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半导体物理考点归纳第一章半导体中的电子状态一.名词解释1.电子的共有化运动:(P10)原子组成晶体后,由于电子壳的交叠,电子不再局限于某一个原子上,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。2.单电子近似:(P11)单电子近似方法认为,晶体中德电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场,以及其他大量电子的平均势场中运动,这个势场是周期性变化的,且其周期与晶格周期相同。3.有效质量:(P19)有效质量2*22nhmdEdk,它直接把外力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。二.判断题1.金刚石和闪锌矿结构的结晶学原胞都是双原子复式格子,而纤锌矿结构与闪锌矿结构型类似,以立方对称的正四面体结构为基础。(X)金刚石型结构为单原子复式格子,纤锌矿型是六方对称的。2.硅晶体属于金刚石结构。(√)3.Ge的晶格是单式格子。(X)(复式)4.有效质量都是正的。(X)(有正有负)5.能带越窄,有效质量越小。(X)(2*22nhmdEdk,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大)6.硅锗都是直接带隙半导体。(X)(间接)7.Ge和Si的价带极大值均位于布里渊区的中心,价带中空穴主要分布在极大值附近,对应同一个k值,Ek可以有两个值。8.实际晶体的每个能带都同孤立原子的某个能级相当,实际晶体的能带完全对应于孤立原子的能带。(X)(不相当,不完全对应)三.填空题1.晶格可以分为7大晶系,14种布拉菲格子,按照每个格子所包含的各点数,可分为原始格子,体心,面心,底心。2.如今热门的发光材料LED是直接带隙半导体,该种材料的能带结构特点是当k=0时的能谷的极值小。3.Ge、Si是间接带隙半导体,InSb、GaAs是直接带隙半导体。4.回旋共振实验中能测出明显的共振吸收峰,就要求样品纯度高,而且要在低温下进行。四.证明题:证明电子的有效质量2*22nhmdEdk(学会推导,P17)五.作图题1.绝缘体、半导体和导体的能带示意图(P16)2.能量、速度和有效质量与波矢的关系图(P19)六.计算题见总复习例题第一题,学会求有效质量第二章一.名词解释1.深能级杂质:(P51)杂质在禁带中产生的施主能级距离导带底比较远,产生的受主能级距离价带顶也较远,通常称这种能级为深能级,相应的杂质称为深能级杂质。二.判断题1.III、V族杂质在禁带中产生的能级均为浅能级。(√)2.空穴被受主杂质束缚时的能量比价带顶Ev高AE。(√)3.施主杂质和受主杂质之间有抵消作用,通常称为“杂质补偿”。“杂质补偿”是制造各种半导体器件的基础。(√)4.无论在n型硅或是p型中,金都是一种有效的复合中心,在制作高速开关器件时常有意掺入金以提高器件的速度。(√)三.填空题1.电子被施主能级束缚时的能量比导带低,被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级。(类比受主能级)2.对于同时含有施主和受主杂质的补偿型半导体材料,载流子浓度决定于两种杂质浓度的差,而载流子的迁移率决定于两种杂质浓度的和。3.杂质和缺陷对半导体的性质具有决定性的影响,根据杂质原子存在的方式的不同,可将杂质分为替位式杂质和间隙式杂质,而缺陷一般分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。四.证明题不会有五.作图题学会做施主能级和施主电离图以及受主能级和受主电离图,见P47和P49六.证明题不会单独有,但会涉及到类似第二道填空题的情形第三章一.名词解释题1.状态密度:状态密度就是在能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。(P66)2.费米能级:根据量子统计理论,对于能量E的一个量子态被一个电子占据的概率011expFfEEEkT,其中FE称为费米能级,它标志了电子填充能级的水平。(P69)3.禁带变窄效应:在简并半导体中,杂质浓度高,杂质原子相互间就比较靠近,导致杂质原子之间电子波函数发生交叠,使孤立的杂质能级扩展为能带,通常称为杂质能带。二.判断题1.任何情况下半导体的载流子浓度都满足2inpn.(X)(平衡状态下才行)2.00np与温度、禁带宽度、费米能级有关,与杂质浓度无关。(X)000(=exp(),gcvEnpNNkT与费米能级无关)3.n型半导体在低温弱电离区,杂质能量越高,FE达到极值的温度越高。(√)4.禁带宽度大、杂质浓度低的半导体极限工作温度高,因而适合制造大功率器件。(√)5.电子占据杂质能级的概率可用费米分布函数决定。(X)(不满足泡利不相容原理,不能用费米分布来计算)三.填空题1.载流子的有效质量可以用回旋共振的实验方法测得,半导体的载流子浓度可以用霍尔效应的实验方法测得。2.非简并半导体的电子服从玻耳兹曼分布函数,简并半导体的电子服从的是费米分布,后者服从泡利不相容原理。3.费米能级是一个很重要的物理参数,它标志了电子填充能级的水平,费米能级越高,说明较高能量较多的量子态上有电子。4.费米能级与温度、杂质浓度、导电类型和能量零点选取有关。5.材料的禁带宽度越大,则同一温度下本征载流子的浓度越低,进入本征导电的温度越高。