半导体物理笔记
(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。
半导体物理考研知识点归纳
半导体物理考研知识点归纳半导体物理是研究半导体材料的物理性质及其在电子器件中的应用的学科。
在考研中，半导体物理的知识点主要包括以下几个方面：1. 半导体的基本性质- 半导体材料的分类，包括元素半导体和化合物半导体。
- 半导体的能带结构，包括导带、价带以及禁带的概念。
- 半导体的载流子类型，即电子和空穴。
2. 半导体的掺杂- 掺杂原理，包括n型和p型掺杂。
- 掺杂对半导体电导率的影响。
- 杂质能级和费米能级的移动。
3. 半导体的载流子运动- 载流子的漂移和扩散运动。
- 载流子的迁移率和扩散常数。
- 霍尔效应及其在半导体中的应用。
4. pn结和半导体器件- pn结的形成原理和特性。
- 正向和反向偏置下的pn结特性。
- 金属-半导体接触和肖特基势垒。
5. 半导体的光电效应- 本征吸收和杂质吸收。
- 光生载流子的产生和复合。
- 光电二极管和光电晶体管的工作原理。
6. 半导体的热电效应- 塞贝克效应和皮尔逊效应。
- 热电材料的热电性能。
7. 半导体的量子效应- 量子阱、量子线和量子点的概念。
- 量子效应对半导体器件性能的影响。
8. 半导体的物理量测量技术- 电阻率、载流子浓度和迁移率的测量方法。
- 光致发光和电致发光技术。
9. 半导体器件的制造工艺- 晶体生长技术，如Czochralski法和布里奇曼法。
- 光刻、蚀刻和掺杂工艺。
结束语半导体物理是一门综合性很强的学科，它不仅涉及到材料科学、固体物理，还与电子工程和微电子技术紧密相关。
掌握这些基础知识点对于深入理解半导体器件的工作原理和优化设计至关重要。
希望以上的归纳能够帮助考研学子们更好地复习和掌握半导体物理的相关知识。
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。
半导体物理笔记第四章
为 ND+NA，因为此时施主和受主杂质全部电离，分别形成了正电中心和负电中心及其相
应的库仑势场，它们都对载流子的散射作出了贡献，这一点与杂质补偿作用是不同的 ②晶格振动散射 一定温度下的晶体其格点原子(或离子)在各自平衡位置附近振动。半导体中格点原子
的振动同样要引起载流子的散射，称为晶格振动散射。 格点原子的振动都是由被称作格波的若干个不同基本波动按照波的迭加原理迭加而
(a) 纵声学波
(b)
纵声学波引起的能带改变
图 4.3 纵声学波及其所引起的附加势场
在 GaAs 等化合物半导体中，组成晶体的两种原子由于负电性不同，价电子在不 同原子间有一定转移，As 原子带一些负电，Ga 原子带一些正电，晶体呈现一定的 离子性。 纵光学波是相邻原子相位相反的振动，在 GaAs 中也就是正负离子的振动位移相反， 引起电极化现象，从而产生附加势场。
i s 0
§4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 （可由电阻率与迁移率的关系传递推导，从略）P98
第五章 非平衡载流子 思路：讨论非平衡载流子的注入（产生）与复合；非平衡载流子的运动规律（扩散运动）；
连续性方程和爱因斯坦关系； 平衡态是指一定温度下没有外界的激励因素存在，此时导带电子浓度和价带空穴浓度是确定 的，达到了动态平衡。
第四章 半导体的导电性 本章思路 一个概念：载流子散射的概念 一个运动：载流子漂移运动
一个规律：电阻率 、电导率 、迁移率 随掺杂浓度与温度的变化规律
§1 载流子的漂移运动 迁移率 1、欧姆定律的微分形式——由于宏观样品不均匀，所以欧姆定律的宏观形式不可用
J 1 E E ，J 为电流密度
1 2 3
所以半导体总迁移率的倒数等于各种散射机构单独存在时所决定的迁移率的倒数之和。 因此，只须讨论主要散射机构 A.对 Si、Ge 元素半导体中电离杂质散射和纵声学波散射起主导作用，因此
半导体物理知识点
半导体物理知识点半导体在现代科技中扮演着至关重要的角色，从我们日常使用的智能手机、电脑，到各种先进的电子设备，都离不开半导体技术。
下面就让我们一起来了解一些关键的半导体物理知识点。
首先，我们来认识一下半导体的基本概念。
半导体是一种导电性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。
它们的原子结构具有独特的性质，使得在一定条件下能够通过控制杂质的掺入来改变其导电性能。
半导体中的载流子是理解其导电特性的关键。
载流子主要包括电子和空穴。
电子大家都比较熟悉，带负电。
而空穴则可以看作是电子的“空位”，它带正电。
