半导体器件物理I复习笔记

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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)

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

(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。

半导体物理和半导体器件学习总结1

半导体物理和半导体器件学习总结1最近看了⼀遍半导体物理和半导体器件物理，准备总结⼀下。

涉及的内容和概念⾮常多，需要写好多篇，并配合图⽚和思维导图。

同时复习以前做过的习题、ppt、整理出的考研题等等。

但其实想要系统的理解其原理，还需要⼀些量⼦、电磁场、热⼒学、固体物理的知识，才能完整的掌握。

当然这些课我学的也不好，准备复习⼀下。

所以这⾥超纲或者不解的部分，我会做出记号，等明⽩之后再来解答。

1. 半导体物理基础和能带理论2. 载流⼦统计分布3. PN结原理4. ⾦半接触和MIS结构1. PN结原理2. 双极型晶体管3. MOS原理以上即为整理的⽬录，本次先从第⼀章，半导体物理基础和能带理论开始。

⼀、半导体物理基础和能带理论1、能带论①：⽤单电⼦近似法研究晶体中电⼦状态的理论称为能带论单电⼦近似法只知道密度泛函理论，虽然具体的推导也不太会，但⼤概意思了解⼀点。

这部分可能还要看看固体物理课本。

2、⾦刚⽯型结构：sp3杂化轨道这部分确实不太懂，好像是量⼦⼒学⾥⾯的内容，还要再复习⼀下②3、分⼦结构：四族主要是⾦刚⽯型结构三五族主要是闪锌矿型结构晶向、晶⾯之类的概念就不看了，具体研究遇到再说。

4、原⼦的能级和晶体的能带能级分⽴的原⼦形成晶体后，各个原⼦的电⼦壳层会有⼀定的交叠，外层交叠多，内层少，所以会产⽣电⼦共有化运动，越外层越显著。

同时能级分裂形成能带。

形成晶体的原⼦数N很⼤时，会形成明显的能带，叫做允带，允带之间是禁带。

但能带不⼀定与能级⼀⼀对应，例如硅、锗，它们都有四个价电⼦，两个s电⼦、两个p电⼦，组成晶体后，由于轨道杂化，形成上下两个能带，分别可以容纳4N个电⼦，于是形成满的价带和空的导带。

这部分还是不是很明⽩，可能还需要复习量⼦和近代物理才⾏。

③5、布⾥渊区与能带单电⼦近似的概念：晶体中的某⼀个电⼦是在周期性排列且固定不动的原⼦核的势场，以及⼤量电⼦的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，周期与晶格周期相同。

半导体器件物理知识点总结

半导体器件物理知识点总结《半导体器件物理知识点总结：那些让我又爱又恨的小家伙们》嘿，各位小伙伴们！今天咱来唠唠半导体器件物理知识点，这可真是个让人又爱又恨的领域啊！先说说这半导体吧，那可真是深藏不露的家伙。

