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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。
半导体物理知识点及重点习题总结
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。
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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。
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第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。
1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。
试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。
题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。
空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。
1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。
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半导体器件物理复习文档PPT复习内容2.突变结：P区和N区之间的杂质分布变化陡峭的PN结。
3.线性缓变结：P区和N区之间的杂质分布变化比较缓慢，可看成是线性变化的PN结。
4.单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另一侧的高得多，表示为P+N或PN+。
5.2.空间耗尽区（也即空间电荷区），耗尽层近似；耗尽近似是对实际电荷分布的理想近似，包含两个含义：（1）在冶金结附近区域，-xp（2）耗尽区以外的电荷密度处处为0。
6.正向注入（扩散），反向抽取（漂移）正偏时：扩散流大于漂移流，n区电子扩散到p区（-xp)处积累成为p区的少子；p区的空穴扩散到n区的（xn）处积累成为n区的少子。
这一过程称为正向注入。
反偏时：p区的电子漂移到n区，n区的空穴漂移到p区，这一过程称为反向抽取7.4.变容二极管，肖特基二极管，隧道二极管，长二极管，短二极管（1）工作在反偏状态下的二极管，势垒电容随反偏电压的增加而减小，称为变容二极管（2）金属和半导体形成整流接触时具有正向导通，反向截止的作用，称作肖特基二极管（3）n区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管（4）pn结的p区和n区准中性区域的宽度远大于扩散长度时，则称这个二极管为长二极管（5）pn结轻掺杂一侧的准中性区域的宽度与扩散长度同数量级或更小时，则称这个二极管为窄基区二极管或短二极管8. 势垒电容Cj：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化（结电容或耗尽层电容）二极管的反向偏置结电容随反向电压的增加而减小扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子的注入，并积累电荷，它也随外电压而变化.扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。
9.电荷存储和反向恢复时间：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注入到n区，在耗尽层边界有少子的积累。
导致p-n结内有等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。
突然反向时，这些存储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合和漂移。
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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。
半导体物理知识点及重点习题总结2023年修改整理
全然概念题：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*些能量区间能级分布是准连续的，在*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根底，试简要说明能带论所采纳的理论方法。
答：能带论在以下两个重要近似根底上，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后来给出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*一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，如此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：近似感觉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—纳模型解释能带现象的理论方法答案：克龙尼克—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，如以下图所示V*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*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阻碍，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全然电荷，并给予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，如此就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
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半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题：1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义） 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体， 是指无外界 （如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。
在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。
2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。
3. 受主（杂质）原子：形成 P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素） 。
4. 施主（杂质）原子：形成 N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素） 。
5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。
6. 兼并半导体：对 N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底 （ E FE c 0）；对 P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。
