电子科技大学微固学院固体微观理论复习要点
固体物理知识2
1. 能量子：（=量子）不连续变化的物理量的最小单位称为能量子。
2. 量子化：微观粒子的能量是不连续的，具有量子性；更广义的，物理量的不连续变化即量子化。
3. 德布罗意关系：将表征波动性的物理量（v和λ）与表征粒子性的物理量（E和P），由E=hv，P=h/λ，通过普朗克常数h定量联系起来，得到λ=h/mv的公式，即称为德布罗意关系。
说明微观粒子具有波动性和粒子性。
4. 测不准关系：由于微观粒子的波动性，位置很难确定，因此用坐标和动量描述微观粒子不能很准确。
如果仍要用，则对其测量的准确性有限制。
同时确定位置和动量是不可能的，准确测量其中一个量则对另一个值的测量的准确性下降。
公式：5. 不相容原理：在同一个原子中，不可能有运动状态相同的两个电子，即处于完全相同运动状态的电子是不相容的。
6. 材料结构层次：①质点的种类、性质——强调了个体性；②质点间的相互作用、原子间互作用——结合键强弱体现了相互性；③质点的排列方式、电子的运动及相应的电子理论及描述——强调了整体性；④显微组织即相的性质、数量、大小、形态、分布，原子排列结构在空间的延伸范围所具有的形态（一定条件下）——体现工艺性；⑤宏观连续性：宏观材料的性质和性能与工程联系——体现工程性。
7. 波函数：电子在任何给定情况下，都有一波动和它相联系。
其振幅平方与电子在某处出现的几率成正比。
可以用一个波函数来描述这一关系。
（另）将光子密度或在给定空间找到光子的几率与光波振幅平方成正比的关系应用于电子等微观粒子的运动的描述，可写成稳定状态下的函数形式。
公式：8. 几率波：指凡是取决于波函数的波峰（振幅）二次式的每个量都要解释为正比于发生某种事件的几率，这种波在传播过程中可满足传统波的某些性质，如分解，叠加，衍射，干涉等，其结果使电子的分布发生变化。
归纳为：①不以位置、速度描述微观粒子，而是以能量波函数描述；②描写微观粒子的波不是传统波而是几率波。
9. 微观粒子运动状态的量子数n: 主量子数，电子的总能量，表示某一运动状态节面总数。
固体理论讲义0-绪论
固体理论讲义一序论1.什么是固体固体是由大量原子所结合而成的不会流动的宏观体系。
从导电性讲：导体、半导体、绝缘体。
从晶格结构讲：晶态、准晶、非晶态、无系玻璃态。
3.元激发的概念T=0 K时，固体的基态不仅是能量最低的状态，而且还是某种有序态。
从微观角度分析，实验上所测得的宏观属性是固体在外扰动作用下从基态跃迁到激发态时所产生的响应。
对于能量靠近基态的低激发状态，往往可看作成是一些独立基本激发单元的集合，它们具有确定的能量和波矢，这些基本激发单元就是元激发，有时也称为准粒子。
4.元激发的分类元激发大体可分为两类：一类是集体激发的准粒子：声子、磁振子、等离激元等，表现为序参量的微小涨落。
这类元激发一般为波色子。
另一类元激发是个别激发：极化子、金属中的屏蔽电子或准电子。
4．固体理论的基本任务在于从微观上解释固体的各种特性，阐明其规律。
固体理论的主要方法为量子场论的方法。
借助于元激发的引入，可以使复杂的多体问题简化为接近于理想气体的准粒子系统，从而使低激发态的描述变得十分简单。
解释固体的实验测量特性问题归结为求解在给定外扰动作用下互作用系统的元激发问题，这是固体量子论的中心课题。
5.固体理论的讲授内容（1）周期性结构：正格矢、倒格矢、布里渊区。
（2）声子：晶格动力学、声学模、光学模、极化激元。
（3）磁振子：海森伯模型、铁磁自旋理论、反铁磁自旋理论。
（4）等离激元：等离激元和准电子、介电函数。
（5）电声子相互作用：（6）超导电性的微观理论：BCS理论。
（7）氧化物高温超导体（8）能带理论：（9）极化子理论：大极化子与小极化子。
（10）激子理论：瓦尼尔-莫特激子、夫伦克耳激子。
（11）强关联电子体系（12）无系系统连续介质近似：连续介质近似是将整个固体系统看作一宏观意义下的均匀介质，不考虑原子及晶格结构的具体细节。
绝热近似：考虑到离子实的质量比较大，离子运动速度相对慢，位移相对小，在讨论电子问题时，可以认为离子是固定在瞬时的位置上，这样，多种粒子的问题就简化成多电子问题。
西电 贾xx 固体物理总结
固体物理总结第一部分 固体结晶学理论1.晶体结构、空间点阵、B 格子、基元、初基元胞、惯用元胞、单式格子、复式格子。
答：晶体结构：组成晶体的微观粒子的具体排列方式空间点阵：为了研究晶体结构共性，不考虑基元内部原子，将原子或原子团抽象成空间中的点阵。
B 格子：表征了晶格周期性的空间格子。
基元：组成晶体的基本结构单元。
初基原胞：空间点阵中最小的可重复单元。
惯用原胞：能反映晶体周期性和对称性的原胞。
单式晶格：每个晶格只有一个原子。
复式晶格：每个晶格有多个原子。
2.晶格常数、原子半径、配位数、致密度、立方晶系最大间隙原子半径。
答：晶格常数：惯用原胞三个相邻棱边矢量叫做轴矢（用a 、b 、c表示），轴矢的模长为晶格常数。
原子半径：同种原子组成晶体中，最近邻原子间距的一半。
配位数：晶体中任一原子最近邻原子数总和。
致密度：晶体原子排列的紧密程度。
SC:1)2a,BCC: (122a -;FCC: (122a -. 3.晶向指数、晶面指数、等效晶向、等效晶面、六方晶系的四指标表示法。
答:晶向指数：在轴矢坐标系中过原点的晶列上任意一格点，求其各轴上的截距化为互质整数[h,k,l]。
晶面指数：设某一晶面在基矢a 、b 、c 方向的截距r ，s ，t 的倒数1r ，1s ，1t，化为互质整数，并用[h,k,l]表示。
等效晶向：由于晶格的对称性，一些晶向并没有什么区别，晶体在这些方向上的性质完全相同，各晶向互称为等效晶向。
等效晶面：由于晶格的对称性，不同平面原子排列相同，原子所在晶面互为等效晶面。
5.金刚石结构常用晶向晶面上化学腐蚀坑的形状。
100：正方形 111：三角形6.倒格子的定义和性质。
答：定义：根据初基原胞基矢1a 、2a u u v 、3a，令i j a b =2ij πδ其中（i ，j=1,2,3…），可确定另一组初基原胞基矢1b 、2b 、3b为倒格子基矢。
性质：1. 倒格子的一个基矢是和晶格原胞中一组晶面相对应的，它的方向是该晶面的法线方向，而它的大小则为该晶面族面间距倒数的2π倍。