就像个神秘的宝库，里面藏着无数的奇妙之处。

咱就得像探险家一样，一点点去挖掘、去了解。

什么能带啦、禁带啦，刚开始接触的时候，感觉就像在云里雾里摸索。

但是一旦搞懂了，嘿，还真有那么点成就感。

就好像终于找到了宝藏的钥匙，能开启那扇神秘的大门了。

pn 结，这可是半导体器件里的大明星！它就像个小小的魔术贴，把两种不同的半导体材料紧紧粘在一起。

这玩意儿的特性那叫一个神奇，正向导通，反向截止，就像个聪明的小开关。

还有场效应管，哇哦，这家伙可厉害了。

就像个能控制电流大小的司令官，可以精确地指挥着电流的流动。

想想看，能掌握这么个厉害的小玩意儿，是不是感觉自己酷毙了。

但是，这些知识点可不好搞啊！有时候为了搞懂一个小小的概念，得死磕好多书和资料。

那感觉就像在和一个调皮的小精灵斗争，它老是在你快要抓住它的时候溜走。

做题的时候就更别提了，有时候一道题能让我纠结半天。

一边挠着头，一边心里想着：“哎呀呀，这个该咋整呢。

”不过呢，一旦做出一道难题，那种开心劲儿啊，比吃了蜜糖还甜。

学半导体器件物理就像一场冒险，有时候会遇到迷雾重重的森林，有时候又会发现美丽的宝藏。

每次搞懂一个新的知识点，都感觉自己又升级了。

就好像游戏里的角色，不断地获得新技能，变得越来越强大。

哎呀呀，总之呢，半导体器件物理知识点总结起来就是既有挑战又有趣。

虽然有时候会被它们弄得晕头转向，但是探索的过程中也会有很多惊喜和乐趣。

希望各位小伙伴们也能在这个神奇的领域里尽情地探索，找到属于自己的宝藏！加油哦！。

半导体器件物理与工艺笔记

半导体器件物理与工艺笔记半导体器件物理与工艺是一个关于半导体器件的科学领域，主要研究半导体材料的性质、器件的物理原理以及制造工艺等方面的知识。

以下是一些关于半导体器件物理与工艺的笔记：1. 半导体基本概念：- 半导体是指在温度较高时表现出导电性的材料，但在室温下又是非导体的材料。

- 半导体材料有两种类型：N型半导体和P型半导体。

N型半导体是掺杂了电子供体（如磷或砷）的半导体，P型半导体是掺杂了空穴供体（如硼或铝）的半导体。

2. PN结：- PN结是由N型半导体和P型半导体通过扩散而形成的结构。

- 在PN结中，N区的自由电子从N区向P区扩散，而P区的空穴从P区向N区扩散，产生了电子-空穴对的复合，形成正负离子层。

- 在PN结的平衡态下，电子从N区向P区扩散的电流等于空穴从P区向N区扩散的电流，从而形成零电流区域。

3. PN结的运行状态：- 正向偏置：将P区连接到正电压，N区连接到负电压，使PN结变突。

此时，电子从N区向P区流动，空穴从P区向N区流动，形成正向电流。

- 反向偏置：将P区连接到负电压，N区连接到正电压。

此时，电子从P区向N区流动，空穴从N区向P区流动，形成反向电流。

- 断电区：当反向电压超过一定电压（称为击穿电压）时，PN结会进入断电区，电流急剧增加。

4. 半导体器件制造工艺：- 掺杂：在制造半导体器件时，需要将掺杂剂（如磷、硼等）加入到半导体材料中，改变半导体的电子结构，使其成为N型或P型半导体。

- 光刻：通过光刻技术，在半导体材料表面上制作出微小的图案，用于制造电路中的导线和晶体管等元件。

- 氧化：将半导体材料置于高温下与氧气反应，形成一层硅氧化物薄膜，用于对半导体器件进行绝缘和隔离。

- 金属沉积：将金属材料沉积在半导体材料上，用于制造电子元件中的金属电极。

- 焊接：将多个半导体器件通过焊接技术连接在一起，形成电子电路。

这些只是半导体器件物理与工艺的一部分内容，该领域还涉及到更深入的知识和技术。

半导体器件物理I复习笔记

精心整理半一复习笔记By潇然2 1.1平衡PN结的定性分析1.pn结定义：在一块完整的半导体晶片（Si、Ge、GaAs等）上，用适当的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p型半导体，则在两种半导体的交界面附近就形成了pn结2.缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结3.4.1.21.2.1.41.(1)(2)(3)(4)2.1.51.2.1.61.2.扩散电容1.7势垒电容在考虑正偏时耗尽层近似不适用的情况下，大致认为正偏时势垒电容为零偏时的四倍，即1.8扩散电容定义：正偏PN结内由于少子存储效应而形成的电容1.9PN结的瞬态1.10PN结击穿1.雪崩击穿(1)定义：在反向偏压下，流过pn结的反向电流，主要是由p区扩散到势垒区中的电子电流和由n区扩散到势垒区中的空穴电流所组成。

当反向偏压很大时，势垒区中的电场很强，在势垒区内的电子和空穴受到强电场的漂移作角，具有很大的动能，它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时，能把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。

