半导体物理基础 总复习..

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第一章半导体物理基础

一、能带理论

1、能带的形成、结构：导带、价带、禁带

•当原子结合成晶体时，原子最外层的价电子实际上是被晶体中所有原子所共有，称为共有化。

•共有化导致电子的能量状态发生变化，产生了密集能级组成的准连续能带---能级分裂

•价带：绝对0度条件下被电子填充的能量最高的能带；结合成共价键的电子填充的能带。

•导带：绝对0度条件下未被电子填充的能量最低的能带

2、导体、半导体、绝缘体的能带结构特点

•禁带的宽度区别了绝缘体和半导体；而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别；绝缘体是相对的，不存在绝对的绝缘体。

3、导电的前提：不满带的存在

二、掺杂半导体

1、两种掺杂半导体的能级结构。

2、杂质补偿的概念

三、载流子统计分布

1、费米函数、费米能级：公式1-7-9和1-7-10，及其简化公式1-7-11

和1-7-12

2、质量作用定律，只用于本征半导体：公式1-7-27

3、用费米能级表示的载流子浓度：公式1-7-28和1-7-29

4、杂质饱和电离的概念（本征激发）

5、杂质半导体费米能级的位置：公式1-7-33和1-7-37。意义（图

1-13，费米能级随着掺杂浓度和温度的变化）。

6、杂质补充半导体的费米能级

四、载流子的运输

1、（1.8节）载流子的运动模式：散射－漂移－散射。平均弛豫时间的概念

2、迁移率，物理意义：公式1-9-4和1-9-5（迁移率与电子自由运

动时间和有效质量有关），迁移率与温度和杂质浓度的关系

3、电导率，是迁移率的函数：公式1-9-10和1-9-11

4、在外电场和载流子浓度梯度同时存在的条件下，载流子运输公

式：1-9-24～1-9-27

5、费米势：公式1-10-5：电势与费米能级的转换

6、以静电势表示的载流子浓度1-10-6和1-10-7或1-10-9和1-10-10

7、爱因斯坦关系：反映了扩散系数和迁移率的关系。在非热平衡状态下也成立。公式1-10-11和1-10-12 五、非平衡载流子

1、概念：平衡与非平衡（能带间的载流子跃迁）；过剩载流子

2、大注入和小注入

3、产生率、复合率、净复合率

4、非平衡载流子的寿命：从撤销外力，到非平衡载流子消失。单位时间内每个非平衡载流子被复合掉的概率 ，净负荷率

5、载流子的寿命 ：反映衰减快慢的时间常数，标志着非平衡载流子在复合前平均存在的时间

6、准费米能级1-12-1、1-12-2

7、直接复合、间接复合

8、非平衡少子寿命与本征半导体的关系：

在掺杂半导体中，非平衡少子的寿命比在本征半导体中的短， 和多子浓度成反比，即与杂质浓度成反比。 9、基本控制方程：1-15-3、1-15-4、1-15-2

参考题（例子）

1、请画出导体、半导体、绝缘体的能带结构示意图，并解释它们之间的区别。

2、什么是费米能级？请写出费米函数。

τ

τ/1τ

/p ∆τ

3、什么是质量作用定律？它的适用范围？

4、请写出N 型和P 型半导体的费米能级公式，并解释其费米能级与掺杂浓度和温度之间的关系。

5、请画出两种杂质半导体的能级结构，并解释。

第二章 PN 结

一、热平衡PN 结

1、PN 结的形成，能带图形成原理以及结构（会画）

2、突变和缓变PN 结

3、PN 结的内建电势2-1-7和2-1-19

4、电势和电场的面积关系：

5、泊松方程：电荷密度、电场、电势的关系

E C

E

E C E V E

F E

C E F E i E V E

W

E M 002

1

=∆ψ()a d N n N p k q

dx d --+-=0

2

2εψdx

d E ψ-

=()a d N n N p k q

dx dE --+=

ε

二、加偏压的PN 结

1、能带的变化特点：偏离平衡态，出现准费米能级（图2-5）；

2、扩散近似；正向注入和反向抽取：边界处少子浓度与外加偏压的关系

3、边界条件2-2-1和2-2-12

三、理想PN 结的直流电流－电压特性 1、理想情况的几个假设：（1）～（4）

2、能够画出正、反偏压下PN 结少子分布、电流分布和总电流示意图。（图2-7、2－8）

3、公式2-3-16及其近似2-3-22

4、空穴和电子的扩散长度表达式及意义。空穴和电子的扩散长度表达式及意义（两个意义：扩散区域；少子扩散电流衰减为1/e ）。

空穴扩散区、电子扩散区

四、空间电荷区的复合电流和产生电流 1、图2－11，分三个阶段

低偏压：空间电荷区的复合电流占优势 偏压升高： 扩散电流占优势 更高偏压： 串联电阻的影响出现了

2

/1)(P P P D L τ=2

/1)

(n n n D L τ=

五、隧道电流

1、了解隧道电流的概念及产生条件。

2、江崎二极管的电流-电压特性（图2-13） 六、I-V 特性的温度依赖关系

1、图2－14和2－15：在相同电压下，电流随温度升高。 七、耗尽层电容（势垒电容、结电容）和扩散电容 1、概念、形成原因

2、扩散电容在低频正向偏压下特别重要。 八、PN 结二极管的频率特性 1、二极管等效电路图2-19 2、二极管直流电导或扩散电导 扩散电容

九、电荷存储和反向瞬变 1、PN 结的开关作用。 2、反向瞬变和电荷存储的概念

3、根据2－21的载流子分布，解释2－20所示的电流、电压特性（分三个阶段）。 十、PN 结击穿

1、雪崩击穿的产生原理：碰撞电离、倍增效应。

2、齐纳击穿：由隧道效应产生

T

D V I g =

T

p D V I

C 2τ=