半导体物理复习要点复习资料

一、填充题

1. 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正

电达到热平衡后两者的费米能级相等。

2. 半导体硅的价带极大值位于k空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于

【100】方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于间接带隙半导体。

3. 晶体中缺陷一般可分为三类：点缺陷，如空位间隙原子；

线缺陷，如位错；面缺陷，如层错和晶粒间界。

4. 间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为弗仓克耳缺陷；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为肖特基缺陷。

5．浅能级杂质可显著改变载流子浓度；深能级杂质可显著改变非平衡载流子的寿命，是有效的复合中心。

6. 硅在砷化镓中既能取代镓而表现为施主能级，又能取代

砷而表现为受主能级，这种性质称为杂质的双性行为。

7．对于ZnO半导体，在真空中进行脱氧处理，可产生氧空位，从而可获得 n型 ZnO半导体材料。

8．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1/2 ，高于费米能级2kT能级处的占据概率为1/1+exp(2) 。

9．本征半导体的电阻率随温度增加而单调下降，杂质半导体的电阻率随温度增加，先下降然后上升至最高点，再单调下降。

10．n型半导体的费米能级在极低温（0K）时位于导带底和施主能级之间中央处，随温度升高，费米能级先上升至一极值，然后下降至本征费米能级。

11. 硅的导带极小值位于k空间布里渊区的【100】

方向。

12. 受主杂质的能级一般位于价带顶附近。

13. 有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场

的作用。

14. 间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为弗仓克耳缺陷。

15. 除了掺杂，引入缺陷也可改变半导体的导电类型。

16. 回旋共振是测量半导体内载流子有效质量的重要

技术手段。

17. PN结电容可分为势垒电容和扩散电

容两种。

18. PN结击穿的主要机制有雪崩击穿、隧道击穿和

热击穿。

19. PN结的空间电荷区变窄，是由于PN结加的是正向电压

电压。

20.能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢k的二阶导

数，引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的内部势场的作用。

21. 从能带角度来看，锗、硅属于间接带隙半导体，

而砷化稼属于直接带隙半导体，后者有利于光子的吸收和发射。

22．除了掺杂这一手段，通过引入引入缺陷也可在半导体禁带中引入能级，从而改变半导体的导电类型。

23. 半导体硅导带底附近的等能面是沿【100】方向的旋转椭球

大于在短轴方向（横向）有面，载流子在长轴方向（纵向）有效质量m

l

效质量m

。

t

24.对于化学通式为MX的化合物半导体，正离子M空位一般表现为受主杂

质，正离子M为间隙原子时表现为施主杂质。

25. 半导体导带中的电子浓度取决于导带的状态密度（即量子态按能量如何分布）和费米分布函数（即电子在不同能

量的量子态上如何分布）。

26．通常把服从玻尔兹曼分布的电子系统称为非简并性系统，服从费米分布的电子系统称为简并性系统。27．对于N型半导体，其费米能级一般位于禁带中线以上，随施主浓度增加，费米能级向导带底移动，而导带中的电子浓度也随之增加。

28．对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与温度有关，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禁带宽度

的大小。

29．如取施主杂质能级简并度为2,当杂质能级与费米能级重合时施主杂质有

1/3 电离，在费米能级之上2kT时有 1/1+2exp(-2) 电离。

31．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带

正电电，达到热平衡后两者的费米能级相等。

32. 从能带角度来看，锗、硅属于间接带隙半导体，

而砷化稼属于直接带隙半导体，后者有利于光子的吸收和发射。

33. 由于半导体硅导带底附近的等能面是旋转椭球面而非球

面，因此在回旋共振实验中，当磁场对晶轴具有非特殊的取向时，一般可观察到 3 吸收峰。

34．除了掺杂这一手段，通过引入缺陷也可在半导体禁带中引入能级，从而改变半导体的导电类型。

35．浅能级杂质可显著改变载流子浓度；深能级杂质可显著改变非平衡载流子的寿命，是有效的复合中心。

36．对于化学通式为MX的化合物半导体，负离子X空位一般表现为施主杂质，负离子X为间隙原子时表现为受主杂质。37．通常把服从玻尔兹曼分布的电子系统称为非简并性系统，服从费米分布的电子系统称为简并性系统。

38．对于N型半导体，其费米能级一般位于禁带中线以上，随施主浓度增加，费米能级向导带底移动，而导带中的电子浓度也随之增

加 。 39． 费米能级位置一般利用 电中性 条件求得，确定

了费米能级位置，就可求得一定温度下的电子及空穴 浓

度 。

40．半导体的电导率正比于载流子浓度和 迁移率 ，而后者又正

比于载流子的 平均自由时间 ，反比于载流子的有效质

量。

二、论述题

1. 简要说明载流子有效质量的定义和作用？

答：能带中电子或空穴的有效质量m 的定义式为：222

)

(dk k E d h m =*

有效质量m 与能量函数E(k)对于波矢k 的二次微商， 即能带在某处的曲率

成反比； 能带越窄，曲率越小，有效质量越大，能带越宽，曲率越大，有效质

量越小；

在能带顶部，曲率小于零，则有效质量为负值，在能带底部，曲率大于零，

则有效质量为正值。

有效质量的意义在于它概括了内部势场的作用，使得在解决半导体中载流子

在外场作用下的运动规律时，可以不涉及内部势场的作用。

2. 简要说明费米能级的定义、作用和影响因素？

答：电子在不同能量量子态上的统计分布概率遵循费米分布函数：

⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+=kT E E E f F ex p 11)( 费米能级E F 是确定费米分布函数的一个重要物理参数，在绝对零度是，费

米能级E F 反映了未占和被占量子态的能量分界线，在某有限温度时的费米能级

E F 反映了量子态占据概率为二分之一时的能量位置。确定了一定温度下的费米能

级E F 位置，电子在各量子态上的统计分布就可完全确定。

费米能级E F 的物理意义是处于热平衡状态的电子系统的化学势，即在不对

外做功的情况下，系统中增加一个电子所引起的系统自由能的变化。

半导体中的费米能级E F 一般位于禁带内，具体位置和温度、导电类型及掺

杂浓度有关。只有确定了费米能级E F 就可以统计得到半导体导带中的电子浓度

和价带中的空穴浓度。

3. 说明pn 结空间电荷区如何形成？并导出pn 结接触电势差的计算公式。