在半导体中，电子和空穴都能参与导电。
半导体的能带结构也是重要的知识点之一。
在绝对零度时，半导体的价带被电子填满，导带为空。
随着温度升高或受到外界能量激发，价带中的电子会跃迁至导带，从而形成能导电的电子和空穴。
接着，我们说说半导体中的杂质。
杂质可以分为施主杂质和受主杂质。
施主杂质能够提供电子，增加导带中的电子浓度，从而增强半导体的导电性；受主杂质则会接受电子，增加价带中的空穴浓度，同样也能改变半导体的导电性能。
半导体的电阻率是衡量其导电能力的重要参数。
电阻率受到多种因素的影响，如温度、杂质浓度等。
一般来说，温度升高，电阻率会降低；杂质浓度增加，电阻率也会发生相应的变化。
PN 结是半导体器件的核心结构。
当 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起时，就形成了 PN 结。
在 PN 结处，会产生内建电场，阻止多数载流子的扩散，但促进少数载流子的漂移。
PN 结具有单向导电性，这一特性被广泛应用于二极管等电子器件中。
再来说说半导体中的电导机制。
除了前面提到的载流子的扩散和漂移，还有热载流子效应等。
热载流子是指具有较高能量的载流子，它们在半导体中的输运特性对器件性能有着重要影响。
半导体的光学性质也值得关注。
当半导体受到光的照射时，会产生光电导现象。
这一现象在光探测器、太阳能电池等领域有着重要应用。
半导体物理知识要点总结
第一章 半导体的能带理论1. 基本概念✧ 共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不在局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而电子可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
✧ 单电子近似：假设每个电子是在大量周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场也是周期性变化的。
✧ 能带的形成：原子相互接近，形成壳层交替→电子共有化运动→能级分裂（分成允带、禁带）→形成能带✧ 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。
✧ 价带：P6✧ 导带：P6✧ 禁带：P5✧ 导体✧ 半导体✧ 绝缘体的能带✧ 本征激发：价带上的电子激发成为准自由电子，即价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。
✧ 空穴：具有正电荷q 和正有效质量的粒子✧ 电子空穴对✧ 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。
✧ 载流子及载流子浓度2. 基本理论✧ 晶体中的电子共有化运动✧ 载流子有效质量的物理意义 ：当电子在外力作用下运动时，它一方面受到外电场力f的作用，同时还和半导体内部原子、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。
但是，要找出内部势场的具体形式并且求得加速度遇到一定的困难，引进有效质量后可使问题变得简单，直接把外力f 和电子的加速度联系起来，而内部势场的作用则由有效质量加以概括，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
第二章 半导体中的杂质与缺陷能级1. 基本概念✧ 杂质存在的两种形式：间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置。
替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处。
半导体物理柴常春笔记
半导体物理柴常春笔记一、为什么要做这个笔记呢嘿呀，半导体物理这门课可有点难搞呢。
柴常春老师讲课那是相当精彩，但是知识点就像调皮的小精灵，一不留神就溜走啦。
所以呀，我就开始做这个笔记，把那些重要的、有趣的、容易忘的知识都抓住，就像抓住一把把开启知识宝库的小钥匙。
二、笔记里都有啥呢1. 基本概念部分半导体的定义可不能含糊。
半导体就是导电性介于导体和绝缘体之间的材料，像硅啊、锗啊，都是很常见的半导体材料。
这就好比是在导电的“大部队”里，它们处于中间的“小阵营”，有着独特的个性。
本征半导体也很重要哦。
它是纯净的、没有杂质的半导体，里面的载流子是由热激发产生的电子 - 空穴对。
就像一个纯净的小世界，里面的电子和空穴自己按照一定的规律产生和运动。
2. 能带理论相关能带这个概念刚接触的时候觉得好抽象呢。