(2)击穿电压，与NB成反比，意味着掺杂越重，越容易击穿；(3)(4)(5)2.(1)(2)(3)2.1BJT2.2BJT1.①In（X1②IE=Inγ0③In（X2的复合电流之和；此处可推导αT02.发射结的发射效率γ0对于NPN型晶体管，γ0定义为注入基区的电子电流与发射极总电流之比，即有（定义）代入Ip（X1）（B区空穴注入E区扩散电流）以及In（X2）（E区电子注入B区电子电流），得下式3.基区输运系数αT0对于NPN晶体管，定义为到达集电结边界X3的电子电流In(X3)与注入基区的电子电流In(X2)之比，即有（定义）代入复合电流与E→B电子的扩散电流，再利用扩散系数与扩散长度的关系消去寿命τ2.3非均匀基区晶体管的直流电放大系数1.形成过程：以NPN晶体管为例，在B区内，人为令靠近E区的部分掺杂浓度高，靠近C区的部分掺杂浓度低→产生浓度差，多子空穴从左扩散至右→左边空穴浓度低于杂质浓度，带负电荷；右边空穴浓度高于杂质浓度，带正电荷→产生向左的电场→电场强度一直增强，直到空穴的扩散运动强度等于漂移运动强度2.目的：少子在基区中不但有扩散运动，还有漂移运动，甚至以漂移运动为主→缩短少子的基区渡越时间，3.E→已知4.0时（即5.2.41.3.Webster效应（BaseConductanceModulation/基区电导调制效应）——基区大注入定义、影响：当VBE较大、注入电子时→基区中也有大量的空穴积累(并维持与电子相同的浓度梯度),这相当于增加了基区的掺杂浓度,使基区电阻率下降~基区电导调制效应→IEp增大→注射效率γ降低，β0下降注：是引起大电流β0下降的主要原因4.Kirk效应（BasePushOut/基区展宽效应）——发射区大注入效应①定义：在大电流时，基区发生展宽的现象②过程①是小注入，③是注入的电子正好中和集电区一边的正空间电荷③影响：a.基区存储少子电荷增加b.β0下降c.频率特性变差（严重影响高频特性）④措施：提高NC、设定最大Ic等5.发射极电流集边效应——使大注入加剧①定义：发射极电流集中在发射极的边缘②原因：基极电阻引起横向电压→E极输入电流密度由边缘至中央指数下降→IE将集中在发射结边缘附近③影响：a.使发射结边缘处电流密度↑，易产生边缘Webster效应及Kirk效应，β0下降b.局部过热c.影响功率特性④措施：a.采用插指结构b.NB不能太低（降低基极电阻）6.发射区禁带变窄①原因：E区重掺→禁带宽度变窄②影响：发射结注入效率γ下降总结：2.5BJT1.α2.β3.4.2.61.iCTeiCDe，为集电结势垒区输运系数，为集电区衰减因子综上，交流小信号相比于直流，其多了E结势垒电容CTe的充放电电流、E结扩散电容CDe的充放电电流、集电结渡越时间中电流衰减、C结势垒电容CTc的充放电电流影响：使电流增益下降、使信号延迟产生相位差2.晶体管共基极高频等效电路3.共基极交流电流放大系数α及截止频率fα的定量分析①发射区注入效率γ和发射结电容充电时间τe=re*CTe，其中re=Vt/IE，CTe为正偏势垒电容，故需要乘上常数②基区输运系数αT和基区渡越时间τb③集电极势垒区输运系数αdc和集电极耗尽区渡越时间τd，其中Xmc为C区空间电荷区宽度，usl为载流子极限速度④集电区衰减因子αc和集电结电容充电时间τc，代表通过集电区串联电阻rcs对势垒电容的充放电时间常数⑤共基极电流放大系数及其截止频率2.71.2.③与3.τd）2.81.2.2.91.2.线电流密度：发射极单位周长电流容量3.提高线电流密度措施①外延层电阻率选得低一些②直流放大系数β0或fT尽量做得大些③在允许的范围内适当提高集电结偏压及降低基区方块电阻2.10BJT的击穿电压与外延参数确定1.穿通①机理：随着收集结上反偏电压的不断增加，收集结空间电荷区扩展至整个基区②穿通时的BC结电压其意为：基极开路时击穿电压比真实的雪崩击穿电压小，缩小的比例为n次开方β3.提高Vpt的方法①提高WB、NB，与提高增益矛盾②减小NC，与提高fT矛盾实际设计中令Vpt>BVCBO，即防止C结雪崩击穿前先发生穿通4.外延结构晶体管特点同时满足击穿特性与频率特性（N+衬底降低rC），较好解决矛盾2.11BJT的安全工作区1.二次击穿2.1.UBC>02.1.内部：外部：①加大IB④在UCC2.BCIB1.EM-12.EM-23.EM-3①考虑Early效应新增两个②考虑小电流下势垒复合与基区表面复合新增四个③考虑大注入效应新增两个④考虑Kirk效应（基区展宽效应）4.三种模型参数。

