔体内部的杂质浓度C L0的比值定义为有效分凝系数K eff。
(K eff=C S/C L0)11.BPS: K eff=K0/[(1-K0)e-fδ/D+K0]条件：1.f>>D/δ时，K eff趋于1。
2.当f<<D/δ时，K eff趋于K0。
3.当f≈D/δ时，K eff变化最大。
12.分凝现象使杂质浓度分布不均匀：1.对于K<1的杂质，其浓度越接近尾部越大，向尾部集中。
2.对于K>1的杂质，其浓度越接近头部越大，向头部集中。
3.对于K≈1的杂质，基本保持原有的均匀分布的方式。
13.极限分布：经过多次区熔提纯后，杂质分布状态将达到一个相对稳定且不再改变的状态，把这种极限状态叫做极限分布。
半导体物理学[第六章pn结]课程复习(精)
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山东大学《半导体物理》期末复习知识点第六章 pn结6．1 理论概要与重点分析(1)pn结是将同种半导体材料的n型和p型两部分紧密结合在一起，在交界处形成一个结，即称为pn结。
为使性能优越，一般采用合金法、扩散法、外延生长法和离子注入法等，改变其掺杂性质来实现这种“紧密接触”的。
pn结是重要半导体器件，如结型晶体管及其相应的集成电路的工作核心。
设两种杂质的交界面为xj，如果杂质有一个较宽的补偿过度阶段，为缓变结，较深的扩散法一般属此种情况。
(2)由于在结的两边两种载流子相差悬殊而发生扩散。
n区中的电子流入p区，在结附近留下不可以移动的电离施主；同样p区中的空穴流入n区在结的附近留下不可移动的电离受主，形成一个n区为正，p区为负的电偶极层，产生由n区指向p区的自建电场，此电场的作用是阻止载流子进一步相互扩散。
或者说产生了一个与扩散相反的载流子漂移，当两者达到平衡时，载流子通过结的净流动为零，达到平衡。
建立起一个稳定的空间电荷区和一个稳定的自建电场。
n型的一边带正电，电动势高；p型一边带负电，电势低，所产生电动势差称为pn结接触电动势差。
这个电动势差对n型区的电子和p型区的空穴各自向对方，运动都形成势垒，使整个结构在结区形成能带弯曲，其弯曲的高度称为势垒高度，它恰恰补偿了原来两边半导体中费米能级的高度差，使两边达到等高的统一费米能级。
山东大学《半导体物理》期末复习知识点(3)pn结上加正向电压V(p型一端接正，n型一端接负)时，外加电压电场与内建电场的方向相反，使内建电场减弱，势垒区变窄，势垒高度由平衡时的q VD变为q(VD-V)。
两区的费米能级分开为EnF-EpF=qV这时由内建电场引起载流子的漂移减弱，扩散相对增强。
于是有一个净的扩散电流从p区通过结流入n区，这便是pn结的正向电流。
随外加电压V的增加，势垒高度越来越小，载流子漂移越来越小，扩散进一步增加。
因此随外加正向电压的增加，正向电流迅速增大。
大学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料汇总
⼤学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料汇总半导体材料复习资料绪论1.半导体的基本特性？①电阻率⼤体在10-3~109Ω?范围②整流效应③负电阻温度系数④光电导效应⑤光⽣伏特效应⑥霍尔效应2.为什么说有⼀天，硅微电⼦技术可能会⾛到尽头？①功耗的问题存储器⼯作靠的是成千上万的电⼦充放电实现记忆的，当芯⽚集成度越来越⾼耗电量也会越来越⼤，如何解决散热的问题？②掺杂原⼦均匀性的问题⼀个平⽅厘⽶有⼀亿到⼗亿个器件，掺杂原⼦只有⼏⼗个，怎么保证在每⼀个期间的杂质原⼦的分布式⼀模⼀样的呢？是硅微电⼦技术发展遇到的⼜⼀个难题③2层量⼦隧穿漏电的问题随着器件尺⼨的减⼩，绝缘介质2的厚度也在减⼩，当减⼩到⼏个纳⽶的时候，及时很⼩的电压，也有可能使器件击穿或漏电。
量⼦隧穿漏电时硅微电⼦技术所遇到的另⼀个问题。
④量⼦效应的问题如果硅的尺⼨达到⼏个纳⽶时，那么量⼦效应就不能忽略了，现有的集成电路的⼯作原理就可能不再适⽤第⼀章⒈⽐较3氢还原法和硅烷法制备⾼纯硅的优缺点？⑴三氯氢硅还原法优点：产率⼤，质量⾼，成本低，是⽬前国内外制备⾼纯硅的主要⽅法。
缺点：基硼、基磷量较⼤。
⑵硅烷法优点①除硼效果好；（硼以复盐形式留在液相中）②⽆腐蚀，降低污染；（⽆卤素及卤化氢产⽣）③⽆需还原剂，分解效率⾼；④制备多晶硅⾦属杂质含量低（4的沸点低）缺点：安全性问题相图写出合⾦Ⅳ由0经1-2-3的变化过程第⼆章⒈什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？答：⑴分凝现象：含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同，这种现象较分凝现象。
⑵平衡分凝系数：固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度是不同的，把它们的⽐值称为平衡分凝系数，⽤K0表⽰。
K0⑶有效分凝系数：为了描述界⾯处薄层中杂质浓度偏离对固相中杂质浓度的影响，通常把固相杂质浓度与固体内部的杂质浓度0的⽐值定义为有效分凝系数⒉写出公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。
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。