其实就是把原子的电子能级扩展到固体里面，就形成了能带。
就像好多小水滴汇聚成了大海，好多原子的能级汇聚成了能带。
价带、导带和禁带的概念也得搞清楚。
价带是原子中价电子所在的能带，导带呢就是电子可以自由移动的能带，而禁带就是它们之间的“禁区”，电子不容易跨越。
能隙也就是禁带宽度，这是个很关键的参数。
不同的半导体材料，能隙大小不一样。
这个能隙就决定了半导体的很多特性，比如它的导电能力、对光的吸收等等。
3. 杂质半导体当在本征半导体里加入杂质，就变成了杂质半导体。
有n型半导体和p型半导体。
n型半导体就是掺入了施主杂质，像磷元素，这样就会产生很多多余的电子，电子就成了多数载流子。
而p型半导体掺入受主杂质，比如硼元素，空穴就成了多数载流子。
这就像是给原本平静的半导体小世界里加入了不同的“小助手”，让它们的导电特性发生了变化。
三、这个笔记的作用这个笔记对我来说可不仅仅是记录知识哦。
在复习的时候，它就像我的小帮手，能让我快速地回顾那些复杂的知识点。
而且当我和同学们讨论问题的时候，也可以拿出笔记来和大家分享。
就像分享我的小宝藏一样，希望能让更多的小伙伴理解半导体物理的奇妙之处。
半导体物理知识点
半导体物理知识点1.前两章：1、半导体、导体、绝缘体的能带的定性区别2、常见三族元素：B(硼)、Al、Ga(镓)、In(铟)、TI(铊)。
注意随着原子序数的增大，还原性增大，得到的电子稳固，便能提供更多的空穴。
所以同样条件时原子序数大的提供空穴更多一点、费米能级更低一点常见五族元素：N、P、As(砷)、Sb(锑)、Bi(铋)3、有效质量,m(ij)=hbar^2/(E对ki和kj的混合偏导)4、硅的导带等能面，6个椭球，是k空间中[001]及其对称方向上的6个能量最低点，mt是沿垂直轴方向的质量，ml是沿轴方向的质量。
锗的导带等能面，8个椭球没事k空间中[111]及其对称方向上的8个能量最低点。
砷化镓是直接带隙半导体，但在[111]方向上有一个卫星能谷。
此能谷可以造成负微分电阻效应。
2.第三章载流子统计规律:1、普适公式ni^2 = n*pni^2 = (NcNv)^0.5*exp(-Eg/(k0T))n = Nc*exp((Ef-Ec)/(k0T))p = Nv*exp((Ev-Ef)/(k0T))Nv Nc与 T^1.5成正比2、掺杂时。
注意施主上的电子浓度符合修正的费米分布，但是其它的都不是了，注意Ef前的符号！nd = Nd/(1+1/gd*exp((Ed-Ef)/(k0T)) gd = 2 施主上的电子浓度nd+ = Nd/(1+gd*exp((Ef-Ed)/(k0T)) 电离施主的浓度na = Na/(1+1/ga*exp((Ef-Ea)/(k0T)) ga = 4 受主上的空穴浓度na- = Na/(1+ga*exp((Ea-Ef)/(k0T)) 电离受主浓度3、掺杂时，电离情况。
电中性条件： n + na- = p + nd+N型的电中性条件： n + = p + nd+(1)低温弱电离区：记住是忽略本征激发。
由n = nd+推导，先得费米能级，再代入得电子浓度。
Ef从Ec和Ed中间处，随T增的阶段。
半导体物理知识点汇总总结
半导体物理知识点汇总总结一、半导体物理基本概念半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些导体和绝缘体的特性。
半导体是由单一、多层、回交或互相稀释的混合晶形的二元、三元或多元化合物所组成。
它的特点是它的电导率介于导体和绝缘体之间，是导体的电导率∗101~1015倍，是绝缘体的电导率÷102~103倍。
半导体材料具有晶体结构，对它取决于结晶度的大小，织排效应特别大。
由于它的电导率数值在半导体晶体内并不等同，所以它是隔离的，具有相当大的飞行束度，并且不容易受到外界的干扰。
二、半导体晶体结构半导体是晶体材料中最均匀最典型的材料之一，半导体的基本结构是一个由原子排成的一种规则有序的晶体结构。
半导体原子是立方体的晶体，具有600个原子的立方体晶体结构，又称之为立方的晶体结构。
半导体晶体结构的代表性六面体晶体结构，是一种由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。
半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶体包围构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。
半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成。