费米能级低于价带顶（ E F E v 0 ）。
7.有效状态密度：4 2m n*3/2在导带能量范围（ E c ~）内，对导带量子态密度函数g c EEE c 与h 3电子玻尔兹曼分布函数f F EexpE EF 的乘积进行积分（即kT4 2m n*3/23nE E expE EF dE ）得到的 Nc 22m n * kT 2 称谓导带中h 3ckTh 2E c电子的有效状态密度。
4 2m *p 3/2在价带能量范围 （~E v ）内，对价带量子态密度函数 g v EE vE 与h 3空 穴 玻 尔 兹 曼 函 数 f F Eexp E F E 的乘积进行积分（即kTEv42m *p3/23E F E2 m * kT2p 0E v E expdE ）得到的 N v 2p称谓价带空h3kTh 2穴的有效状态密度。
8. 以导带底能量 E c 为参考，导带中的平衡电子浓度：E c E F其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘n 0 N c expkT以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。
半导体物理学期末复习试题及答案一(word文档良心出品)
一、选择题1.与绝缘体相比，半导体的价带电子激发到导带所需要的能量（ B ）。
A. 比绝缘体的大B.比绝缘体的小C. 和绝缘体的相同2.受主杂质电离后向半导体提供（ B ），施主杂质电离后向半导体提供（ C ），本征激发向半导体提供（ A ）。
A. 电子和空穴B.空穴C. 电子3.对于一定的N型半导体材料，在温度一定时，减小掺杂浓度，费米能级会（ B ）。
A.上移B.下移C.不变4.在热平衡状态时，P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为常数，它和（ B ）有关A.杂质浓度和温度B.温度和禁带宽度C.杂质浓度和禁带宽度D.杂质类型和温度5.MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型（ B ）。
A.相同B.不同C.无关6.空穴是( B )。
A.带正电的质量为正的粒子B.带正电的质量为正的准粒子C.带正电的质量为负的准粒子D.带负电的质量为负的准粒子7.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。
A. 直接B.间接8. 将Si 掺杂入GaAs 中，若Si 取代Ga 则起（ A ）杂质作用，若Si 取代As 则起（ B ）杂质作用。
A. 施主B. 受主C. 陷阱D. 复合中心9. 在热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为（ D ），当温度大于热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为（ A ）。
A. 大于1/2B. 小于1/2C. 等于1/2D. 等于1E. 等于010. 如图所示的P 型半导体MIS 结构的C-V 特性图中，AB 段代表（ A ），CD 段代表（B ）。
A. 多子积累B. 多子耗尽C. 少子反型D. 平带状态11. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。
A. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=i A S n N q T k V ln 0B. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥i A S n N q T k V ln 20 C. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=i D S n N q T k V ln 0 D. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥i D S n N q T k V ln 2012. 金属和半导体接触分为：（ B ）。
(完整版)半导体器件物理试题库.docx
西安邮电大学微电子学系商世广半导体器件试题库常用单位：在室温（ T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为n i = 1.510×10/cm3电荷的电量 q= 1.6 ×10-19Cn2/V sp2/V s μ=1350 cmμ=500 cmε0×10-12F/m=8.854一、半导体物理基础部分（一）名词解释题杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。
迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。
晶向：晶面：（二）填空题1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为、多晶和三种。
2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为杂质和杂质两种。
3．点缺陷主要分为、和反肖特基缺陷。
4．线缺陷，也称位错，包括、两种。
5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向弯曲，获得空穴时，能带向弯曲。
6．能向半导体基体提供电子的杂质称为杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为杂质。
7．对于 N 型半导体，根据导带低E C和 E F的相对位置，半导体可分为、弱简并和三种。
8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。
9．在 Si-SiO 2系统中，存在、固定电荷、和辐射电离缺陷 4 种基本形式的电荷或能态。
10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向移动；对于P 型半导体，当温度升高时，费米能级向移动。
（三）简答题1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？2．说明元素半导体Si 、 Ge中主要掺杂杂质及其作用？3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？（四）问答题1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？（五）计算题1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a，计算晶面（ 100）、（ 110）的面间距和原子面密度。
(完整word版)半导体物理器件期末考试试题(全)
半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师：陈建萍一、简答题（共6题，每题4分）。
代表试卷已出的题目1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷,为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。
2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏Fpn结的电容。
3、Pn结击穿：在特定的反偏电压下,反偏电流迅速增大的现象。
、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低,且在结两边都能形成电流的接触.5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。
、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。
