半导体物理学复习提纲2010-1-5

半导体物理学复习提纲

试卷结构：

一、选择题（每小题2分，共30分） 二、填空题(每空2分，共30分) 三、简答题（2小题，共20分） 四、计算与推导(20分)

计算1题(需要计算器)，推导1题

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第一章 半导体中的电子状态

§1.1 锗和硅的晶体结构特征

§1.2 半导体中的电子状态和能带 电子共有化运动概念

绝缘体、半导体和导体的能带特征。几种常用半导体的禁带宽度； 本征激发的概念

§1.3 半导体中电子的运动 有效质量

h2k2

导带底和价带顶附近的E(k)~k关系E k -E 0 =*；

2mn半导体中电子的平均速度v

dE

； hdk

11d2E

有效质量的公式：* 2。窄带、宽带与有效质量大小 2

mnhdk

§1.4本征半导体的导电机构 空穴

空穴的特征：带正电；m mpn；En Ep；kp kn

§1.5 回旋共振

§1.6 硅和锗的能带结构 硅和锗的能带结构特征： 导带底的位置、个数；

价带结构：价带顶的位置，重空穴带、轻空穴带以及自旋-轨道耦合分裂出来的能带。

硅和锗是间接带隙半导体

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第二章 半导体中杂质和缺陷能级

§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级

基本概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用。

§2.2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级

第三章 半导体中载流子的统计分布

热平衡载流子概念

§3.1状态密度

定义式：g(E) dz/dE；

导带底附近的状态密度：gc(E) 4 V

2mn*

h

3

3/2

E Ec EV

1/2

；

2m 价带顶附近的状态密度：g(E) 4 V

v

*3/2

p

h3

E

1/2

§3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi分布函数：f(E)

1；

1 exp E EF/k0T

Fermi能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级EF是系统的化学势；2）EF可看成量子态是否被电子占据的一个界限。3）EF的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。

Boltzmann分布函数：fB(E) e

E EF

k0T

；

导带底、价带顶载流子浓度表达式：

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n0

Ec

Ec

fB(E)gc(E)dE

2 mkT EF Ec

， Nc 2n0 Ncexp

h3k0T

*n p0

导带底有效状态密度

2 mkT Ev EF

， Nv 2p0 Nvexp

h3k0T

价带顶有效状态密度

E EV

载流子浓度的乘积n0p0 NCNVexp C

k0T

§3.3. 本征半导体的载流子浓度 本征半导体概念；

本征载流子浓度：ni n0 p0 (NCNV)

2

Eg

NNexp 的适用范围。 CV k0T

Eg exp 2kT ；

0

载流子浓度的乘积n0p0 ni；它的适用范围。

§3.4杂质半导体的载流子浓度 电子占据施主杂质能及的几率是

fD(E)

1

ED EF1

1 exp kT20

空穴占据受主能级的几率是

fA(E)

1

EF EA 1

1 exp kT 20

施主能级上的电子浓度nD为：

nD NDfD(E)

ND

ED EF1

1 exp kT20

受主能级上的空穴浓度pA为

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pA NAfA(E)

NA

E EA 1

1 exp F 2kT0

电离施主浓度nD为：nD ND nD 电离受主浓度pA为：pA NA pA 费米能级随温度及杂质浓度的变化

§3.5 一般情况下的载流子统计分布

§3.6. 简并半导体

1、重掺杂及简并半导体概念；

2、简并化条件(n型)：EC EF 0，具体地说：1）ND接近或大于NC时简并；2）ΔED小，则杂质浓度ND较小时就发生简并；3）杂质浓度越大，发生简并的温度范围越宽；4）简并时杂质没有充分电离；5）简并半导体的杂质能级展宽为能带，带隙宽度会减小。

3、杂质能带及杂质带导电。

第四章 半导体的导电性

§4.1 载流子的漂移运动 迁移率

欧姆定律的微分形式：J E；

v E；迁移率 ，单位 m2/V s或cm2/V s； 漂移运动；漂移速度d

不同类型半导体电导率公式： nq n pq p

§4.2. 载流子的散射.

半导体中载流子在运动过程中会受到散射的根本原因是什么？ 主要散射机构有哪些？

电离杂质的散射：P i NiT

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晶格振动的散射：Ps T

§4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系

描述散射过程的两个重要参量：平均自由时间 ，散射几率P。他们之间的关系，

p；

1、电导率、迁移率与平均自由时间的关系。

pq2 pnq2 n

n nqun ; p pqup *

mnm*p nqun pqup

nq2 pm

*

n

pq2 pm

*p

2、(硅的)电导迁移率及电导有效质量公式：

11 12 q n

、 c mc3 mlmt mc

3、迁移率与杂质浓度和温度的关系

q

*BNmAT i

T.

1

§4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 各种半导体的电阻率公式：

1

；

nq n pq p

不同温区电阻率的变化/不同温区载流子的散射机制。计算电阻率。

§4.6 强电场下的效应 热载流子 热载流子概念。

§4.7 多能谷散射 耿氏效应

用多能谷散射理论解释GaAs的负微分电导。

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第五章 非平衡载流子

§5.1 非平衡载流子的注入与复合 非平衡态与非平衡载流子或过剩载流子； 小注入；

附加电导率： nq n pq p pq n p

§5.2非平衡载流子的寿命 非平衡载流子的衰减、寿命 ；

1复合几率：表示单位时间内非平衡载流子的复合几率，；

复合率：单位时间、单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。 p。

§5.3 准Fermi能级 1、“准Fermi能级”概念

2、非平衡状态下的载流子浓度：

n

EC EF

n NCexp

kT0 p

EF EV

p NVexp

k0T

(n n0 n)

(p p0 p)

nn

EF EF Ei EF

n n0exp nexp i

kTkT0 0

pp

E EF Ei EF

p p0exp F nexp i

kTkT0 0

3、“准Fermi能级”的含义

1）从（5-10）可以看出，EFn-EF，EF-EFp越大，n和p值越大，越偏离平衡状态。反之也可以说，n和p越大，EFn和EFp偏离EF越远。 2）EFn和EFp偏离EF的程度不同 如n-type半导体n0>p0。小注入条件下：

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Δn<<n0，n=n0+Δn，n>n0，n≈n0，EFn比EF更靠近导带 …… 此处隐藏：5587字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……