半导体材料复习PPT
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（2） 半导体超晶格
电子沿Z方向的运动将受到 这个人为的附加周期势的影 响
B宽禁带
A窄禁带
B宽禁带
A窄禁带
B宽禁带
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2.1.3 二元系相图的分析 任意点代表液态Ge-Si共 纯Si的 1 相图的内容 溶体的可能状态 熔点
液相线 任意点代表固态Ge-Si共 液溶体物相点 固溶体物相点 溶体的可能状态 固相线 两点不重 b a 合，表明 L+S 液溶体和 L S
越大，液态Ge-Si比例越来越小；
（2）当 xl＝x，Ws＝0，无固相开始结晶；而当xs＝x， Wl＝0，整个系统全部凝固；
2.1.5 几种常见的相图
1、无限固溶体的相图
无限固溶体：在液相或固相可按任意比例 融合，同时两组元不形成化合物 •不发生化学反应 •组元不会单独析出，系统的性质、结 构、成分相同均匀
1.1 什么是半导体材料？
定义一： 依据材料导电能力的高低来区分导体、半导体、 绝缘体，把电阻率介于金属和绝缘体之间的材 料定义为半导体。 导体：电阻率小于10－4cm； 绝缘体：电阻率大于1010 cm； 半导体：电阻率介于于10－4cm 到1010 cm
1
半导体材料定义二
在绝对零度无任何导电能力；但其导电 性随温度升高呈总体上升趋势，且对光照 等外部条件和材料的纯度与结构完整性等 内部条件十分敏感。
高效激光器 高效太阳电池
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负微分迁移率效应
能带结构的三个特征： (1)存在导带电子的子能谷； (2)子能谷与主能谷的能量差 小于禁带宽度而远大于kT；
(3)电子在子能谷中的有效质 量大于在主能谷中的有效质 量，因而子能谷底II－N化合物
高击穿电场特性 SiC GaN－优越 的微波材料 高频率特性 GaAs 开发GaN器件的主要问题 非常昂贵 的衬底！ GaN衬底；SiC衬底、蓝宝石衬底
半导体常用材料知识点总结
半导体常用材料知识点总结1. 硅(Si)硅是最为常见的半导体材料，因为其丰富的资源和成熟的生产技术，被广泛应用于半导体工业。
硅材料具有可靠的物理性能，硅基半导体器件如晶体管、集成电路等都是使用硅材料制成的。
此外，硅材料还可以进行掺杂，形成n型和p型半导体，用于制作二极管和晶体管等元件。
2. 砷化镓(GaAs)砷化镓是另一种常见的半导体材料，具有较高的移动率和较宽的能隙，适用于高频器件、激光器以及光电器件。
与硅相比，砷化镓的性能在一些方面更优秀，因此在一些特定领域有着更广泛的应用。
3. 硒化镉(CdSe)硒化镉是一种II-VI族的半导体材料，具有较大的光学能隙和优异的光电性能，因此被广泛应用于光电器件领域，如光伏电池、光电探测器等。
4. 砷化铟(InAs)砷化铟是另一种III-V族的半导体材料，具有较高的载流子迁移率和较小的电子有效质量，适用于高频器件、高速电子器件和光电器件。
5. 碳化硅(SiC)碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有较高的热稳定性和较大的击穿电场强度，适用于高温、高频、高压等极端环境下的电子器件和功率器件。
6. 氮化镓(GaN)氮化镓是一种III-V族的半导体材料，具有较大的击穿电场强度和较高的饱和漂移速度，适用于高功率、高频率的射频器件和光电器件。
7. 磷化铝(AlP)磷化铝是一种III-V族的半导体材料，具有较低的能隙和较高的电子迁移率，适用于红外探测器、太阳能电池等光电器件。
总结来说，半导体材料具有丰富的种类和优异的性能，被广泛应用于电子器件、光电器件、能源器件等领域。
随着科学技术的发展，新型半导体材料的研究也在不断推进，相信未来半导体材料的应用领域会更加广泛，性能也会更加优越。
半导体物理期末考复习材料解读
第一章 半导体中的电子状态1.元素半导体 硅 和 锗 都是 金刚石 结构 。
2.结构上，金刚石结构由 两套面心立方格子 沿其立方体对角线位移 1/4 的长度套构而成的，3.在四面体结构的共价晶体中，四个共价键是 sp3杂化 。
4.第III 族元素铝、镓、铟和第V 族元素磷、砷、锑组成的 III-V 族化合物 。
也是正四面体结构，四个共价键也是sp3杂化，但具有一定程度的离子性。
是 闪锌矿 结构。
5. ZnS 、GeS 、ZnSe 和GeSe 等 Ⅱ-Ⅵ族化合物 都可以 闪锌矿型 和 纤锌矿型 两种方式结晶，也是以 正四面体结构 为基础构成的，四个混合共价键也是 sp3 杂化，也有一定程度的离子性。
6. Ge 、Si 的禁带宽度具有 负温度系数 。
禁带宽度E g 随温度增加而减小( 负温度系数特性 )7.半导体与导体的最大差别： 半导体的电子和空穴均参与导电 。
半导体与绝缘体的最大差别： 在通常温度下，半导体已具有一定的导电能力 。
8．有效质量的意义半导体中的电子在外场作用下运动时，外力并不是电子受力的总和，电子一方面受到外电场力的作用，另一方面还和内部的原子、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。
为了简化问题，借助有效质量来描述电子加速时内部受到的阻力。