三、半导体的能带结构半导体的能带“带”是指其电子是在“带”中运动的，是光电子带，又称作价带，当其中的自由电子都填满时另一种平面，又称导电带，当其中的自由电子并不填满时其另一种平面在有一些能够使电子轻易穿越的东西。
半导体的能带是由两个非常临近的能带组成的，其中价带的最上一层电子不足，而导电带的下一层电子却相当到往动能，这一些动能可能直到加到电子摆脱它自己体原子，变成自由电子，并且在整体晶体里自由活动。
四、半导体的导电机理半导体的导电机理是在外加电压加大时一部分自由电子均可以在各自能带中加速骚扰，从而增加在给导电子处所需要的电压增大并最终触碰到另一种平面上产生电流就可以。
五、半导体的掺杂掺杂是指在纯净半导体中加入某些以外杂质元素的行为。
半导体物理知识点总结
半导体物理知识点总结
1. 能带和价带：半导体中电子带有能量，能量随轨道高低而不同，能带包含在价带和导带中。
2. 能隙：能量带的差值，该值越小，材料越容易被激发。
3. 电子结构：材料中的电子布局，包括离子能、波函数、能态等。
4. 掺杂：向半导体中添加不同类型的掺杂，可改变材料的电学性质，如导电性能和半导体的唯一性。
5. pn结：半导体材料中，p型和n型结合，形成一个有峰值的pn结，可以用于制作二极管、场效应管或光电转换器等电子器件。
6. 入射光：当入射光击中半导体上，产生光伏效应，电子被激发并向两侧移动，形成电流。
7. 电子迁移率：电子在半导体中移动速度的度量，影响材料的导电性质。
8. 本征载流子：半导体中由温度效应造成的材料中存在的自由电子和空穴，这些载流子决定着材料的导电性质。
9. 孪晶：半导体材料结构中的孪晶对材料电学性质造成影响，不同方向的孪晶对应不同的导电性和多晶性。
10. 激发态：半导体中的电子在受到激发后，进入能带中的激发态，相应的能级决定着电子能量的状态。
半导体物理知识点总结汇总
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。
半导体物理笔记总结
半导体物理绪 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，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（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，微量杂质等作用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晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体固体非晶体：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。
● 价电子向负电性大的原子转移ⅠA 到ⅦA ，负电性增大，非金属性增强同族元素从上到下，负电性减弱，金属性增强2、 化学键的类型和晶体结构的规律性ⅰ）离子晶体：(NaCl)由正负离子静电引力形成的结合力叫离子键，由离子键结合成的晶体叫离子晶体（极性警惕） ●离子晶体的结构特点：任何一个离子的最近邻必是带相反电荷的离子。
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。
半导体物理知识点梳理
半导体物理知识点梳理1.半导体材料的能带结构：半导体材料的能带结构是理解其物性的基础。
在二维的能带图中，包含导带和价带之间的能隙。
导带中的电子可以自由移动，而价带中的电子需要外加能量才能进入导带。
2.纯半导体和杂质半导体：纯半导体指的是没有杂质掺杂的半导体材料，其导电能力较弱。
而杂质半导体是通过引入适量的杂质原子来改变半导体材料的导电性质，其中掺入的杂质原子被称为施主或受主。
3.载流子输运：半导体中的电导主要是由自由载流子贡献的，包括n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴。
当施主杂质掺杂进入p型半导体时，会产生附加的自由电子；相反，当受主杂质掺杂进入n型半导体时，会产生附加的空穴。
这些自由载流子通过材料中的散射、漂移和扩散等方式进行输运。
4. pn结和二极管：pn结是由p型半导体和n型半导体结合而成的电子器件。
在pn结中，发生了空穴从p区向n区的扩散和电子从n区向p区的扩散，导致p区和n区的空间电荷区形成。
当正向偏置时，电流可以通过pn结，而反向偏置时，电流很小。
这种特性使得二极管可以用作整流器件。
5.晶体管：晶体管是一种三层结构的半导体器件，由一个n型区和两个p型区或一个p型区和两个n型区构成。