半导体器件物理复习重点

半导体器件物理_复习重点第一章PN结1.1 PN结是怎么形成的？1.2 PN结的能带图（平衡和偏压）1.3 内建电势差计算1.4 空间电荷区的宽度计算Naxp?Ndxn1.5 PN结电容的计算第二章PN结二极管2.1理想PN结电流模型是什么？2.2 少数载流子分布（边界条件和近似分布）2.3 理想PN结电流??eVa??J?Js?exp???1? ??kT??Js?eDppn0Lp?eDnnp0Ln?1D1n??en??Na?n0Nd?2iDp?? ?p0??2.4 PN结二极管的等效电路（扩散电阻和扩散电容的概念）？2.5 产生-复合电流的计算2.6 PN结的两种击穿机制有什么不同？第三章双极晶体管3.1 双极晶体管的工作原理是什么？3.2 双极晶体管有几种工作模式，哪种是放大模式？3.3 双极晶体管的少子分布（图示）3.4 双极晶体管的电流成分（图示），它们是怎样形成的？3.5 低频共基极电流增益的公式总结（分析如何提高晶体管的增益系数）??1?pE0DELBtanh(xB/LB)NB1?1??NEnB0DBLEtanh(xE/LE)1DBxB??DExE 11?T??cosh(xB/LB)1?(x/L)2BB2??1?1Jr0?eV? exp??BE?Js0?2kT?????T????1??3.6 等效电路模型（Ebers-Moll模型和Hybrid-Pi模型）（画图和简述）3.7 双极晶体管的截止频率受哪些因素影响？3.8 双极晶体管的击穿有哪两种机制？第四章MOS场效应晶体管基础4.1 MOS结构怎么使半导体产生从堆积、耗尽到反型的变化？（加负压时，半导体产生堆积型，因为负电荷出现在金属板上，如果电场穿入半导体，作为多子的空穴将会被推向氧化物—半导体表面，形成堆积；加一个小的正压时，正电荷堆积在金属板上，如果电荷穿过电场时，作为多子的空穴被推离氧化物—半导体表面，形成一个负的空间电荷区；加一个更大的正压时，MOS电容中负电荷的增多表示更大的空间电荷区以及能带弯曲程度更大，半导体表面从P型转化为N型。

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〕。

半导体物理与器件第四版知识点总结

半导体物理与器件第四版知识点总结半导体物理与器件第四版知识点总结？全书涵盖了量子力学、固体物理、半导体材料物理及半导体器件物理等内容，共三部分（合计15章）。

第一部分是基础物理，包括固体晶格结构、量子力学和固体物理；第二部分是半导体材料物理，主要讨论平衡态和非平衡态半导体以及载流子输运现象；第三部分是半导体器件物理，主要讨论同质pn结、金属半导体接触、异质结以及双极晶体管、mos场效应晶体管、结型场效应晶体管等。

最后论述光子器件和功率半导体器件。

书中既讲述了半导体基础知识，也分析讨论了小尺寸器件物理问题，具有一定的深度和广度力学知识点总结？【重力】1.地面附近的物体，由于地球的吸引而受的力叫重力。

重力的施力物体是：地球。

2.重力大小g=mg其中g=9.8n/kg它表示质量为1kg的物体所受的重力为9.8n。

未说明时g=10n/kg3.重力的方向：竖直向下。

4.重力的作用点──重心。

【弹力】1.物体受力发生形变，失去力又恢复到原来的形状的性质叫弹性。

2.塑性：在受力时发生形变，失去力时不能恢复原来形状的性质叫塑性。

3.弹力：物体由于发生弹性形变而受到的力叫弹力，弹力的大小与弹性形变的大小有关。

4.弹力产生的条件：(1)直接接触;(2)有弹性形变5.弹簧测力计：6.弹力的大小：用二力平衡方法求解【摩擦力】1.产生条件：(1) 物体接触表面是粗糙的(如接触面光滑时摩擦力为零);(2) 物体对接触表面有挤压作用;(3) 物体关于接触面发生相对运动或相对运动趋势.以上三点式摩擦力产生的必要条件，三者缺一不可.2.分类(1) 滑动摩擦力：(2) 静摩擦力：(3) 滚动摩擦：3.特点(1) 滑动摩擦力的大小和方向①大小：与接触面的粗糙程度和压力有关，压力越大，表面越粗糙，摩擦力越大.②方向：与物体相对于接触面的运动方向相反.(2)静摩擦力的大小和方向：①大小：与使物体产生相对运动趋势的外力大小相等.②方向：与物体相对于接触面的运动趋势方向相反.point知识点总结？point可以用作名词point用作名词时的意思比较多,可作“要点,论点,观点,尖端,尖儿,点; 小数点,标点,(某一)时刻,(某一)地点,分数,得分,条款,细目”“特点,特征,长处”等解,均用作可数名词。

