半导体物理考点总结

1.电子和空穴的异/同点。答：不同点：电子带负电，空穴带正电；mp*=-mn*；电子是真实存在的，而空穴是人为假想定义的粒子；电子可以发生共有化运动，发生跃迁，空穴则不能。相同点：电子和空穴均可以参与导电。2.什么是回旋共振?答：半导体置于磁感应强度为B的均匀恒定磁场中,半导体中电子受到磁场作用力的方向是垂直于v与B所组成的平面。从而,电子在垂直于B的平面内作匀速圆周运动,运动轨迹是一条螺旋线；再以电磁波通过半导体样品，当交变磁场的角频率ω等于回旋频率ωc时，会发生共振吸收，所以这种情况下，则称产生了回旋共振。4.浅能级杂质电离能的计算。答：类氢模型：氢原子中电子的能量为：En=m0q4/2（4πε0）2Ч2n2其中n=1,2,3……氢原子基态电子电离能为：E0=E∞-E1=m0q4/2（4πε0εr）2Ч2施主杂质电离能为：受主杂质电离能为：5.杂质补偿作用：在半导体中，同时参杂有施主杂质和受主杂质，而施主杂质和受主杂质之间有相互抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。6.费米能级的含义。答:费米能级在半导体物理中是个很重要的物理参数，它是表征量子态是否被电子占据的一个界限，费米能级的位置直观的标志了电子占据量子态的情况。在热力学零度时，能量比EF小的量子态几乎全部被电子所占据，而能量比EF大的量子态被电子战局的概率几乎为零，所以费米能级标志了电子填充能级的水平。并且，半导体中，费米能级不是真正的能级，即不一定是允许的单电子能级，所以它可以像束缚状态的能级一样，可以处于能带的任何位置，当然也可以处于禁带之中。由式子EF=u=（бF/бN）可知，系统处于热平衡状态，也不对外做功的情况下，系统的费米能级就等于系统中增加一个电子所引起的系统自由能的变化。8.影响半导体电导率和迁移率的因素有哪些？答：迁移率的大小与杂质浓度和温度有关，也与外加电场强度有关系。低掺杂并当室温下杂质全部电离时，杂质浓度越高，电导率越大；重参杂时或当浓度很高时，载流子迁移率随杂质浓度的增加而显著下降。低温时，杂质散射起主要作用，温度升高，迁移率逐渐增大，电导率上升；当温度达到一定高度时，以晶格振动散射为主，温度继续升高，迁移率下降，电导率下降。外加电场强度越大，载流子在电场作用下的漂移运动速度就越大，迁移率上升，电导率增加。9.半导体电阻率随温度变化图分析。答：AB段：温度很低，本证激发可以忽略，载流子主要由杂质电离提供，随着温度升高，载流子浓度增加，而此时散射主要由电离杂质决定，所以载流子迁移率也增大，所以电阻率下降。BC段：温度继续升高，此时杂质已全部电离，且本征激发还不明显，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度上升而下降，故电阻率随温度上升而增大。C段：温度继续升高，本征激发明显并上升为主要矛盾，产生大量本征载流子，杂质半导体的电阻率随温度升高而急剧下降，并表现出本证半导体的特征。10.准费米能级的理解。答：准费米能级表征了非平衡状态下半导体价带和导带中各自的局部热平衡状态。统一的费米能级是半导体处于热平衡状态的标志，当半导体的平衡态被打破而存在非平衡载流子时，就不再存在统一的费米能级。电子系统的热平衡是通过热跃迁实现的，在一个能带范围内，热跃迁十分频繁，极短时间内就能导致一个能带内的热平衡，因此分别就导带和价带中的电子来讲，他们基本上各自处于平衡态，而导带和价带之间却仍处于不平衡状态，这时费米能级对导带和价带仍各自适用，且都是局部的费米能级，称为各自的准费米能级。准费米能级偏离费米能级的大小反映了半导体偏离热平衡状态的程度。11.准费米能级与费米能级的异/同。答：相同点：都并非真正的能级；均标志了电子填充能级的水平。不同点：两者不能同时存在；准费米能级存在于非平衡状态，有非平衡载流子，热平衡状态时具有统一的费米能级，没有非平衡载流子；准费米能级偏离费米能级程度不同，表明偏离平衡态程度不同，两者重合时，形成统一的费米能级，半导体处于平衡态；两种情况下，载流子浓度乘积不相同。12.载流子的几种复合方式。答：由复合过程的微观结构来分为两种：直接复合：电子导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合。间接复合：电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。