晶体管可以用作放大器和开关，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电极电流。
6.MOSFET：金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，即MOSFET，是一种三层结构的半导体器件。
MOSFET具有较高的输入阻抗和较低的功耗，广泛应用于集成电路中。
MOSFET的工作原理是通过调节栅极电压来调节通道中的电荷密度。
7.光电二极管和光电导：光电二极管和光电导是基于光电效应的半导体器件。
光电二极管是将光信号转换为电压信号的器件，而光电导则是将光信号转换为电流信号。
这两种器件在通信和光电探测等领域有广泛的应用。
8.半导体激光器：半导体激光器是一种利用半导体材料的发光原理来产生激光束的器件。
半导体激光器具有体积小、效率高和工作电流低等优势，广泛应用于光通信和光存储等领域。
北方工业大学张静半导体物理笔记
北方工业大学张静半导体物理笔记导体、半导体和绝缘体的能带结构不同。
所以导电性能不同。
电流的形成是载流子的定向运动，载流子在外电场中获得了能量。
从能级角度来看，电子获得能量就是发生了能级跃迁。
但是不是所有的电子都可以导电的。
考虑由N个单胞组成的晶体结构，每一条能带只可以包含有N个能级，如果考虑电子的自旋与反旋，一个能级最多可以包含两个电子。
电子总是优先占满能量低的能级，越往下的能带越可能被电子占满。
满带中的电子不参与导电。
只有部分占满的能带中的电子才可以导电。
在绝对零度下，半导体的能带结构中的价带是满带，导带是空的，没有电子。
导体的导带中含有电子，价带是满带，且导带中的电子部分占满，所以导体可以导电就是由于导带中电子的定向运动。
导体的载流子是导带中的电子。
半导体在绝对零度时导带是空的，价带是满的，所以半导体在绝对零度没有可以用于导电的载流子，是不能导电的。
但是随着温度升高，半导体价带中的电子获得能量，可以发生跃迁，跨过禁带到了导带，成为了导电电子。
而价带中部分电子跃迁走了，所以价带也不在是满带。
价带中的电子也可以参与导电。
跃迁的电子毕竟还是少量，所以价带中可以运动的电子非常多，描述这么多电子的运动还是有难度的。
跃迁一个电子，就得到了一个正电荷，所以引入空穴的概念，空穴带正电，可以用空穴的运动来描述一大群电子的运动。
半导体中的载流子是价带中的空穴和导带中的电子。
绝缘体在绝对零度的导带也没有电子。
在绝对零时不能导电。
但是绝缘体的禁带很宽，电子跃迁跨过禁带需要很大的能量，一般条件下很少有电子跃迁到导带，所以绝缘体中的载流子也很少，绝缘体导电性能很弱，几乎不导电。
物理学中的半导体物理知识点
物理学中的半导体物理知识点半导体物理学是物理学领域中的一个重要分支，研究半导体材料及其性质与行为。
本文将介绍几个半导体物理学中的知识点，包括半导体的基本概念、载流子行为、PN结及其应用。
一、半导体的基本概念半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的导电能力介于导体和绝缘体之间，可以通过控制外加电场或温度来改变其电导率。
根据能带理论，半导体材料中存在一个禁带，将价带和导带分开，如果半导体材料的价带被填满，而导带是空的，那么半导体就没有导电能力；当半导体材料的温度升高或者施加电场时，一些电子会跃迁到导带中，形成可以导电的载流子。
二、载流子行为在半导体中，载流子是指能够输送电流的带电粒子，可以分为自由电子和空穴两种类型。
1. 自由电子：自由电子是指在半导体晶格中脱离原子束缚的电子，它具有负电荷。
在纯净的半导体中，自由电子的数量较少。
2. 空穴：空穴是指由于半导体中某个原子缺少一个电子而形成的一个正电荷，可以看作是受激发的价带上的空位。
载流子的行为受到材料的类型和掺杂等因素的影响。
三、PN结及其应用PN结是半导体中最基本的器件之一，由P型半导体和N型半导体的结合构成。
P型半导体中的空穴浓度较高，N型半导体中的自由电子浓度较高，当这两种类型的半导体材料接触时，自由电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽区域。
PN结的特性使得它在半导体器件中有着广泛的应用，例如：1. 整流器：利用PN结的单向导电性质，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 发光二极管（LED）：在PN结中注入电流可以激发电子跃迁，从而产生光线，实现发光效果。
3. 晶体管：晶体管是一种基于PN结的三端口器件，通过调控PN结的导电状态，实现信号放大和开关控制。
PN结的应用广泛且多样化，是现代电子技术中不可或缺的一个元件。