半导体物理笔记绪论一章修正版

绪论一、什么是半导体导体半导体绝缘体电导率ρ <310- 9310~10- 910> cm •Ω此外，半导体还有以下重要特性1、温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si ）若温度从 30C 变为C 20时，其电阻率ρ增大一倍。

2、微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力例如：若有100万硅掺入1个杂质原子（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C 27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。

另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。

综上：● 半导体是一类性质可受光、热、磁、电（场），微量杂质含量的变化而改变其性质的材料。

二、课程内容本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。

预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构固体：晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体；非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料）晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里（610-m ）按一定方式规则排列——称为长程有序。

单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。

多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。

非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距）存在结构有序——短程有序。

§1 化学键和晶体结构1、原子的负电性化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。

电离能：失去一个价电子所需的能量。

亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。

(ⅡA 族和氧除外) 原子负电性=（亲和能+电离能）18.0⨯ （Li 定义为1）● 负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。

半导体器件物理复习资料1

半导体器件物理复习资料第1 页共11 页半导体器件物理复习资料半导体器件：导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。

（器件的基础结构：金属—半导体接触，p-n 结，异质结，MOS 结构）Physics of Semiconductor半导体材料半导体的电导率则介于绝缘体及导体之间。

元素（Element）半导体：在周期表第Ⅳ族中的元素如硅（Si）及锗（Ge）都是由单一原子所组成的元素（element）半导体。

化合物（Compound）半导体：二元化合物半导体是由周期表中的两种元素组成。

几种常见的晶体结构晶体：组成固体的原子（或离子）在微观上的排列具有长程周期性结构非晶体：组成固体的粒子只有短程序，但无长程周期性准晶：有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性能带的形成原子靠近→电子云发生重叠→电子之间存在相互作用→分立的能级发生分裂。

从另外一方面来说，这也是泡利不相容原理所要求的。

一个能带只能有N 个允许的状态；考虑电子有两种自旋状态，故一个能带能容纳2N 个电子；对于复式格子，每个能带允许的电子数还要乘上原胞内的原子个数；对于简并能带，状态总数要乘以简并度。

金属、半导体、绝缘体金属导体：最高填充带部分填充；绝缘体和半导体：T=0K，最高填充带为填满电子的带。

T>0K，一定数量电子激发到上面的空带。

绝缘体的Eg 大，导带电子极少；半导体的Eg 小，导带电子较多。

根据能带填充情况和Eg 大小来区分金属、半导体和绝缘体。

（全满带中的电子不导电；部分填充带：对称填充，未加外场宏观电流为零。

加外场，电子逆电场方向在k 空间移动。

散射最终造成稳定的不对称分布，产生宏观电流（电场方向）。

）有效质量电子共有化运动的加速度与力的关系和经典力学相同，即：m*具有质量量纲，称为晶体中电子的有效质量。

（能带越宽，有效质量越小；能带越窄，有效质量越大。

）m* 的意义：晶体中的电子除受到外力，还受到周期场力。

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：IV 族的C ，Si ，Ge 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：GaAs 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：晶体中电⼦运动的基本⽅程为：，K 为波⽮，uk(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k=n/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第⼆布⾥渊区：-1/aE(k)也是k 的周期函数，周期为1/a,即E(k)=E(k+n/a),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ED 。

