半导体物理与器件

第一章第一部份：晶体结构

基本概念：晶体基本矢量，空间周期性，元胞，结晶学原胞（立方晶系三个基本原胞类型），固体物理学原胞，金刚石结构，闪锌矿结构，纤锌矿结构，六角密堆积结构，立方（体心）密堆积结构

基本知识：硅、锗半导体晶体取金刚石结构，GaAs （砷化镓）晶体为闪锌矿结构，CdS （硫化镉）晶体呈纤锌矿结构也可形成闪锌矿结构

第一章第二部份：原子（电子）状态

基本概念：能量量子化，能级，主量子数n ，角量子数l ，磁量子数m ，自旋量子数s 。粒子波动二象性，自由空间电子平面波()t kx i Ae t x νπψ-=2),(，波数矢量（波矢），k 空间，k 空间状态密度c n c E E h m E g -=*32/3)2(4)(π E E h m E g v p v -=*

32/3)2(4)(π

基本知识：氢原子能量玻尔模型，杂质原子电离能，导体、半导体、绝缘体能带间隙的差别情况，半导体能带结构：直接带隙，间接带隙

第一章第三部份：电子能量统计分布（电子处在不同能量的能级上的概率） 基本概念：玻尔兹曼分布kT E

B e E f -=)(，费米分布）（kT

E E E f

F F -+=exp 11)(。非简并半导体，简并化条件 基本知识：载流子浓度公式推导：电子浓度kT E E c F c e

N n --=032/3)2(2h kT m N n c *=π空穴浓度kT E E v v

F e

N p --=032/3)2(2h kT m N p v *=π电子浓度kT E E i F i F e n n -=0kT E E c i F i c e N n --=空穴浓度kT E E i F

F i e n p -=0kT E E v i i v

F i e N p n --==

电中性条件

第一章第四部份：半导体导电性

基本概念：载流子的迁移率，半导体的电导率μσqn =，p n qp qn μμσ00+=载流子在晶体中所受散射的主要类型和散射机制，平均自由程，平均自由运动时间，高电场下载流子漂移速度饱和迁移率下降

载流子的扩散运动，菲克第一定律，扩散系数，爱因斯坦关系，载流子产生率、复合率，菲克第二定律 霍尔电压

基本知识：热平衡半导体是一定温度下载流子产生和复合间相对平衡有稳定的载流子浓度的情形，温度改变、光照或载流子注入条件下，半导体偏离平衡态，此情况下半导体为非平衡态的半导体。准费米能的引入是人们为沿用平衡半导体载流子浓度公式对非平衡态半导体的费米能级所作的修正。霍尔效应

第一章第五部份：连续性方程

基本概念：扩散方程解，扩散长度，漂移扩散叠加（非平衡载流子浓度分布随时间的变化），

考虑表面复合情况下稳态载流子浓度分布

基本知识：载流子扩散电流密度与载流子扩散系数和所处位置载流子浓度梯度成正比，载流子漂移电流密度与载流子浓度和载流子迁移率成正比。表面复合速度是使复合电流密度相当于载流子以此速度流出半导体表面的传导电流密度而对应的载流子运动速度

第二章第六部分：pn结

基本概念：pn结空间电荷区，pn结自建电场，pn结接触电势差，pn结势垒高度，pn结耗尽区空间电荷浓度分布，pn结耗尽区电场强度分布，pn结耗尽区电位分布

基本知识：泊松方程，理想pn结电流电压方程与实际特性的偏离，势垒区产生、复合电流，大注入条件

第二章第七部分：pn结电容

基本概念：pn结小信号模型，扩散电容，扩散电导，势垒电容

基本知识：pn结耗尽区宽度，势垒电容与结电压、半导体掺杂浓度的关系

第二章第八部分：pn结击穿

基本概念：pn结隧道击穿或齐纳（Zener）击穿，雪崩效应，电离率，雪崩击穿判据

基本知识：雪崩击穿过程，临界电场，隧道二极管

第二章第九部分：pn结开关特性

基本概念：pn结电荷存储效应，反向恢复过程，关断时间，存储时间

基本知识：少数载流子寿命、禁带宽度和温度（平衡少子浓度）对存储时间的影响作用，肖特基势垒二极管

第二章第十部分：双极型晶体管

基本概念：晶体管共基极电流放大系数，晶体管共发射极电流放大系数，晶体管发射结注入效率、基区输运系数和发射结复合因子，集电结偏压对基区宽度的调制作用，厄尔利（Early）电压，发射极电流集边效应，埃伯斯-莫尔（Ebers-Moll）模型，基区少子电荷面密度或古迈（Gummel）数，混合π模型（HP）频率上限开关特性

基本知识：发射结电流成分，基区少子分布，少子基区渡越时间，大注入对注入效率和I-V 特性的影响，为提高晶体管开关工作频率而采取的器件结构改进

第三章第十一部分：MOSFET

基本概念：理想平带MOS结构的场效应：多子堆积，载流子耗尽，表面反型，实际MOS 结构平带情况须补偿功函数差和氧化层固定（正）电荷的电场，实际MOS结构阈值电压，表面势和p型半导体费米势/n型半导体费米势

基本知识：MOSFET电流电压关系式的推导