、基区宽度调制效应：随C-E结电压或C-B结电压的变化，中性基区宽度的变化。
8、截止频率:共发射极电流增益的幅值为1时的频率。
9、厄利效应:基带宽度调制的另一种称呼(晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象）10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。
11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系:12、扩散电容：正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容.、空间电荷区:冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离而形成的带净正电荷与净负电荷的区域.14、单边突变结:冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。
15、界面态：氧化层—-半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。
16、平带电压:平带条件发生时所加的栅压,此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。
17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形.18、表面散射:当载流子在源极和源漏极漂移时,氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用.19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿.20、内建电场：n区和p区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由n区指向p区。
21、齐纳击穿：在重掺杂pn结内,反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由p区的价带直接隧穿到n区的导带的现象。
半导体物理总复习
f外 m a
* n
（3）电子的有效质量与晶体的能带结构有关
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* n
利用有效质量可以对半导体的能带结构进 行研究 （4）有效质量可以通过回旋共振实验测得，并 椐此推出半导体的能带结构
4.空穴：空穴是几乎被电子填满的能带中未被电子占据的
少数空量子态，这少量的空穴总是处于能带顶附近。是价
高温本征激发区
n0= p0=ni
EF=Ei
费米能级仍用前面的公式得到EF=Ei
例题1 （同类型题103页1题）
导出能量在Ec和Ec+kT之间时，导带上的有效状 态总数（状态数/cm3)的表达式， 是任意常数。
例题2
（a)在热平衡条件下，温度T大于0K，电子能量位于费米 能级时，电子态的占有几率是多少？
n p 中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级 E F 和E F
称为准费米能级，准费米能级分离的程度，即
n p 的大小，反映了与平衡态分离的程度 EF EF
4. 解释载流子的产生和复合，直接复合，间接复合，复合率
产 生：电子和空穴被形成的过程，如电子从价带跃迁到导 带，或 电子从杂质能级跃迁到导带的过程或空穴从 杂质能级跃迁到价带的过程 复 合：电子和空穴被湮灭或消失的过程
MIN
0
所以布里渊区边界为
k (2n 1)
a
（n=0，1，2……）
1.能带宽度为
E（k ) MAX E (k ) MIN
2 2 ma 2
2电子在波矢k状态的速度
1 dE 1 v (sin ka sin 2ka) dk ma 4
3、电子的有效质量 能带底部
半导体物理复习
半导体物理复习提纲Word版
基础知识1.导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同?并以此说明半导体的导电机理（两种载流子参与导电）与金属有何不同？导体能带中一定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带，禁带宽度较宽一般大于2eV；半导体T=0 K时，能带中只有满带和空带，T>0 K时，能带中有不满带，禁带宽度较小，一般小于2eV。
（能带状况会发生变化）半导体的导带没有电子，但其价带中电子吸收能量，会跃迁至导带，价带中也会剩余空穴。
在外电场的情况下，跃迁到导带中的电子和价带中的空穴都会参与导电。
而金属中价带电子是非满带，在外场的作用下直接产生电流。
2.什么是空穴?它有哪些基本特征?以硅为例，对照能带结构和价键结构图理解空穴概念。
当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流，以及电流在外场作用下的变化，完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v（k’）的粒子的情况一样，这样假想的粒子称为空穴。
3.半导体材料的一般特性。
（1）电阻率介于导体与绝缘体之间（2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（3）性质与掺杂密切相关4.费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么？什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数？为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可以用玻耳兹曼分布来描述？麦克斯韦-玻尔兹曼统计的粒子是可分辨的；费米-狄拉克统计的粒子不可分辨，而且每个状态只可能占据一个粒子。
低掺杂半导体中载流子遵循玻尔兹曼分布，称为非简并性系统；高掺杂半导体中载流子遵循费米分布，称为简并性系统。
费米分布：f(E)=11+exp(E−E Fk0T )玻尔兹曼分布：f(E)=e−E−E Fk0T空穴分布函数：f V(E)=1−f(E)=1exp(−E−E Fk0T )+1（能态E不被电子占据的几率）当E-E F≫k0T时有exp(E−E Fk0T )≫1，所以1+exp(E−E Fk0T)≈exp(E−E Fk0T)，则费米分布函数转化为f(E)=e−E−E Fk0T，即玻尔兹曼分布。
半导体器件物理复习题完整版
Al l 半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题：1.平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。
在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。
2.本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。
3.受主（杂质）原子：形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。
4.施主（杂质）原子：形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。
5.杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。
6.兼并半导体：对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底（）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有0F c E E ->效状态密度。
费米能级低于价带顶（）。