施主能级离导带很近。

8.受主杂质：III 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，记为EA 。

受主能级离价带很近。

10.简并半导体&⾮简并半导体：若费⽶能级进⼊了导带，说明n 型杂质掺杂浓度很⾼(即ND 很⼤)；也说明了导带底附近的量⼦态基本上被电⼦所占据了。

半导体物理与器件基础总复习汇总

16 3 N N 2 10 cm 根据 A D
查图4－14得μ，然后计算可得
1 pq p
14
例5、某p型半导体掺杂浓度NA＝1016/cm3，少子寿命为 10μs ，在均匀光的照射下产生非平衡载流子，其产生率g=1018/cm3s，试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时4的费米能级比较。设本征载流子浓度 ni=1010/cm3。解、1）无光照时，空穴浓度
1?pnn可查图415得到cm?71313根据316cm102?dann查图414得然后计算可得ppq11414例5某p型半导体掺杂浓度na1016cm3少子寿命为10s在均匀光的照射下产生非平衡载流子其产生率g1018cm3s试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时4的费米能级比较
半导体物理
2）第二章：
杂质与杂质能级、施主杂质与受主杂质；浅能级杂质电离能的简单计算——类氢模型；杂质补偿作用、深能级杂质的特点、作用及形成等
2

3）第三章：
热平衡载流子、k 空间量子态、导带底电子状态密度、价带顶状态密度、状态密度有效质量；费米分布、玻耳兹曼分布、费米能级及其与杂质浓度和温度的关系、本征半导体及本征激发、本征载流子浓度；电中性条件、杂质电离能及电离过程、简并半导体、简并化条件；载流子冻析效应、禁带窄化效应；
1.5 1010 1.602 10－19 (1350 500) 4.45 10－6 s / cm
掺入As浓度为ND=5.00×1022×10-6=5.00×1016cm-3
16 3 n N 5 10 / cm 杂质全部电离， 0 D
查图4-14可得：μn＝900cm2/V· S
Semiconductor Physics 雷天民

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半一复习笔记By 潇然2018.1.12 1.1平衡PN结的定性分析1. pn结定义：在一块完整的半导体晶片（Si、Ge、GaAs等）上，用适当的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p型半导体，则在两种半导体的交界面附近就形成了pn结2. 缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结3. 内建电场：空间电荷区中的这些电荷产生了从n区指向p区，即从正电荷指向负电荷的电场4. 耗尽层：在无外电场或外激发因素时，pn结处于动态平衡，没有电流通过，内部电场E为恒定值，这时空间电荷区内没有载流子，故称为耗尽层1.2 平衡PN结的定量分析1. 平衡PN结载流子浓度分布2. 耗尽区近似：一般室温条件，对于绝大多部分势垒区，载流子浓度比起N区和P区的多数载流子浓度小的多，好像已经耗尽了，此时可忽略势垒区的载流子，空间电荷密度就等于电离杂质浓度，即为耗尽区近似。

所以空间电荷区也称为耗尽区。

在耗尽区两侧，载流子浓度维持原来浓度不变。

1.4 理想PN结的伏安特性（直流）1. 理想PN结：符合以下假设条件的pn结称为理想pn结(1) 小注入条件—注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；Δn<n0, Δp<p0,(2) 突变耗尽层条件—外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。

(3) 通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用；(4)玻耳兹曼边界条件—在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布。

2. 理想pn结模型的电流电压方程式（肖特来方程式）：1.5 产生-复合电流1. 反偏PN结的产生电流2. 正偏PN结的复合电流1.6 理想PN结交流小信号特性1. 扩散电阻2. 扩散电容1.7 势垒电容在考虑正偏时耗尽层近似不适用的情况下，大致认为正偏时势垒电容为零偏时的四倍，即1.8 扩散电容定义：正偏PN结内由于少子存储效应而形成的电容1.9 PN结的瞬态1.10 PN结击穿1. 雪崩击穿(1) 定义：在反向偏压下，流过pn结的反向电流，主要是由p区扩散到势垒区中的电子电流和由n区扩散到势垒区中的空穴电流所组成。

(2) 击穿电压，与NB成反比，意味着掺杂越重，越容易击穿；(3) 临界电场(4) 特点(5) 提高雪崩击穿电压的方法2. 齐纳击穿(1) 定义：隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。