引入有效质量的意义在于它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，可以不涉及到半导体内部势场的作用。
有效质量可以通过实验直接测得。
有效质量的大小取决于 晶体内电子与电子周围环境 的作用。
电子有效质量的意义是什么？它与能带有什么关系？答：有效质量概括了晶体中电子的质量以及内部周期势场对电子的作用，引入有效质量后，晶体中电子的运动可用类似于自由电子运动来描述。
有效质量与电子所处的状态有关，与能带结构有关：（1）、有效质量反比于能谱曲线的曲率：（2）、有效质量是k 的函数，在能带底附近为正值，能带顶附近为负值。
半导体复习资料整理
半导体复习资料整理1.电⼦和空⽳也可以通过杂质电离⽅式产⽣，当电⼦从施主能级跃迁到导带时产⽣导带电⼦；当电⼦从价带激发到受主能级时产⽣价带空⽳等。
与此同时，还存在着相反的过程，即电⼦也可以从⾼能量的量⼦态跃迁到低能量的量⼦态，并向晶格放出⼀定能量，从⽽使导带中的电⼦和价带中的空⽳不断减少，这⼀过程称为载流⼦的复合。
n型Si 中的杂质离化区2.掺杂浓度和温度对载流⼦浓度和费⽶能级的影响:掺有某种杂质的半导体的载流⼦浓度和费⽶能级由温度和杂质浓度所决定。
对于杂质浓度⼀定的半导体，随着温度的升⾼，载流⼦则是从以杂质电离为主要来源过渡到以本征激发为主要来源的过程，相应地，费⽶能级则从位于杂质能级附近逐渐移近禁带中线处。
譬如n型半导体，在低温弱电离区时，导带中的电⼦是从施主杂质电离产⽣的；随着温度升⾼，导带中的电⼦浓度也增加，⽽费⽶能级则从施主能级以上往下降到施主能级以下；当下降到以下若⼲时，施主杂质全部电离，导带中的电⼦浓度等于施主浓度，处于饱和区；再升⾼温度，杂质电离已经不能增加电⼦数，但本征激发产⽣的电⼦迅速增加着，半导体进⼊过渡区，这时导带中的电⼦由数量级相近的本征激发部分和杂质电离部分组成，⽽费⽶能级则继续下降；当温度再升⾼时，本征激发成为载流⼦的主要来源，载流⼦浓度急剧上升，⽽费⽶能级下降到禁带中线处这时就是典型的本征激发。
对于p型半导体，作相似的讨论，在受主浓度⼀定时，随着温度升⾼，费⽶能级从在受主能级以下逐渐上升到禁带中线处，⽽载流⼦则从以受主电离为主要来源转化到以本征激发为主要来源当温度⼀定时，费⽶能级的位置由杂质浓度所决定，例如n型半导体，随着施主浓度的增加，费⽶能级从禁带中线逐渐移向导带底⽅向。
对于p型半导体，随着受主浓度的增加费⽶能级从禁带中线逐渐移向价带顶附近。
这说明，在杂质半导体中，费⽶能级的位置不但反映了半导体导电类型，⽽且还反映了半导体的掺杂⽔平。
对于n型半导体，费⽶能级位于禁带中线以上，越⼤，费⽶能级位置越⾼。
半导体物理学期末总复习
Si原子的能级
▪ 电子的能级是量子化的
n=3 四个电子
n=2 8个电子
+14
n=1
H
2个电子
Si
原子的能级的分裂
▪ 孤立原子的能级 4个原子能级的分裂
原子的能级的分裂
▪ 原子能级分裂为能带
半导体的能带结构
导带 Eg
价带
价带：0K条件下被电子填充的能量的能带 导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
热平衡状态
▪ 在一定温度下，载流子的产生和载流子的复 合建立起一动态平衡，这时的载流子称为热 平衡载流子。
▪ 半导体的热平衡状态受温度影响，某一特定 温度对应某一特定的热平衡状态。
▪ 半导体的导电性受温度影响剧烈。
态密度的概念
▪ 能带中能量 E 附近每单位能量间隔内的量子态
数。 ▪ 能带中能量为 E （E dE）无限小的能量间隔内
半导体物理学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构 九．半导体的光学性质和光电与发光现象
晶体结构
▪ 半导体的晶格结构和结合性质 ▪ 半导体中的电子状态和能带 ▪ 半导体中的电子运动和有效质量 ▪ 本征半导体的导电机构 ▪ 空穴 ▪ 回旋共振 ▪ 硅和锗的能带结构 ▪ III－V族化合物半导体的能带结构 ▪ II－VI族化合物半导体的能带结构
k0T
k0T
k0T
k0T
玻尔兹曼分布函数
▪ 导带中电子分布可用电子的玻尔兹曼分布函数 描写（绝大多数电子分布在导带底）；价带中 的空穴分布可用空穴的玻尔兹曼分布函数描写 （绝大多数空穴分布在价带顶）
期末复习半导体材料
12
作业
• 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系 数？
• 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响 分凝系数的因素。
• 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。
• 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔 区后几次用小熔区的工艺条件。
5
半导体材料的分类（按化学组成分类）
• 无机物半导体
– 元素半导体：（Ge, Si） – 化合物半导体
• 三、五族GaAs • 二、六族
• 有机物半导体6 Nhomakorabea能带理论（区别三者导电性）
• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的 能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。