总结：半导体物理学作为物理学中的重要分支，研究的是半导体材料及其性质与行为。
本文介绍了半导体的基本概念，包括能带理论和禁带，以及载流子行为，其中自由电子和空穴是半导体中的两种重要载流子。
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●1原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同？原子中内层电
子和外层电子参与共有化运动有何不同？
孤立原子中的电子形成所谓的电子壳层；晶体中的电子受周期型排列且固定不动的原子核势场和其它大量电子的平均势场的作用，在晶体中做共有化运动。
共有化运动的产生是由于不同原子的相似壳层间的交叠，原子中内层电子受原子核的束缚作用大，其电子壳层的交叠程度低，因此共有化运动较弱；原子外层电子受原子核束缚小，电子壳层的交叠程度高，因此共有化运动强。
●2为什么要引入“有效质量”的概念？
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
半导体中的电子即使在没有外加电场作用时，它也要受到半导体内部原子及其它电子的势场作用。
引进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运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。
特别是可以直接由实验测定，因而可以很方便地解决电子的运动规律。
●3用电子的惯性质量m0描述能带中电子运动有何局限性？
若采用电子的惯性质量，需考虑半导体内部原子、电子势场的相互作用，对于如此复杂的多体问题，要找出内部势场的具体形式并且求得外场作用下电子的加速度就非常困难，不方便对电子运动规律进行描述
● 4 从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有
什么不同？
参考答案：
电子有效质量：m n*=h2/(d2E/dk2)
外场作用下电子受到的力：f=- qE=h(dk/dt)
外场作用下电子的速度和加速度：v=hk /m n*, a=f/m n*
能带底附近有效质量为正；能带顶附近有效质量为负；
能带底附近，f与波失k方向相同时，电子向k正方向迁移，速度不断增大；f与波失k方向相反时，电子向k负方向迁移，速度不断减小。
能带顶附近，f与波失k方向相同时，电子向k正方向迁移，速度不断降低；f与波失k方向相反时，电子向k负方向迁移，速度不断增大。
5一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此？为什么
能级较高的电子受原子核的束缚作用较弱，其共有化运动强，能带较宽。
禁带宽度就与原子间的成键特性和晶体结构密切相关
6晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？
当体积较大时影响不大，
当体积较小时带隙宽化效应；而且对于小体积的晶体，周期性边界条件不再适合，因此能带结构会发生变化
第二章
极其微量的杂质和缺陷，
能够对半导体材料的物理性质
和化学性质产生决定性的影响
原因：严格按周期排列的原子所产生的周期性势场受到破坏
Ⅴ族元素杂质在硅、锗中电离时，能够施放电子而
产生导电电子并形成正电中心。
称为施主杂质或n型杂质
多余电子脱离杂质原子成为导电电子的过程称为杂质电离
使这个多余电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为杂质电离能，用ΔE D表示
Ⅲ族元素杂质在硅、锗中能接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心。
称为受主杂质或p 型杂质。
假如在半导体材料中，同时存在着施主和受主杂质，
该如何判断半导体究竟是N型还是P型？
应该比较两者浓度的大小，
由浓度大的杂质来决定半导体的导电类型
施主能级距离导带底较远，产生的受主能级距离价带顶也较远。
称为深能级
深能级杂质特点：
•不容易电离，对载流子浓度影响不大；
•一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。
•能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低。
简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n型）或价带（p 型）的半导体。
非简并半导体：掺入少量的施主或受主杂质，使施主或受主能级分立，无相互作用的半导体。