(2) 特点(3) 注意事项（帮助理解）隧道击穿时要求一定的NVA 值，它既可以是N小VA大；也可以是N大VA 小。

前者即杂质浓度较低时，必须加大的反向偏压才能发生隧道击穿。

但是在杂质浓度较低，反向偏压大时，势垒宽度增大，隧道长度会变长，不利于隧道击穿，但是却有利于雪崩倍增效应，所以在一般杂质浓度下，雪崩击穿机构是主要的。

而后者即杂质浓度高时，反向偏压不高的情况下就能发生隧道击穿，由于势垒区宽度小，不利于雪崩倍增效应，所以在重掺杂的情况下，隧道击穿机构变为主要的。

附：二极管模型与模型参数2.1 BJT直流特性-定性分析2.2 BJT直流特性-定量分析1. 基础关系① In（X1）=In（X2），In（X3）=In（X4），耗尽区不考虑复合；② IE=In（X2）+Ip（X1），即发射极电流等于E→B电子的扩散电流与B→E空穴的扩散电流之和；此处可推导γ0③ In（X2）=In（X3）+IvB，即E→B电子的扩散电流，等于进入C的电子的漂移电流与在B区因电子复合产生的复合电流之和；此处可推导αT02. 发射结的发射效率γ0对于NPN型晶体管，γ0定义为注入基区的电子电流与发射极总电流之比，即有（定义）代入Ip（X1）（B区空穴注入E区扩散电流）以及In（X2）（E区电子注入B区电子电流），得下式3. 基区输运系数αT0对于NPN晶体管，定义为到达集电结边界X3的电子电流In(X3)与注入基区的电子电流In(X2)之比，即有（定义）代入复合电流与E→B电子的扩散电流，再利用扩散系数与扩散长度的关系消去寿命τ2.3 非均匀基区晶体管的直流电放大系数1. 形成过程：以NPN晶体管为例，在B区内，人为令靠近E区的部分掺杂浓度高，靠近C区的部分掺杂浓度低→产生浓度差，多子空穴从左扩散至右→左边空穴浓度低于杂质浓度，带负电荷；右边空穴浓度高于杂质浓度，带正电荷→产生向左的电场→电场强度一直增强，直到空穴的扩散运动强度等于漂移运动强度2. 目的：少子在基区中不但有扩散运动，还有漂移运动，甚至以漂移运动为主→缩短少子的基区渡越时间，有利于提高基区输运系数与电流放大系数3. 方法：已知基区多子掺杂浓度→利用基区空穴扩散电流与漂移电流大小相等，算出基区电场强度E→已知基区电子电流IEn，算出B区少子电子浓度随距离x、基区漂移系数η的关系式，如下图4. 结论①同样的InB，漂移晶体管的基区少子总数下降（少子浓度曲线下方面积即代表总数）；杂质分布越陡峭，少子总数下降越厉害②发射极注射效率γ0无变化，基区输运系数αT0 = 1 -W^2/ [λ(Lnb)^2]，当基区漂移系数η为0时（即均匀正常掺杂）λ=2，η>>1时η=λ，故提高η可以提高电流增益5. 提高电流放大系数的措施①适当增大E区Gummel数GE②适当减小NB③减小基区宽度④加强工艺控制2.4 非理想特性 (nonideal effects)1. 厄利效应（基区宽度调制效应）（Early Effect）①定义：当晶体管的集电结反向偏压发生变化时，空间荷区宽度 Xmc 也将发生变化，因而会引起有效基区宽度的相应变化，如图所示。

这种由于外加电压引起有效基区宽度变化的现象称为基区宽度调制效应②影响：有效基区宽度变窄，Ic增加（根据B区少子浓度曲线斜率），同时β0增加③厄利电压VA理想情况下VA趋近于负无穷④影响因素：基区掺杂NB、基区宽度XB。