• 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光 照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中 去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相 应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子 和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导 电性能。
半导体材料
期末复习
2
考试题型
• 填空30分，每空一分 • 判断题10分，每题一分 • 名词解释20分，每题4分 • 问答题40分，6个题目 • AB卷
3
考试内容
• 前10章，重点前7章 • 课上补充内容 • 作业
4
半导体材料概述
• 从电学性质上讲（主要指电阻率）
– 绝缘体1012—1022 Ω.cm – 半导体10-6—1012 Ω.cm – 良导体≤10-6Ω.cm – 正温度系数（对电导率而言） – 负温度系数（对电阻率而言） – 导体？？？？
14
结晶驱动力
• 结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减 小的方向进行，若体积自由能大于表面能，就 是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力
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半导体材料的分类（按化学组成分类）
• 无机物半导体
– 元素半导体：（Ge, Si） – 化合物半导体
• 三、五族GaAs • 二、六族
• 有机物半导体6ຫໍສະໝຸດ 能带理论（区别三者导电性）
• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的 能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。 • 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光 照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中 去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相 应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子 和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导 电性能。 • 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或 有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很 少，因此绝缘体的导电性能很差。
• 什么是同质结？ 异质结？异质结的分类有 哪些？ • 什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？
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• 认真复习期末复习ppt • 考试时认真审题，不要遗漏问题 • 尽量回答所有空格，问答题
24
13
三.晶体生长理论基础
• • • • • 晶体生长的方式 晶体形成的热力学条件 晶体生长的三个阶段 均匀成核，非均匀成核 均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的变化关 系分析；图3－2－－P39，各种晶胚的特点 • 硅锗单晶的生长方法 • 直拉法生长单晶的工艺步骤p63 • 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力
区熔次数的选择
区熔次数的经验公式 n=(1-1.5)L/l
质量输运 通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运 效应
12
作业
• 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系 数？ • 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响 分凝系数的因素。 • 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。 • 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔 区后几次用小熔区的工艺条件。
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七 三五族化合物半导体的外延生长