等电子杂质占据本征原子位置，吸引一个导带电子(空穴)而变成负(正)离子，电子陷阱（N）既可以作施主又可以作受主，这种杂质称为两性杂质
GaAs中掺Si
第三章
载流子：
半导体中能够参与导电的粒子：导带电子、价带空穴。
能量间隔△E 内有多少允许电子存在的量子态——状态密度
导带和价带准连续，定义单位能量间隔内的量子态数为状态密度
热平衡态：
是在一定的温度下，载流子的两种相反过程（产生和复合）建立起的动态平衡，动态平衡建立后载流子浓度恒定
通常将服从玻耳兹曼统计规律的半导体称为非简并半导体； 而将服从费米统计分布规律的半导体称简并半导体。
本征半导体：不含有任何杂质和缺陷。
本征激发：导带电子唯一来源于成对地产生电子－空穴对，因此导带电子浓度就等
于价带空穴浓度。
影响载流子浓度的杂质——浅能级杂质(施主、受主) 本征半导体的电中性条件是
qp 0-qn 0=0 即 n 0=p 0
T
k E E E f F 0exp
11
)(-+=
• 在外场作用下，半导体中电子(空穴)要逆(顺)电场方 向作定向运动，这种运动称为漂移运动 描述半导体导电性的微观表达式：
()n p J E nq pq E
σμμ==+
• 在外场作用下，半导体中电子(空穴)要逆(顺)电场方 向作定向运动，这种运动称为漂移运动。
− 较大的电子迁移率主要是由于电子较小的有效质量所引起的。
− 低温和重掺杂时，电离杂质散射主要; 高温和低掺杂时，晶格振动散射为主要的。
电导率：
描述半导体导电性能的基本物理量。
电导率越大，导电性能越好。
半导体的电导率：
11 ()n p q n p ρσμμ⎧
⎪⎪⎪⎪
==⎨
+⎪
⎪
⎪⎪⎩
本征
第五章：
非平衡载流子的产生（光照下非平衡载流子的注入）
由于非平衡少子的影响更重要，通常所说的非平衡载流子都指非平衡少数载流子
()()()()
00000 l n p
n p n p n n q p p q n q p q nq pq σμμμμμμσσ
=+∆++∆=++∆+∆=+∆()
p
n p n q μμσ+
=p
∆
光电导实验结果，t =0时刻加恒定光照， 随时间的变化：
非平衡载流子的复合
浓度稳定的非平衡载流子的建立与消失都有一个过程，这个过程称为光电导的弛豫过程 非平衡载流子的平均生存时间称非平衡载流子的寿命，用 表示
载流子寿命——考虑撤去光照后非平衡载流子消失过程
数值上，寿命标志非平衡载流子浓度减小到初始值的1/e 时所经历的时间。
净复合率(U)=复合率(R)-产生率(G) ()
p t U τ
∆=
直接复合：电子直接从导带回到价带，并与价带的空穴复合 直接产生：电子直接从价带跃迁到导带，产生电子-空穴对
杂质能级上积累非平衡载流子作用称为陷阱效应
()()()p p p p g p
dx x dE p dx x dp E dx x p d D dt dp +∆---=τμμ22
连续性方程——扩散与漂移运动同时存在，综合各种因素的影响时，少数载流子所遵守的运动方程
p
∆
τp dt dp ∆-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛复合
间接复合：非平衡载流子通过复合中心的复合
表面复合——在半导体表面发生的复合过程
俄歇复合：
导带电子与价带空穴发生跃迁复合时，不是通过辐射光子或声子的方式释放
能量，而是通过碰撞将多余的能量传递给导带中其他电子，使其获得较高的动能，获得 较高动能的电子通过与晶格的连续散射方式（不断放出声子）逐渐释放其较高的动能的过程
第十章
这种在光照下光电导率逐渐上升和光照停止后光电导率逐渐下降的现象，称为光电导的弛豫现象
本征吸收（光子能量大于禁带宽度）
适当波长的光照射非均匀半导体，可以检测出光生电流，或者得到光生电压。
这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。
塞贝克效应，产生的温差电动势也称为塞贝克电动势：
接触电势是与温度成正比的。
显然A 、B 两端温度相同时，εA =εB ，此时整个回路的电势差因两者相互抵消而为0。
若A 端温度为T 0，B 端温度为T 0+ΔT ，则回路的总电势差应为εB -εA ，回路中有电流流过
霍尔效应：载流子的定向运动是外加电场引起的，两种载流子的运动方向相反，电流方向相同，垂直磁场使两种载流子向同一方向偏转，他们所导致的霍尔电场方向相反，同时考虑两种载流子的效果是相互减弱。
光磁电效应：载流子的定向运动主要是扩散引起的，两种载流子的运动方向相同，电流方向相反，垂直磁场使两种载流子向相反方向偏转，他们所导致的霍尔电场方向相同，同时考虑两种载流子的效果是相互加强。
∆。