0F v E E -<7.有效状态密度：在价带能量范围（）内，对价带量子态密度函数~v E -∞8.以导带底能量为参考，导带中的平衡电子浓度：c Ee an dAl i nod o其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。
9.以价带顶能量为参考，价带中的平衡空穴浓度：v E 其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。
10.11.12.13.14.本征费米能级：Fi E 是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，15.本征载流子浓度：i n 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度。
硅半导体，在00i n p n ==时，。
300T K =1031.510i n cm -=⨯16.杂质完全电离状态：当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。
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
半导体物理学试题库完整(2020年九月整理).doc
一．填空题1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________.引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。
（二阶导数.内部势场）2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。
（状态密度.费米分布函数）3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电.达到热平衡后两者的费米能级________。
（正.相等）4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央.其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处.因此属于_________半导体。
（[100]. 间接带隙）5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。
（弗仑克耳缺陷.肖特基缺陷）6．在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。
（1/2.1/1+exp(2)）7．从能带角度来看.锗、硅属于_________半导体.而砷化稼属于_________半导体.后者有利于光子的吸收和发射。
（间接带隙.直接带隙）8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统.服从_________的电子系统称为简并性系统。
（玻尔兹曼分布.费米分布）9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关.而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。
（温度.禁带宽度）10. 半导体的晶格结构式多种多样的.常见的Ge和Si材料.其原子均通过共价键四面体相互结合.属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似.两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。
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实用文档半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题：1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义） 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界 （如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。
在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。
2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。
3. 受主（杂质）原子：形成 P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素） 。
4. 施主（杂质）原子：形成 N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素） 。
5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。
6. 兼并半导体：对 N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度， 费米能级高于导带底（E F E c 0 ）；对 P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。
费米能级低于价带顶（ E F E v 0 ）。
7. 有效状态密度：4 2m n*3/2在导带能量范围（ E c ~）内，对导带量子态密度函数E E c 与g c Eh3电 子 玻 尔 兹 曼 分 布 函 数f F EE E F的 乘 积 进 行 积 分 （ 即expkT4 * 3/2*32 2m nE E F2 m n kTn 0h 3E E c expdE ）得到的 N c 2称谓导带中E ckT h 2电子的有效状态密度。
4 2m *p3/2在价带能量范围 （~ E v ）内，对价带量子态密度函数 g v EE v E 与h3空 穴 玻 尔 兹 曼 函 数 f F EexpE F E的 乘 积 进 行 积 分 （ 即kTE v4 2m *p 3/22 m *3kT2E F Ep 0h 3E v E expdE ）得到的 N v 2p称谓价带空kTh 2穴的有效状态密度。
8. 以导带底能量 E c 为参考，导带中的平衡电子浓度：E c E F其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘n 0 N c expkT以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。
9. 以价带顶能量 E v 为参考，价带中的平衡空穴浓度：p 0E F E v其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘N v expkT以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。
4 2m n*3/210. 导带量子态密度函数 g cE E cEh 342m *p 3/211. 价带量子态密度函数 g vE v EEh3312. 导带中电子的有效状态密度N c 2 m n * kT 22h 2313. 价带中空穴的有效状态密度N v 2 m *p kT 2？2h214.本征费米能级 E Fi：是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，E 1E E3 m*pE3 m*p；其中禁带宽度kT lnmidgapkT lnFi 2 cv 4 m n* 4 m n*E g E c E v。
？15.本征载流子浓度 n i：本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度n0p0n i。
硅半导体，在T 300K 时，n i 1.5 1010 cm 3。
16. 杂质完全电离状态：当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。