电子科技大学微固学院固体微观理论复习要点
复习要点1.讨论声子与晶格振动间的关系。
声子的性质、倒逆过程、用声子的概念解释材料的热传导，并讨论声子热导率与温度的关系。
答：（1）晶格振动是指晶体中诸原子（离子）集体地在其平衡位置附近作振动，由于原子间的相互作用力，各个原子的振动不是彼此独立的，表现为一系列的格波。
晶体中原子离开平衡位置的运动，用一系列格波来等效（在一维单原子情况，格波数等于原子数）。
如果原子间的相互作用与位移成正比，即在简谐近似下，格波可以近似地看作简谐波，格波间的相互作用可以忽略。
这时的格波是相互独立的，称为独立模式。
对于这些独立而又分立的振动模式，可用谐振子来描述，简谐振子的能量是量子化的，格波的能量也是量子化的，将最小单位：称为声子。
声子是格波能量变化的最小单位，它并不是那个原子所有，而是某个格波能量的变化单位。
正常过程甸逆过程声子是一种准粒子，具有动量和能量；满足动量守恒与能量守恒定律；声子间互相碰撞改变状态、湮灭、形成新的声子。
声子的倒逆过程：固体热传导的能量载体包括电子，声子和光子；温度高处声子浓度大，声子将以声速往温度低处运动，这就是声子导热过程。
由于晶格实际上是作非简諧运动，格波间会相互作用，这样声子间就会发生散射。
声子的散射满足能量与准动量守恒，其散射包括两种过程。
正常散射是同向的，倒逆过程是指第三个动量方向反过来，是另一种过程，这是产生热阻的主要原因。
材料中声子散射包括：（a ）声子-声子散射（倒逆过程），（b）声子与电子、点缺陷、位错、晶界的碰撞，（c）声子与样品边界的碰撞。
晶体的热阻为倒逆过程产生的热阻和电子、缺陷、位错等对声子散射产生的电阻之和。
（3）声子热导率随温度的变化如图所示：L T峰值：热阻从来源于U （倒逆）过程到由边界散射主导的过渡2.材料的电阻是怎样产生的？杂质、温度对金属和半导体的电阻有何影响?按照单电子理论，温度接近绝对零度时，金属的电阻和温度有怎样的关系?用电子的波动相干性解释在绝对零度附近，金属的电阻随温度降低而上升的原因。
固体物理知识总结PPT课件
三、常见晶体结构举例
致密度η（又称空间利用率）、配位数、密 堆积
1. 简单立方（sc） 配位数＝6，惯用元胞包含格点数 = 1 惯用元胞包含格原子数 = 1
2. 面心立方（fcc） 配位数＝12，惯用元胞包含格点数＝4 惯用元胞包含格原子数 = 4
3.体心立方（bcc) 配位数＝8，惯用元胞包含格点数＝2 惯用元胞包含格原子数 = 2
1.决定散射的诸因素 （1）原子散射因子 （2）几何结构因子
2.衍射极大的条件（必要条件）
即当 k－k0＝S＝Gh 时，所有元胞间的
散射光均满足相位相同的加强条件，产生衍
射极大。
（反射球）
4.消光条件
第二章 晶体结合
一、原子的负电性
负电性＝常数（电离能＋亲和能）
电离能：让原子失去电子所必需消耗的能量
第四章 固体能带论 基本近似：绝热近似、单电子近似 一、固体电子的共有化和能带 二、布洛赫（Bloch）定理
1.布洛赫定理：表述及讨论 2. Bloch 定理的证明 3.布洛赫定理的一些重要推论 4.能态密度 三、近自由电子模型 1.索末菲（Sommerfeld）模型
（1）自由电子(半量子)模型
（2）自由电子费米（Femi）气模型 2.近自由电子模型
亲和能：处于基态的中性气态原子获得一个 电子所放出的能量
负电性大的原子，易于获得电子 负电性小的原子，易于失去电子 二、离子结合 三、共价结合 共价键的特性：饱和性、方向性 四、金属结合 五、范德瓦尔斯键结合 六、氢键结合
第三章 晶格振动
一、一维单原子晶格的振动
1. 物理模型 2.近似条件：近邻作用近似、简谐近似 3. 分析受力：牛顿方程 4. 定解条件―――玻恩－卡曼
固体物理复习资料
固体物理复习资料固体物理复习资料固体物理是物理学中的一个重要分支，研究固体物质的性质和行为。
对于学习固体物理的同学来说，复习资料的准备是非常重要的。
本文将为大家提供一些固体物理复习资料，帮助大家更好地理解和掌握这门学科。
一、晶体结构晶体结构是固体物理的基础，它描述了固体中原子、离子或分子的排列方式。
了解晶体结构有助于我们理解固体的性质和行为。
在复习晶体结构时，我们可以从晶体的基本概念开始，如晶体的定义、晶体的分类等。
然后，可以学习晶体的几何结构，如立方晶系、六方晶系等。
此外，还应该了解晶体的点阵结构和晶格常数的计算方法。
二、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体中存在的一些不完美的结构。
了解晶体缺陷对于理解固体的性质和行为非常重要。
在复习晶体缺陷时，可以学习晶体缺陷的分类和特点，如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
还可以学习晶体缺陷对固体性质的影响，如导电性、热导性等。
此外，还可以学习晶体缺陷的形成和控制方法。
三、晶体生长晶体生长是指从溶液或气相中形成晶体的过程。
了解晶体生长对于制备晶体材料具有重要意义。
在复习晶体生长时，可以学习晶体生长的基本原理和方法，如溶液法、气相法等。
还可以学习晶体生长的条件和影响因素，如温度、浓度、溶液饱和度等。
此外，还可以学习晶体生长的控制方法和应用，如生长单晶、合成纳米晶等。
四、固体的电学性质固体的电学性质是指固体导电和电介质性质的研究。
了解固体的电学性质对于理解固体的导电机制和应用非常重要。
在复习固体的电学性质时，可以学习固体的导电机制，如金属的自由电子理论、半导体的能带理论等。
还可以学习固体的导电性质，如电导率、电阻率等。
此外，还可以学习固体的电介质性质，如介电常数、介质极化等。
五、固体的热学性质固体的热学性质是指固体的热传导和热膨胀性质的研究。
了解固体的热学性质对于理解固体的热传导机制和热膨胀行为非常重要。
在复习固体的热学性质时，可以学习固体的热传导机制，如导热电子、晶格振动等。
还可以学习固体的热传导性质，如热导率、热扩散系数等。
固体物理考试重点(广工版、复习资料)
S h ( hkl ) f a e
j i
m
i 2 ( hui kv j lwk )
； 2d sin n ( 2d ) （布拉菲定律）
第二章
类型 离子晶体
特
点