• MBE生长原理 • 写出下列缩写的中文全称 • CVD，PVD，VPE，SOS ，SOI ，MOCVD，MBE， LPE，CBE，ALE ，MLE • 名词解释 • 气相外延 液相外延 • 金属有机物气相沉积 分子束外延 化学束外延 • 蒸发 溅射
22
八三五族多元化合物半导体
14
结晶驱动力
• 结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减 小的方向进行，若体积自由能大于表面能，就 是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力
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晶体的外形
• 从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小 的形状。
16
作业
• 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、 能量及结构条件。 • 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度 的定量关系如何？ • 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀 形核形核功有何差别？
9
一.锗、硅的化学制备
• 硅锗的物理化学性质比较
• 高纯硅的制备方法 • 各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的 提纯 • 高纯锗的制备方法及步骤
10
二、区熔提纯
• 分凝现象，平衡分凝系数，有效分凝系数，正常 凝固， • 平衡分凝系数与杂质集中的关系P20图2－1 • BPS公式及各个物理量的含义；分析如何提高分 凝效果，如何变成对数形式 • 影响区熔提纯的因素 • 区熔的分类，硅和锗各采用什么方法
7
半导体结构类型
• 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心 立方格子沿对角线平移1/4套构而成 • 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元 素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套 构而成 • 纤锌矿
8
对禁带宽度的影响
• 对于元素半导体： 同一周期，左-〉右，禁带宽度增大 同一族，原子序数的增大，禁带宽度减小
19
作业
• 什么是同质外延,异质外延,直接外延,间接 外延? • 什么是自掺杂?外掺杂?抑制自掺杂的途径有 哪些? • 什么是SOS,SOI技术 • SOI材料的生长方法有哪些?每种方法是如何 实现的?
20
六 三五族化合物半导体
• 什么是直接跃迁型能带,什么是间接跃迁型 能带?硅锗属于什么类型,砷化镓属于什么类 型? • 砷化镓单晶的生长方法有哪几种？ • 磷化镓单晶的生长方法
17
四、硅锗晶体中的杂质和缺陷
• • • • • 硅锗中杂质的分类 杂质对材料性能的影响 直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 位错对材料性能的影响 位错对器件的影响
18
五 硅外延生长
• 名词解释 同质外延,异质外延,直接外延,间接外延，正外延， 反外延，自掺杂，外掺杂 • 外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 • 硅气相外延原料 • 硅气相外延分类 • 用SiCL4外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 • 抑制自掺杂的途径？ • 如何防止外延层的夹层？ • 硅的异质外延有哪两种 • 在SOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解 决？ • SOI 材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？
半导体材料
期末复习
2
考试题型
• • • • • 填空30分，每空一分 判断题10分，每题一分 名词解释20分，每题4分 问答题40分，6个题目 AB卷
3
考试内容
• 前10章，重点前7章 • 课上补充内容 • 作业
4
半导体材料概述
• 从电学性质上讲（主要指电阻率）
– 绝缘体1012—1022 Ω.cm – 半导体10-6—1012 Ω.cm – 良导体≤10-6Ω.cm – 正温度系数（对电导率而言） – 负温度系数（对电阻率而言） – 导体？？？？
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影响区熔的因素
熔区长度
一次区熔的效果，l越大越好 极限分布时，l越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高 应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。
熔区的移动速度
电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速， δ 变薄， 使keff与Ko接近，分凝的效果也越显著 凝固速 度 f 越慢，keff与Ko接近，分凝的效果也越显著