降低两者均会使β0增大，而厄利效应严重2. Sah效应（E-B结空间电荷区复合）①定义：发射结势垒区的复合电流IER使得IE增大，（根据定义）注射效率γ0降低②影响：对IE、IB均有贡献，但对IC无贡献，故β0降低3. Webster效应（Base Conductance Modulation/基区电导调制效应）——基区大注入定义、影响：当VBE 较大、注入电子时→基区中也有大量的空穴积累 (并维持与电子相同的浓度梯度), 这相当于增加了基区的掺杂浓度, 使基区电阻率下降~ 基区电导调制效应→ IEp增大→注射效率γ降低，β0下降注：是引起大电流β0下降的主要原因4. Kirk效应（Base Push Out/基区展宽效应）——发射区大注入效应①定义：在大电流时，基区发生展宽的现象②过程①是小注入，③是注入的电子正好中和集电区一边的正空间电荷③影响：a.基区存储少子电荷增加 b.β0下降 c.频率特性变差（严重影响高频特性）④措施：提高NC、设定最大Ic等5. 发射极电流集边效应——使大注入加剧①定义：发射极电流集中在发射极的边缘②原因：基极电阻引起横向电压→E极输入电流密度由边缘至中央指数下降→IE将集中在发射结边缘附近③影响：a.使发射结边缘处电流密度↑，易产生边缘Webster效应及Kirk效应，β0下降 b.局部过热 c.影响功率特性④措施：a.采用插指结构 b.NB不能太低（降低基极电阻）6. 发射区禁带变窄①原因：E区重掺→禁带宽度变窄②影响：发射结注入效率γ下降总结：2.5 BJT频率参数1. α截止频率fα定义：共基极短路电流放大系数下降到低频的3dB所对应的频率2. β截止频率fβ定义：共发射极电流放大系数β下降到低频β0的3dB时所对应的频率3. 特征频率 fT定义：共发射极电流放大系数∣β∣=1 时所对应的频率4. 最高振荡频率fM定义：共发射极运用时，功率增益等于1时所对应的频率，此时晶体管的输出功率等于输入功率2.6 共基极交流小信号α频率特性分析1. 交流小信号电流传输过程①通过发射结iCTe为发射结势垒结电容分流电流②基区输运阶段iCDe表示发射结扩散电容分流电流③集电结势垒区渡越阶段，为集电结势垒区输运系数④通过集电区阶段，为集电区衰减因子综上，交流小信号相比于直流，其多了E结势垒电容CTe的充放电电流、E结扩散电容CDe的充放电电流、集电结渡越时间中电流衰减、C结势垒电容CTc的充放电电流影响：使电流增益下降、使信号延迟产生相位差2. 晶体管共基极高频等效电路3. 共基极交流电流放大系数α及截止频率fα的定量分析①发射区注入效率γ和发射结电容充电时间τe=re*CTe，其中re=Vt/IE，CTe为正偏势垒电容，故需要乘上常数②基区输运系数αT和基区渡越时间τb③集电极势垒区输运系数αdc和集电极耗尽区渡越时间τd，其中Xmc为C区空间电荷区宽度，usl为载流子极限速度④集电区衰减因子αc和集电结电容充电时间τc，代表通过集电区串联电阻rcs对势垒电容的充放电时间常数⑤共基极电流放大系数及其截止频率2.7 共射极交流小信号β频率特性分析1. 共发射极交流电流放大系数β和截止频率fβ2. 特征频率fT①定义：共射组态下电流失去放大能力的频率②表达式③与fα、fβ的关系3. 提高特征频率的有效途径①减小基区宽度（τb）②减小结面积（τe、τc的电容）③适当降低集电区电阻率及其厚度（降低rc提高τc，又不至于影响击穿电压，使功率特性差；降低τd）④兼顾功率特性和频率特性的外延晶体管结构（npnn +）2.8 基区串联电阻RB1. 定义：基极电流IB经基极引线经非工作基区流到工作基区所产生的压降，当做一个电阻产生，则其为基区串联电阻2. 影响①基区自偏压效应导致的电流集边效应②使输入阻抗增大③在线路应用中形成反馈（影响晶体管的功率特性和频率特性）2.9 发射极电流集边效应与晶体管图形设计1. 基区自偏压效应定义：大电流→ 较大IB流过基极电阻，产生较大横向压降→ 发射结正向偏置电压由边缘至中心逐渐减少，电流密度则由中心至边缘逐渐增大2. 线电流密度：发射极单位周长电流容量3. 提高线电流密度措施①外延层电阻率选得低一些②直流放大系数β0或fT尽量做得大些③在允许的范围内适当提高集电结偏压及降低基区方块电阻2.10 BJT的击穿电压与外延参数确定1. 穿通①机理：随着收集结上反偏电压的不断增加，收集结空间电荷区扩展至整个基区②穿通时的BC结电压2. 雪崩击穿其意为：基极开路时击穿电压比真实的雪崩击穿电压小，缩小的比例为n次开方β3. 提高Vpt的方法①提高WB、NB，与提高增益矛盾②减小NC，与提高fT矛盾实际设计中令 Vpt >BV CBO，即防止C结雪崩击穿前先发生穿通4. 外延结构晶体管特点同时满足击穿特性与频率特性（N+衬底降低rC），较好解决矛盾2.11 BJT的安全工作区1. 二次击穿2. 措施：加入肖特基钳位二极管2.12 BJT 的开关作用1. 饱和状态：饱和状态又分为临界饱和与深.饱和。

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