代表 NaCl、CsCl、LiF
熔点高，硬度大，膨胀系数小，易沿解理面劈裂，导电性差， 高 温下才有良好的离子导电性。 完整晶体硬度大， 熔点一般较高，低温下导电性能较差，为绝 缘体或半导体。化学惰性大，由于饱和性、方向性，决定了原子 排列只能取有限的几种形式。 电导率热导率高、密度大、延展性好，对原子排列无特殊要求， 故原子尽可能密集排列（能量低） 低熔点、低沸点、易压缩、电绝缘，对原子排列无特殊要求， 故 一般取密堆积排列。 熔点和沸点介于离子晶体和分子晶体之间， 密度小， 有许多分子 聚合的趋势，介电系数大。
2 O
1 2
m
12 22 21 2 cos( qa )
m
光学支具有 q＝0 时，ω0≠0 的特征。 晶格振动的波矢数=晶体的原胞数 晶格中格波的支数=原胞内的自由度数=原胞内原子数×维数=声学波支数＋光学波支数 一维单原子链：仅存在 1 支格波，且为声学格波。 一维双原子链：存在 2 支格波——声学波和光学波各一支。 一维 S 原子链：存在 S 支格波——1 支声学波和 S-1 支光学波。 三维晶体： 原胞的总自由度数为 3S(S 为原胞的原子数),则晶体中原子振动可能存在的运动形式就有 3S 种， 用 3S 支格波来描述。其中有 3 只声学格波，其余 3(S-1)支光学格波。 例如，金属 Cu 或 Ag（FCC 结构、三维晶体）的原胞原子数=1，原胞内自由度数=1×3=3，格波支数=3， 声学波支数=3（维数） ，光波支数=3-3=0。
2011微观第2章讲稿§2.3(1)
平面波方法的困难
• 收敛很慢：在靠近原子核区域，电子有很大的 动量；而在原离原子核区域，动量较小 * 因此，即需要小的也需要大的动量的平面波。 即用来展开晶体波函数的平面波基函数需要很 多！ • 比如Al晶体，估计即使用上1016个平面波，也 仅能保证1s态收敛，而感兴趣的是靠近费米能 级的价态：3s态和3p态
固体微观理论第2章课件
6
能带计算方法从构成晶体波函数的基函数 上可分成两大类： * 紧束缚近似 * 近自由电子近似
近自由电子观点
• 近自由电子近似认为晶体电子仅受晶体势场 很弱的作用， E(k)是连续的能级 * 由于受周期性势场的微扰，E(k)在 Brillouin区边界产生分裂、突变禁带，连续 的能级形成能带 • 这时晶体电子行为与自由电子相差不大 * 因此，可以用自由电子波函数(平面波)的 线形组合构成晶体电子波函数，描写晶体电子 行为
写成矩阵形式
方程有非平凡解得条件是其系数行列式为零
有专门的线性代数方法解这类方程
• 上面讲的空晶格模型+微扰法就是二阶平 面波的示例
平面波方法的特点
• 较好的解析形式——傅立叶展开系数基本都 可以解析表达(矩阵元) • 理论上可以无限制地改善基函数集的完备 性——使解收敛 • 基函数是非局域的，不依赖于原子位置—— 有好处也有坏处——视所描写的晶体电子的性 质而定
点和R点分别对于能带底和能带顶，所以，能带宽度
E E R E 12 J 1
J0 由此可见，能带的 s 12J1 宽度决定于J1，而 J1的大小取决于近 邻原子波函数间的重叠，重叠越多，形成的能带就越 宽。能量越低，能带就越窄；能量越高，能带就越宽。 这是由于能量最低的带对应于最内层的电子，其电子 轨道很小，不同原子间波函数的重叠很少，因而能带 较窄；而能量较高的能带对应于外层电子，不同原子 间波函数有较多的重叠，因此形成的能带就较宽。
固电复习提纲
5、硅、锗、砷化镓的能带结构 硅：导带极小值在[1 0 0]方向上； 等能面是沿[1 0 0]方向的旋转椭球面， 长轴与[1 0 0]方向重合；等能面有六个。 价带极大值 k 0 ，由简并的重空穴带 和轻空穴带组成
E k
100
0.85 X k
重空穴 轻空穴
硅的能带结构示意图
第一布里渊区中的导带等能面
第六章 半导体中的电子状态 1、半导体的晶格结构 金刚石型晶格：硅、锗的晶格结构 结构特点、配位数、结合力、原子数密度 闪锌矿型晶格：III、V族元素组成的化合物半导 体（GaAs、InSb等） 结构特点：类似于金刚石型晶格 纤锌矿型结构 氯化钠型结构
2、半导体的能带特点和电子的准经典运动 能带中电子的速度、准动量、有效质量
N D N，n型半导体，有效杂质浓度 A ND NA N D N，p型半导体，有效杂质浓度 A NA ND
如果
（2）判断温度区域 a、根据费米能级的位置判断杂质电离程度
E F E D k0T E D E F 2k0T E D E F k0T
or or or
ds q (q )
dL q (q )
(一维)
(三维)
( )
S ( 2 ) 3
(二维)
L 2 d ( ) 2 dq
课后练习：3.2，计算一维单原子链模式密度函数。
第四章 晶体中的缺陷 1、点缺陷的产生、运动和统计计算 夫伦克尔缺陷，肖脱基缺陷的形成过程 空位和填隙原子的跳跃依靠热涨落，与温度紧密相关 空位的平衡浓度：
(q )
2 m
2a
q
2a
电子科技大学微波固态电路总回顾
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器 G
单向化设计（ S12≈0S ） − Γ (1
2 2 S
S 21
2
M
固定增益电路
GTu =
2
21
)(1 − Γ L )
2 2 2
2
(1 − S11Γ S )(1 − S22 Γ L )
2 2
= S21 ⋅
1− Γ S
多级放大器晶体管选择 宽带放大器
1 − S11Γ S
原理图捕捉；支持工具；层次设计 ；电路元件库； 模拟控制 ；优 化；版图；存在多种不同类型的分析研究电路响应的模拟引擎
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器
功率合成技术
链状结构 按电路拓扑 结构分类 树状结构 N口结构 Wilkinson合成器 Rucker合成器 圆锥合成器 辐射状合成器 行波合成器 器件级 谐振型 按功率合成 方式分类 电路级 非谐振型 准光功率合成 空间级 自由空间波功率合成 混合型 腔体谐振 介质谐振 空间型 按传输线 形式分类 波导型 平面型
ΓSm ΓLm
P′
ΓLm Γ*Lm
ΓL′
总回顾—— 第三章微波晶体管放大器