四.证明题1.导带底附近状态密度31*223(2)()4()nccmdZgEVEEdEh(P69)2.推导非简并半导体中200inpn(证明见P75)3.一般掺杂的p型半导体在室温时的费米能级表达式为0AFvcNEEkTInN(P81对应强电离区,学会各种情况下的费米能级表达式的推导,出发点是电中性条件)五.作图题1.绘出硅的费米能级与杂质、温度的关系。(P82)2.画出n型硅的电子浓度和温度的关系曲线,并进行解释。(P85)3.画出本征、弱P、强P、弱n、强n的费米能级、能带及其能带填充情况。(P87)六.计算题总复习课件例题2第四、五章一:名词解释1.强电场效应:(详见教材131页)平均漂移速度随外电场增加的速度开始减缓,最后趋于一个不随场强变化的定值,即达到饱和漂移速度。2.非平衡载流子的寿命:(详见教材147页)非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命,用表示。寿命标志着非平衡载流子的浓度减小到原值的1/e所经历的时间。考点:1/就表示单位时间内的非平衡载流子的复合概率,即P=1/(注意:)。p/就代表符合率。3.准费米能级:(详见教材148页)当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时,导带和价带中电子各自基本上处于平衡态,而导带和价带之间处于不平衡状态。因此,分别引入倒带费米能级和价带费米能级,他们都是局部的费米能级,称为“准费米能级”。4.陷阱效应:(详见教材162页)杂质能级积累非平衡载流子作用。考点:当杂质能级与平衡时的费米能级重合时,陷阱作用最强。5.霍尔效应:(详见教材366页)(往年考过很多次,不过,我们好像没讲过这个)当有一方向与电流垂直的磁场作用于一有限半导体时,则在半导体两侧产生一横向电势差(霍尔电场),其方向同时垂直于电流和磁场,这种现象称为半导体的霍尔效应。二:判断题1.对于非平衡载流子,复合中心越接禁带中央,促进作用越强。2.爱因斯坦关系式:0kTDq是针对平衡载流子推导出来的,但实验证明,这个关系可直接用于非平衡载流子。3.把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱,而把相应的杂质和缺陷成为陷阱中心。4.引入复合中心即可以影响少数载流子的寿命,又可以影响多少载流子的电导率。5.电离杂质散射:散射几率P与T的3/2次方成反比;晶格振动散射:散射几率P与T的3/2次方成正比;6.非平衡状态下,多数载流子的准费米能级偏离程度小,少数载流子的偏离程度大。(详见教材149页)三:填空题1.半导体的主要两个散射机构是电离杂质散射,晶格振动散射。2.迁移率:u=v/E意义:单位电场作用下电子的平均漂移速度。表征了电子飘逸的难易程度,单位是2/mVs。欧姆定律的微分形式为J=|E|,计算时需注意:nJ=J+J()pnpnqpq四:证明题1.证明爱因斯坦方程(详见教材170,171页)2.证明在间接复合过程中,电子激发概率与俘获系数满足的关系式(详见教材153页)五:作图题1.画出间接复合的四个过程(详见教材152页,图5-7)2.画出硅的电阻率与温度的关系(详见教材125页,图4-16)并区分高纯度与与高度补偿的硅六:计算题(见老师发的计算题ppt)第六章pn结1.pn结的接触电势差及其推导(P185)2.未加电压时Pn结的能带图(P183)3.pn结的伏安特性当加上正向偏压和反向偏压时对应的能带图(注意费米能级位置的变化)电流与电压的公式(J=?Js=?)P1924.pn结电容什么是势垒电容?什么是扩散电容?P1985.pn结的三种击穿:雪崩击穿,隧道击穿,热电击穿P2086.pn结的隧道效应,以及对应的伏安曲线及其解释P211名词解释:隧道击穿P209判断:雪崩击穿与隧道击穿的条件P208图形:n,p型半导体接触的能带图P183p,n结在正向偏压下的能带图P189隧道电流电压特性曲线P212计算:已知pn结的电流密度,求外加电场第七章1.肖特基模型:对应的能带图,四种。要能理解P2182.巴丁模型:什么是钉扎效应?为什么能屏蔽金属功函数的影响P2203.金半接触的整流的整流特性肖特基二极管与pn结二极管的比较P2303.少数载流子的注入和欧姆接触P231什么是欧姆接触?重参杂下,金属功函数的影响小,不能用选择金属的方法来获得欧姆接触,怎样获得欧姆接触?名词解释:钉扎效应欧姆接触电子亲和能P218~P220图形:金半接触n型和p型分别对应的能带图(还要考虑WmWs和WmWs两种情形)P221判断:金半接触时的状态与外加电压的关系欧姆接触的实现金半接触时势垒的方向与偏压的关系其他:肖特基二极管与pn结二极管的区别,肖特基二极管的特性P230第八章1.表面态:本征表面态,外诱表面态,表面态的特性(见ppt第七章)2.MIS结构,多子堆积,多子耗尽,少子反型对应的能带图P2383.多子堆积、平带、耗尽、弱反、强反分别对应的电容。什么是深耗尽状态,CCD器件工作的状态P2414.强反型的临界状态如何推出P245由得5.MIS结构的电容电压特性图并解释P249名词解释:MIS结构P238图:栅压为零时Mos管对应的能带图(见复习ppt)Mis结构的C-v曲线P250多子堆积,多子耗尽,少子反型对应的能带图P238证明:临界条件P245
本文标题:半导体物理
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