（杂质和缺陷形成中间能级促进复合）由复合过程发生的位置分为：体内复合表面复合根据发生复合所释放能量的不同，可以分为三种：发射光子:伴随着复合将有发光现象，常称为发光复合或辐射复合。发射声子：载流子将多余的能量传给晶格，加强晶格的振动。俄歇复合：将能量给予其他载流子，增加他们的动能。15.pn结电容来源及其影响因素，如何影响的?答：pn结电容包括势垒电容和扩散电容。这两者均随外界电压变化，都是可变电容。势垒电容：在加正向偏压时，将有一部分电子和空穴“存入”势垒区，当正向偏压减小时，势垒区宽度增加，将有一部分电子和空穴从势垒区中“取出”，这种pn结上外加电压的变化，引起的电子和空穴在势垒区的“存入”和“取出”作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这和电容器的充放电作用相似，这种pn结的电容效应称为势垒电容。扩散电容：正向偏压时，p区空穴注入n区，在在势垒区和n区边界n区一侧一个扩散长度内形成了非平衡载流子的累积，同样在p区也有非平衡电子和空穴的积累，当外加电压发生变化时，p区扩散长度内非平衡载电子和空穴均增加，p区也这样变化。这种由于扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为pn结的扩散电容16.几种击穿类型：1.雪崩击穿：当加反向偏压很大时，电子和空穴受到势垒区强电场的作用，具有很大的动能，他们与势垒区晶格原子发生碰撞另外产生一对电子和空穴，如此继续下去，由于倍增效应使得载流子快速大量增加，迅速增大了反向电流，使得pn结发生击穿。2.隧道击穿：pn结外加反向偏压并逐渐增大时，势垒区的电场增强，势垒区能带发生倾斜，当反向偏压达到一定数值，p区价带中的电子将通过隧道效应穿过禁带而到达n区导带中去，从而发生击穿。(标志：VBR6Eg/q时为雪崩；VBR4Eg/q时为隧道；4Eg/qVBR6Eg/q时，两种击穿同时存在)3.热击穿：pn结加反向偏压时，流过pn结的反向电流引起热耗损，随着结温的升高，反向饱和电流密度迅速上升，产生的热能也迅速增大，如此反复，最后使得反向饱和电流无限增大而发生击穿。17.Pn结隧道效应。答：重掺杂时的pn结称为隧道结，隧道结中正向电流包括扩散电流和隧道电流。而在没有外加电压，处于热平衡时，n区导带底比p区价带顶还要低，势垒区发生倾斜。因为重掺杂，势垒区又很薄，所以n区导带的电子可能穿过禁带到p区，p区价带电子也可能穿过禁带到n区，隧道长度越短，电子穿过的概率越大，从而可以产生显著地隧道电流。所以分析隧道结电流电压特性时，正向电流一开始随正向电压增加而迅速到达一个极大值，随后电压增加，电流反而减小达到一个极小值，我们把这种随着电压增大电流反而减小的反常负阻现象解释为pn结的隧道效应。18.表面态的影响及其如何起到钉扎作用？答:半导体表面处的禁带中存在着表面态，并形成一定的分布，一般分为施主型和受主型。当表面态密度很高时，它可屏蔽金属接触的影响，使半导体的势垒高度和金属的功函数几乎无关，而基本上由半导体的表面特性所决定，接触电势差全部降落在两个表面之间。一般在表面处存在一个距离价带顶为q¢0的能级，如果表面态密度很大，只要EF比q¢0高一点，在表面态上就会积累很多负电荷，由于能带向上弯曲，表面处EF很接近q¢0，势垒高度就等于原来费米能级和q¢0之差，这时势垒高度称为被高表面态密度钉扎。19.肖特基二极管与普通二极管的区别。答：相同点：都具有单向导电性。区别：（1）普通pn结二极管是由少数载流子先形成一定的积累，然后靠扩散形成电流，而肖特基二极管是利用金属-半导体整流接触特性制成的，其正向电流是由多子进入金属形成的，因此肖特基二极管具有更好的高频特性。（2）对于同样的使用电流，肖特基二极管具有较低的正向导通电压。20.如何形成半导体表面态的欧姆接触处？答：欧姆接触是指不产生明显的附加阻抗，而且不会时半导体内部的平衡载流浓度发生显著的改变。很多常用的半导体材料表面一般都有很高的的表面态密度，无论n型或p型材料与金属接触都形成势垒，而重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流，金属和半导体接触时，若半导体参杂浓度很高，则势垒区宽度就会变得很薄，电子通过隧道效应贯穿势垒能产生相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为主要成分。当隧道电流占据主导时，接触电阻就可以很小，可以用作欧姆接触。因此，半导体重掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。