微波晶体管功率放大器的特性 1）功率 耗散功率
PDC ≈ I cVcb
，输入功率Pin，输出功率Pout，
小功率：PDC<1 W, 中功率：1W≤PDC ≤ 5W,大功率：PDC>5W 功率单位：1mW=0dBm 1W=1000mW=30dBm 10W=40dBm
考核方式——
平时（作业和出勤率）：10%；实验（8学时）：20%； 期末考试（第15周，一页纸开卷，填空5~10/判断5~10/简答3~5，2小时）： 70% ；
非考试重点——
固体物理重点知识点总结——期末考试、考研必备!!
固体物理概念总结——期末考试、考研必备！！第一章1、晶体-----内部组成粒子（原子、离子或原子团）在微观上作有规则的周期性重复排列构成的固体。
晶体结构——晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。
金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。
晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。
2、晶体的通性------所有晶体具有的共通性质，如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等。
3、单晶体和多晶体-----单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终；多晶体由许多小单晶无规堆砌而成。
4、基元、格点和空间点阵------基元是晶体结构的基本单元，格点是基元的代表点，空间点阵是晶体结构中等同点（格点）的集合，其类型代表等同点的排列方式。
倒易点阵——是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵，它也是描述晶体结构的一种几何方法，它和空间点阵具有倒易关系。
倒易点阵中的一倒易点对应着空间点阵中一组晶面间距相等的点格平面。
5、原胞、WS原胞-----在晶体结构中只考虑周期性时所选取的最小重复单元称为原胞；WS原胞即Wigner-Seitz原胞，是一种对称性原胞。
6、晶胞-----在晶体结构中不仅考虑周期性，同时能反映晶体对称性时所选取的最小重复单元称为晶胞。
7、原胞基矢和轴矢----原胞基矢是原胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量；晶胞基矢是晶胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量，通常以晶胞基矢构成晶体坐标系。
8、布喇菲格子（单式格子）和复式格子------晶体结构中全同原子构成的晶格称为布喇菲格子或单式格子，由两种或两种以上的原子构成的晶格称为复式格子。
9、简单格子和复杂格子（有心化格子）------一个晶胞只含一个格点则称为简单格子，此时格点位于晶胞的八个顶角处；晶胞中含不只一个格点时称为复杂格子，其格点除了位于晶胞的八个顶角处外，还可以位于晶胞的体心（体心格子）、一对面的中心（底心格子）和所有面的中心（面心格子）。
固体物理复习纲要
固体电子学导论纲要1.第一章1理解自由电子气体模型的意义 （1）自由电子气体模型：○1自由电子近似：忽略电子和离子实之间的相互作用。
○2独立电子近似（单电子近似）：忽略电子和电子间的相互作用。
○3弛豫时间近似：讨论输运现象时引进的。
（2）模型的意义：自由电子气体模型是有关金属的最简单的模型。
金属，特别是简单金属的许多物理性质可以通过它得到相当好的理解。
它可以解释金属作为电和热的良导体的原因（可以解释金属遵从欧姆定律，电导率和热导率成线性关系，)(ωσ的低频段行为，以及金属对可见光高的反射率等）。
2掌握单电子的基态性质 单电子的状态用波函数)(r ψ描述rk i eVr∙=1)(ψ电子能量为22222122)(mv m p m k k === ε其中λπ2=k3理解自由电子气体的简并在统计物理学中，体系与经典行为的偏离，常称为简并性。
在0=T 时，金属自由电子气体是完全简并的。
由于F T 很高，在室温下，电子气体也是高度简并的。
4理解费米面、费米能级在k 空间中把占据态和未占据态分开的界面叫做费米面。
k 空间中的态密度为381πV k =∆ 费米面上单电子态的能量称为费米能量。
mk FF 222 =ε其中费米波矢n k F 233π=。
另费米动量F F k p =，费米速度m k v F F =，费米温度BF F k T ε=（B k 为波尔兹曼常量）。
5理解自由电子气体的热性质温度0>T 时，电子在本征态上的分布由费米-狄拉克分布函数给出11/)(+=-T k i B i e f με其中i f 是电子占据本征态i ε的几率，μ是系统的化学势。
])(121[22FB F T k επεμ-=电子比热FBV T T nk T C 22πγ== 6了解顺磁性简而言之：电子自旋产生磁场，分子中有不成对电子时，各单电子平行自旋，磁场加强。
这时物质呈顺磁性。
7理解准经典模型在自由、独立电子近似的基础上，进一步假定： ○1电子会受到散射，或经受碰撞。
电力电子器件复习_电子科技大学_微固学院
一个 PiN 二极管开启时,如果电流变化过快 （di/dt 较大） ,它的正向压降开始时会超过在 稳态时传输相同电流时的压降,这种现象称 为正向电压过冲.产生原因:正向电压过冲是 由于高阻中性区的出现产生的.在正常电流 导通时,载流子的注入极大地减小了中性区 的电阻,然而在整流器开启时,由于电流变化 过快,电流的上升速度比载流子注入的快,就 会产生一个短暂的比较高的压降在中性区, 直到载流子完全注入中性区. █7.What is the reverse recovery of the power PiN rectifier: PiN 管的反向恢复过程:二极管 从开态转换到关态的过程，原因：正向导通 时存储在 i 少子必须被抽走以维持阻断电压。 小的 τb 会减小开关损耗， 但因 L 的作用会产 生大的过冲和噪声。 可用陷阱缺陷提高反向 恢复速度， 也可用大的抽取电流和复合效应。 █8.Explain why the Si Schottky diode cannot operate at high-voltage condition?:硅基肖特基 二极管的反向泄漏电流比较大,而且随着温 度的升高而增大,反向阻断特性也比较差 █ 9.which structure has the higher leakage current ,Schottky diode or PiN diode?Why?:肖 特基二极管更大,势垒较低,反向泄漏电流具 有正温度特性,随着温度升高急剧增大 ██第四章作业题及答案 █ 1.What the meant by reach through breakdown (or punch through breakdown)?:在 集电极之间加高电压时,集电极耗尽区展宽, 当集电极耗尽区展宽到与发射极相接时便 发生了穿通.发生穿通之后,B-E 结势垒变低, 因此 C-B 结电压稍有增加,B-E 结便可产生 大电流.这就是穿通击穿现象. █2.什么是BVCBO 和BVCEO?:BVCBO:发 射极开路,集电极与基极之间的击穿电压.— —开发射极击穿电压,BVCEO:基极开路,集 电极与发射极之间的击穿电压.——开基极 击穿电压 █3.SOA:safe operating area:器件正常工作的 电流电压界限；FBSOA: forward biased safe operating area:器件导通过程或者开态时正常 工作的电流电压范围； RBSOA: reverse biased safe operating area:器件关断过程或者关态时 正常工作的电流电压范围 █4.The collector efficiency under what condition is much larger than unit?:当集电极电压与雪崩 倍增电压相仿时,集电极效率远大于 1，约等 于倍增因子 █5.为什么在功率 BJT 中发射极掺杂远大于 基区掺杂?:为了使发射极注入效率接近 1. █6.为什么功率 BJT 能够在饱和区能在大电 流下工作?:在饱和区时,发射极和集电极均 正偏,此时发生大注入效应 （电导调制） 效应, 电阻降低,因此便能够在大电流下工作. █7.功率 BJT 的三种击穿机理:隧道击穿,雪 崩击穿,二次击穿. █8.设计功率 BJT（power BJT）的基区时需 要考虑什么? （1）.基区掺杂（基区掺杂浓度越高,放大倍 数越小,频率响应越好,击穿电压低） （2）.基区宽度（基区宽度越大,放大倍数越 小,自动增益控制好,频率响应差,击穿电压高） 这两个都存在 trade off（折中） █9.如何关断功率 BJT:为了关断器件,必须 将基区存储电荷移除,有两种方法:A,将基极 开路,停止提供开态所需的基极电流 （此时存 储电荷由复合消失） B.将发射结反偏,反向电 流抽取 █10.为什么 ICEO>ICBO?:两者的关系可表 示为: ICEO=(1+ß)ICBO,可根据公式推导和 叠加原理得到. █11.解释高压 BJT 通常电流增益较小的原 因?:高压 BJT 要求有长的轻掺杂的集电极漂 移区,这样的集电极具有高的电阻.高的集电 极漂移区电阻使准静态饱和区增大,这便增 加了电流传导时的能量耗散.并且,高集电极 电阻能使基区扩展效应在低电流密度下发 生.这些因素都使得高压 BJT 的电流增益较 小. █12.解释高压 BJT 通常有长的集电极漂移 区的原因?:因为需要承受高压,而这高的电 压是由集电极来承担的.因此设计用长的轻 掺杂的集电极漂移区来承受高压. █13.描述功率达林顿晶体管特征:达林顿晶 体管是整合了两个双极型晶体管的器件,它 的电流增益是两管增益的乘积. █补充: 1.BVebo<BVCEO<BVCBO ██第五章:晶闸管 Thyristor (SCR: silicon/semiconductor controlled rectifier) █1.What is meant by thyristor?: 一种具有 4 层 p-n-p-n 结构,有着在高阻,低电流的关态和低 阻,高电流的开态转换的双稳态性质的器件. 触发开启后自动工作， 内部两晶体管互相提 供自维持电流。 █2.What is meant by the holding current of the
固体物理复习要点
固体物理复习要点名词解释1、基元、布拉伐格子、//简单格子//。
2、基矢、原胞3、晶列、晶面4、声子5、布洛赫定理（Bloch定理）6、//能带能隙//、晶向及其标志、空穴7、//紧束缚近似//、格波、色散关系8、//近自由近似//9、振动模、10、施主，N型半导体、受主，P型半导体11、本征光吸收；本征吸收边12、导带；价带；费米面简单回答题1、//倒格子是怎样定义的？为什么要引入倒格子这一概念？2、//如果将等体积的刚球分别排成简单立方、体心立方、面心立方结构，则刚球所占体积与总体积之比分别是多少？3、在讨论晶格振动时，常用到Einstein模型和Debye模型，这两种模型的主要区别是什么？以及这两种模型的局限性在哪里？6、叙述晶格周期性的两种表述方式。
7、晶体中传播的格波和普通连续媒质中传播的机械波如声波、水波等有何不同？导致这种不同的根源又是什么？8、晶格热容的爱因斯坦模型和德拜模型各自的假设是什么？两个模型各自的优缺点分别是什么？9、本征光吸收分为哪两种？分别写出这两种光吸收过程中的能量守恒和准动量守恒的数学表达式。
10、能带理论中的近自由电子近似和紧束缚近似的基本假设各是什么？两种近似方法分别适合何种对象？11、以一维简单晶格和三维简单立方晶格为例，给出它们的第一布里渊区。
12、 //以简单立方晶格为例，给出它的晶向标志和晶面标志（泰勒指数）。
13、// 试证明任何晶体都不存在宏观的5次对称轴。
14、// 在运用近自由电子模型计算晶体中电子能级（能带）时为什么同时用到简并微扰和非简并微扰？。
15、给出导体，半导体和绝缘体的能带填充图，并以此为基础说明三类晶体的导电性。
16、 //给出简单立方晶格中Γ点（其波矢(0,0,0)k=）波函数在点群操作下的变换规律。
17、简要叙述能带的近自由电子近似法和紧束缚近似法的区别。
18、给出Bloch能带理论的基本假设。