17.束缚态：在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。
束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。
18. 本征半导体的能带特征：本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。
如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。
在该书的其后章节中，都假设：本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。
（画出本征半导体的能带图）。
19. 非本征半导体：进行了定量的施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离了本征载流子浓度，产生多子电子（ N 型）或多子空穴（P 型）的半导体。
20.本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：n0p0n i n0 p0n i2，n i2N c N v exp Eg N c N v expVg T 3 expEg，kT V t kT本征载流子浓度强烈依赖与温度。
以本征费米能级为参考描述的电子浓度和空穴浓度：EF EFip0EFEFin0 n i exp n i expkT kT从上式可以看出：如果E F E Fi，可以得出 n0 p0 n i n0 p0 n i2 ，此时的半导体具有本征半导体的特征。
上式的载流子浓度表达式既可以描述非本征半导体，又可以描述本征半导体的载流子浓度。
21.非本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：n0 p0 n i2 ， n0 n i exp EFEFi p0 n i expEFEFi kT kT22.补偿半导体的电中性条件：n0N a p0N d1其中：n0是热平衡时，导带中总的电子浓度；p0是热平衡时，价带中总的空穴浓度；N a N a p a是热平衡时，受主能级上已经电离的受主杂质；N d N d n d是热平衡时，施主能级上已经电离的施主杂质；N a是受主掺杂浓度；N d是施主掺杂浓度；p a是占据受主能级的空穴浓度；n d是占据施主能级的电子浓度。
也可以将（ 1 ）写成：n0 (N a p a ) p0 N d n d 2在完全电离时的电中性条件：完全电离时，n d0, p a0 ，有n0N a p0N d 3对净杂质浓度是N型时，热平衡时的电子浓度是N d N aN d N a2n 0n i 24 ；2 2少子空穴浓度是：p 0 n i2 。
n 0对 净 杂 质 浓 度 是 P 型 时 ， 热 平 衡 时 的 空 穴 浓 度 是N a N dN a N d225 ；p 02n i2少子电子浓度是：n n i 2 。
p 0理解题：23. 结合下图，分别用语言描述N 型半导体、 P 型半导体的费米能级在能带中的位置：24. 费米能级随掺杂浓度是如何变化的？利用 n 0n i exp E F E Fip 0 n i expE F E Fi可分别求出：kTkTE F E Fi kT lnn 0; E Fi E FkT lnp 06n in i如果掺杂浓度 N a n i ，且 N a N d 利用（ 5 ）式得到， p 0 N a ； 如果掺杂浓度 N d n i ，且 N dN a 利用（ 4 ）式得到， n 0 N d ；带入（ 6）式得：EF EFiN d; E Fi E FN a7 kT ln kT lnn i n i所以，随着施主掺杂浓度N d的增大，N型半导体的费米能级E F远离本征费米能级E Fi向导带靠近（为什么会向导带靠近？）；同样，随着受主掺杂浓度N a的增大，P型半导体的费米能级 E F远离本征费米能级EFi 向价带靠近（为什么会向价带靠近？）。
25.费米能级在能带中随温度的变化？由于， E F E FiN d; E Fi E F kT lnN a8 kT lnn in i温度升高时，本征载流子浓度n i增大，N型和P型半导体的费米能级都向本征费米能级靠近。
为什么？26.硅的特性参数：在室温（ T300K 时，）硅的导带有效状态密度N c 2.8 1019 cm 3 ,价带的有效状态密度N v 1.04 1019 cm 3；本征载流子浓度：n i 1.5 1010 cm 3禁带宽度（或称带隙能量）E g 1.12eV27.常用物理量转换单位o1478101 A 10 nm 10 m 10 mm 10 cm 10 m31mil 10 in 25.5 m1in 25.4cm1eV 1.6 10 19 J28.常用物理常数：,Boltzmanns constan t Electronic ch argeFree electron rest mass Permeability of free space Permittivity of free space Planck, sconstan tPr oton rest mass Speedof light in vacuum Thermal voltage(T300K )k 1.38 10 23 J / K8.62 10 5 eV / Ke 1.6 10 19 Cm0 9.11 10 31 kg0 4 10 7 H / m 08.85 10 14 F / cm8.85 10 12 F / mh 6.625 10 34 J s4.135 10 15 eV sh h 1.054 10 34 Js2M 1.67 10 27 kg c 2.998 1010cm / skTV t0.0259VekT 0.0259eVSilicon and SiO2 properties (T 300K )Silicon Dieelectric cons tan t si 11.7 8.85 10 14 F / cm SiO2 Dieelectric cons tan t ox 3.9 8.85 10 14 F / cm Silicon Bandgap energey E g 1.12 eVSilicon Mobility of eletron n 1350cm2 / V sSilico n Mobility of Hole p 480cm2 / V sSilicon electron affinity 4.01VSilicon int rnsic carrier condentration n i 1.5 1010 cm 3Pr opertiesof SiO2 and Si3 N4 (T 300K )SiO2 Si3N4Energy gap 9eV 4.7eV Dielectric constant 3.9 7.5Melting po int 17000C 19000C29. 电离能的概念：受主能级与价带能量的差值称谓受主杂质电离能,即E a E v；导带能量与施主能级的差值称谓施主杂质电离能,即E c E d；问：受主能级 E a 在能带中的什么位置？ 施主能级 E d 在能带中的什么位置？ 结合下图用语言描述。
计算能使玻尔兹曼近似成立的最大掺杂浓度及费米能级的位置。
解：考虑 T300K 时对硅进行了硼掺杂， 假设玻尔兹曼近似成立的条件是 E F E a 3kT ，已知硼在硅中的电离能是E a E v 0.045eV ，假设本征费米能级严格等于禁带中央。
在T 300K 时， P 型半导体的费米能级在E Fi 与 E a 之间，所以EFiE cE vE FE c E vE a E vE F E aE F22E g E a E vE F E akT lnN a2n i1.12 0.045 3 0.02590.0259ln N a2n i 0.437 0.0259ln Nan iN an i exp0.4371.5 1010 exp 0.4373.2 1017 cm 30.02590.0259 EFiE F 0.437eV玻尔兹曼近似成立的最大掺杂浓度是 N a 3.2 1017 cm 3费米能级高于本征费米能级E Fi EF 0.437eV 。