19、 //晶态、非晶态、准晶态在院子排列上各有什么特点？20、// 晶体中可以独立存在的对称元素有哪些？21、 //可以测定晶格振动色散关系的实验方法有哪些（至少回答3种）？22、 //在晶体衍射中，为什么不能应用可见光？23、 //长光学支格波与长声学支格波在本质上有何差异？24、 引入伯恩-卡门条件的理由是什么？25、 //在布里渊区边界上电子的能带有什么特点？26、原子结合成固体有哪几种基本形式？其本质是什么？27、画出二维正方晶格的第一和第二布里渊区。
西安电子科技大学微电子学与固体电子学080903考研复试复习大纲(半导体器件物理)
研究生笔试复试复习大纲（半导体器件物理）
1.考试的总体要求
1.1 考试范围
考试范围包括：双极型半导体器件物理。
1.2 考试要点
考试的要点包括：pn结的基本结构和能带图；pn结的基本工作机理；pn结的结电流；pn 结的交流特性和瞬态特性；pn结的击穿特性；双极型晶体管的结构和工作原理；双极型晶体管的电流电压关系及增益；双极型晶体管中的非理想效应；双极型晶体管的交流特性；双极型晶体管的开关特性。
2.考试的形式与试卷结构
试卷分值：100分
考试时间：120分钟
答题方式：笔试
题型结构：名词解释、简答题、问答题、计算题、判断题、绘图题
其它要求：可以使用不具备编程和存贮功能的计算机。
3.参考书目
参考书目：《半导体物理与器件》（第三版）赵毅强等译电子工业出版社2005年。
固体物理复习提纲
固体物理复习大纲(2012年)一晶体结构与缺陷1 三维晶体具有的对称元素有哪些? 描述晶体的宏观对称性需要多少种点群? 描述晶体的微观对称性需要多少种空间群?2 为什么讨论晶体的对称性?3 什么是布拉菲点阵? 晶体有多少种布拉菲点阵?4 原胞、W-S原胞、布拉菲原胞是如何定义的？5 什么是倒格子？什么是布里渊区？倒格子和正格子的关系如何？三维晶体（sc、fcc、bcc）对应的倒格子和布里渊区。
6 研究晶体结构的主要实验方法有哪些？主要基本原理是什么？7 晶体中的主要缺陷有哪些？缺陷与晶体性质之间的关系？8 NaCl、Diamond和CsCl晶体的布拉菲点阵？结构示意图。
二晶体结合1 固体的四种主要结合方式？晶体结合与晶体性质之间的关系如何？2 什么是晶体的结合能？离子晶体和分子晶体结合能的相关计算。
三晶格振动和晶体的热学性质1 什么是晶格振动？简单解释格波的概念。
什么是声子？声子和声子之间的相互作用过程?一个简正模式的频率是否就是一个原子的振动频率？2 什么是德拜模型和爱因斯坦模型？什么是德拜温度，它有什么物理意义？3 长波极限情形下，声学波和光学波的主要特点是什么？4 晶格振动谱的实验研究方法有哪些？举例简单说明。
5 晶格振动和晶体的哪些性质有关？四周期势场中电子的基本行为1 什么是布洛赫定理？周期势场中电子的主要特点是什么？2 能带产生的原因是什么？3 近自由电子近似和紧束缚近似的主要基本思想是什么？4 晶体中电子能带的对称性如何？五自由电子气模型1 什么是自由电子气模型？有哪些不足之处？2 晶体中电子满足如何分布函数？式中各量的意义如何？3 什么是费米面？费米面的实验研究方法有哪些？4 电子热容与温度的关系如何？六输运1什么是玻尔兹曼输运方程；2 什么是驰豫时间近似？3 电阻和温度的关系如何？晶体中电阻产生的主要原因是什么？什么是近藤效应？4 什么是霍尔效应？有何用途？七磁性1 什么是磁振子？相应的实验研究方法？2 什么是磁畴？为什么畴壁有一定厚度，大致在什么范围？3 说明传导电子的自旋顺磁性和抗磁性产生的物理原因？八能带的计算方法和实验观察1．固体材料能带的实验研究方法有哪些？2．绝缘体、半导体、金属的能带结构基本特点？九电子动力学行为的半经典描述1．试述晶体中电子做准经典运动的条件和准经典运动的基本公式.2．有效质量、空穴的意义如何？引入它们有何用途？3．什么是德哈斯. 范阿尔芬效应？什么是回旋共振？用途？4．什么是朗道能级？十晶体的光学性质、介电性质以及其他部分1 什么是绝热近似？电子-声子的相互作用如何影响晶体的性质？2 固体中的元激发有哪些？什么是极化子？什么激子？3 什么是铁电体？典型的铁电体有哪些?4 解释普通金属在可见光波段特有的金属光泽，但在紫外波段是透明的？计算题：1 The semiconductor InSb has an energy gap 0.23g E eV =, a dielectric constant 18ε=,electron effective mass of *0.015e m m =, m is the mass of free electron. Using the effectivemass approach, calculatea. The donor energy for singly ionized donors,b. The donor Bohr radius,c. The donor density at which an impurity bands form.2 A solution of carbon in face-centered cubic iron has a density of 8142kg/m 3, with a cubic lattice parameter of 0.3583nm. The solution contains 0.8% of carbon. Explain whether this suggests that the carbon is present in interstitial sites or has substituted for iron at normal sites[Atomic weight of Fe=55.85, of C=12.01; mass of H atom =271.6610kg -⨯].3 The body-centered cubic structure’s primitive lattice vectors are ()111222,,a -, ()111222,,a -,()111222,,a -, and the face-centered cubic structure’s are ()1122,,0a , ()1122,0,a , ()11220,,a . Show that the reciprocal lattice of bcc is fcc.10 A crystal of Calcium Fluoride (CaF 2) has a face-centered cubic lattice with a basis of F - at (0,0,0) and (0,0,1/2), Ca ++ at (1/4,1/4,1/4).a. Draw a clear diagram of a cubic unit cell.b. What is the coordination number (number of nearest neighbours) of (a) each Calcium ion and (b) each Fluoride ion?c. Calculate the spacing along the [111] direction of successive planes of (a) Calcium ions and (b) Fluoride ions in terms of the cubic cell side a .d. Calculate the angle between the (111) and the (110) planes in this lattice.e. State Bragg’s law for the elastic scattering of x -rays by the planes of a crystal, explaining any symbols you use.f. C alculate the density of Calcium Fluoride, lattice constant a=0.546nm.。
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复习要点1.讨论声子与晶格振动间的关系。
声子的性质、倒逆过程、用声子的概念解释材料的热传导，并讨论声子热导率与温度的关系。
答：(1)晶格振动是指晶体中诸原子（离子）集体地在其平衡位置附近作振动，由于原子间的相互作用力，各个原子的振动不是彼此独立的，表现为一系列的格波。
晶体中原子离开平衡位置的运动，用一系列格波来等效(在一维单原子情况，格波数等于原子数)。
如果原子间的相互作用与位移成正比,即在简谐近似下，格波可以近似地看作简谐波，格波间的相互作用可以忽略。
这时的格波是相互独立的，称为独立模式。
对于这些独立而又分立的振动模式，可用谐振子来描述，简谐振子的能量是量子化的，格波的能量也是量子化的，将最小单位 称为声子。
声子是格波能量变化的最小单位，它并不是那个原子所有，而是某个格波能量的变化单位。
(2)声子是一种准粒子，具有动量和能量；满足动量守恒与能量守恒定律；声子间互相碰撞改变状态、湮灭、形成新的声子。
声子的倒逆过程：固体热传导的能量载体包括电子，声子和光子；温度高处声子浓度大，声子将以声速往温度低处运动，这就是声子导热过程。
由于晶格实际上是作非简諧运动，格波间会相互作用，这样声子间就会发生散射。
声子的散射满足能量与准动量守恒，其散射包括两种过程。
正常散射是同向的，倒逆过程是指第三个动量方向反过来，是另一种过程，这是产生热阻的主要原因。
材料中声子散射包括：( a ) 声子-声子散射（倒逆过程），(b) 声子与电子、点缺陷、位错、晶界的碰撞，(c) 声子与样品边界的碰撞。
晶体的热阻为倒逆过程产生的热阻和电子、缺陷、位错等对声子散射产生的电阻之和。
(3)声子热导率随温度的变化如图所示：峰值：热阻从来源于U（倒逆）过程到由边界散射主导的过渡2.材料的电阻是怎样产生的？杂质、温度对金属和半导体的电阻有何影响？按照单电子理论，温度接近绝对零度时，金属的电阻和温度有怎样的关系？用电子的波动相干性解释在绝对零度附近，金属的电阻随温度降低而上升的原因。
答：(1)实际晶体总是不完整的，点缺陷、位错、杂质、晶界、表面，声子、畴（电畴与磁畴）和应力，以及晶体中原子的热运动，会使周期性势场产生畸变，畸变的势场对电子散射，形成电阻。
(2) 杂质、温度升高均会使金属的电阻增大。
杂质是散射中心，会使金属中电子运动受到散射，电阻增大；温度升高使电子无规则运动加剧，电子的定向运动受到干扰，电阻增大。
掺入杂质使半导体的电阻下降，掺入杂质会在半导体的禁带产生杂质能级，电子可以借助杂质能及跃迁；温度升高，半导体电阻下降，温度升高为电子跃迁提供了能量。
(3)金属中电子受缺陷和声子的散射而形成电阻，ρ（T）=ρ0ρ（T）其中ρ0是由于缺陷、杂质等引起的电阻率，ρ（T）是晶格振动（声子）引起的电阻率。
声子数目是随着温度降低而减少的。
当温度趋于绝对零度时，电阻率应是常数ρ0。
(自己理解)(4)在绝对零度附近，由于电子的波动相干性，电子更愿意停留在原来的位子上，可动性比高温下要差，即弱局域性。
由于电子的量子干涉效应，量子效应修正使电阻增大，随着温度的降低，量子效应对对电阻的修正越来越大，结果是：电阻随温度下降按指数规律增加的。
3.基本概念：界面态与表面态、超晶格中能带折叠效应、简并半导体、库伦阻塞、弱定域化、布洛赫振荡、表面界面态的屏蔽作用答：界面态与表面态：表面（界面）态是由于交界处周期性势场的突然中断或严重畸变、以及外来杂质在表面界面处的吸附或偏析而产生的附加的一些能级或能带。
超晶格中能带折叠效应：超晶格由许多量子阱和其中的势垒所构成，一般势垒层厚度较薄，势阱中电子会通过隧穿而发生相互影响。
超晶格中不同势阱中电子的相互关联，同时一个能态上只容许一个电子占据。
超晶格中电子（或空穴）在垂直于超晶格平面方向的能量形成子能带结构，只能取一系列分段的值。
这种现象称为折叠。
折叠效应会使分立能级展宽为子能带，并使态密度DOS的台阶处不再是垂直上升，而是有所展宽。
简并半导体：如果半导体的施主（受主）杂质浓度非常高，施主（受主）杂质的波函数发生明显的重叠，能级分裂为能带，并可能与导带（价带）发生重叠，这时费米能级也会进入导带（价带）。
称为简并（degnerate）半导体。
库伦阻塞：在多体带电体系中，由于库仑作用，带电粒子处于两种电场中：一是使它定向运动的外电场，二是粒子之间的库仑相互作用。
对于分立的多体带电系统（中间有势垒间隔的系统），这时形成电流是由于带电粒子的隧道效应，使电子从分立的一部分到达分立的另一部分。
对于以上情况，理论研究表明，电流会一定条件下会中断。
这是一种带电粒子的关联现象。
这就是库仑阻塞。
弱定域化：弱定域化是指在低温条件下金属中电子在弹性散射占主导时，电子在传导途中由于限于闭合路径但不形成稳定定域态，仍能继续参与导电，由于量子相干性，电子更愿意停留在原来的位置上，其可动性比高下下要差，而使电导率减小、电阻增加的现象。
布洛赫振荡：理想晶体中的电子在外场作用下在空间作飘移运动，而在布区作来回运动。
电子在布里渊区中周而复始地运动，称布洛赫振荡。
表面界面态的屏蔽作用：实际上许多材料的表面态、界面态的密度是很大的（与表面的原子密度相当）。
当与半导体在发生交换电子时，只要表面态的E FS 略为往上移动，就可以接收大量电子，它略为往下移动，就能给出大量电子。
若考虑到表面、界面态的作用时，决定Schottky 势垒高度的主要因素是表面势垒 Φ0，金属函数与半导体功函数之差是第二位的。
4. 能带论是如何处理晶体中电子的运动的？写出布洛赫定理，并解释其物理意义。
金属、绝缘体和半导体在能带上有何差别答：(1)能带论在处理晶体中电子运动时采用了3大近似：绝热近似、单电子近似以及周期性势场近似。
(2)布洛赫定理)()exp()(r R ik R r E j j E ψψ∙=+或),(),(r k u R r k u j =+物理意义：电子可以在整个晶体中运动；不同点发现的几率不同；电子出现在不同原胞的对应点上几率是相同的，是晶体周期性的反映。
布洛赫函数的状态由波矢决定。
(3)满带中能级被电子占满，对导电没有贡献，只有半满带才会做贡献。
金属的导带是半满带。
对于绝缘体它的价带是满带，而导带是空带，由于禁带宽度太大了，以至于价带电子不能够激发到导带上。
绝缘体不能导电。
半导体，在绝对零度时，价带是满带，而导带是空带，不能导电，当外界条件（光照，热激发等）改变时，半导体的禁带宽度较小，可以把价带顶的电子激发到导带底，于是在导带底有了电子，价带顶有了空穴，可参与导电。
能带图如下：5.玻尔兹曼方程的基本物理思想与应用条件答：Boltzmann equation是分布函数法中所采用的一种方程，即是非平衡分布函数f(k,r,t)所满足的一个方程，求解此方程可得到不同条件下的f(k,r,t)，然后即可求出电子的各种输运参量。
物理思想：Boltzmann equation就是从能带结构出发，利用这些关系，将碰撞的作用与分布函数相联系，成为处理固体中输运现象的出发点。
应用条件：玻尔兹曼方程在以下一些假定下才可解：①散射过程是局部的，并在空间某一点发生，故散射是局域的。
②在时间上也是局域的。
③散射非常弱，电场也比较弱。
④考虑的尺度小于电子的平均时间的事件。
6.什么是空间电荷限制电导？什么情况下容易观察到？不考虑陷阱时，空间电荷电流与电压有怎样的关系。
画出没有陷阱和有陷阱时的空间电荷电流与电压的示意图，并加以说明。
答：(1)空间电荷限制电导：由一种正电荷或负电荷分布的空间称空间电荷区，半导体表面，或界面处经常存在着空间电荷区。
通常，空间电荷能对电流或从一个电极至另一个电极穿过的载流子数目发生限止作用。
在电场作用下，如果阴极每秒发射的电子数目超过了空间所能接纳的数目，剩下的就会形成负的空间电荷，形成一个附加电场，降低电子从阴极发射的速率。
这时的电流不再由注入电子的阴极所控制，而是受到半导体或绝缘体的体控制，即由材料内部载流子迁移率所控制。
这种情况下材料的电导称空间电荷限制电导。
(2)产生空间电荷限制电导（暗电导）的条件是：电极能够使电子注入导带或空穴注入价带，而且载流子注入的起始速率超过其复合速率；同时载流子浓度大于体浓度,这时注入载流子形成空间电荷，而限制电流的流动。
在这种情况下容易观察到。
(3)当材料完整性和纯度十分高时，可以暂不考虑陷阱的影响。
在小偏压下，当热载流子在外场作用下产生的漂移电流比莫特-古夸（child）电流大得多时，电导以欧姆型为主，J～V；当偏压超过转变电压VΩ时，电流主要是空间电荷限制电流，此时J～V2。
在本征半导体或绝缘体中，热载流子都是比较小，故在较小电压下就会产生空间电荷限制电流。
(4)有陷阱时I-V说明：当陷阱为浅陷阱时，电压逐渐增大，注入载流子浓度大于热激发载流子浓度时，仍然会出现上述无陷阱规律中的转变电压，导电规律由欧姆导电规律变成空间电荷限制电流律。
有陷阱存在时，当电压继续增大，如果将陷阱全部填满，此时为陷阱填充限制（traps filled limit）电压V TFL,电流就迅速从低的陷阱限制电流跳到高的无陷阱的空间电荷限制电流值。
当陷阱为深陷阱时，全部注入的载流子将首先用于填充陷阱，在V TFL时全部陷阱都被填满，因此也可以认为V TFL是开始从欧姆至空间电荷限制电导过渡电压，即VΩ。
7.介观态概念，写出介观态中电子输运的三种特殊现象，讨论介观态与纳米态的关系答：(1)介观态:介于宏观与微观的状态称介观态。
从尺寸上看，它可以是介于微米到纳米的范围。
(2)电子输运的特殊现象：弱定域化；普适电导涨落，固体的AB效应；非定域性，持续电流。
(3)纳米科学（Nanoscience)研究的是纳米尺寸范围有关科学，至今纳米科学的范围和定义还没有明确。
但介观态可以作为纳米科学的一个分支。
在有些场合，纳米态与介观态又有一定的差异：介观态中会出现电子的波动性；而在一些纳米材料中，电子的波动性并不十分明显。
8.电子自由程、相干长度、费米面波长这三个特征长度的物理含义答：(1)电子的平均自由程（meanfree path）它表征着占据初始动量本征态的粒子被散射到其他动量本征态前，粒子所走过的平均距离。
也就是表征粒子动量的弛豫。
其物理意义是：电子处于某个动量本征态的平均时间，即处在某一动量本征态的电子在被散射到另一动量本征态前所逗留的平均时间。
(2)相位相干长度LΦ占据某一个本征态的粒子，在完全失去相位相干性之前所传播的平均距离。
相位相干长度反映了粒子动力学保持相位相干性的最大范围。
LΦ就是电子的非弹性碰撞的自由程。
(3) 费米面波长费米面（Fermi surface）附近的电子德布罗意波长λF=2π/k F，简称费米波长。