半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)提綱2015

半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)綱要2015半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)綱要2015半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)綱要2015試卷結(jié)構(gòu)：一、選擇題（每題2分，共30分）二、填空題（每空2分，共20分）三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）四、證明題（10分）（第六章）五、計(jì)算題（20分）（第五章）第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)1.1鍺和硅的晶體結(jié)構(gòu)特色金剛石結(jié)構(gòu)的基本特色1.2半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶電子共有化運(yùn)動(dòng)看法絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶特色。幾種常用半導(dǎo)體的禁帶寬度;本征激發(fā)的看法§1.3半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)有效質(zhì)量h2k2導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂周邊的E(k)~k關(guān)系Ek-E0=半導(dǎo)體中電子的均勻速度

*?2mndEhdk1d2E有效質(zhì)量的公式:窄帶、寬帶與有效質(zhì)量大小h2dk2§1.4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空穴空穴的特色：帶正電；叫二-mn；En=-Ep；kp=-kn1.5回旋共振1.6硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)特色：導(dǎo)帶底的地址、個(gè)數(shù)；價(jià)帶結(jié)構(gòu)：價(jià)帶頂?shù)牡刂?，重空穴帶、輕空穴帶以及自旋-軌道耦合分裂出來(lái)的能帶。硅和鍺是間接帶隙半導(dǎo)體第二章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺點(diǎn)能級(jí)§2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)基本看法：施主雜質(zhì)，受主雜質(zhì)，雜質(zhì)的電離能，雜質(zhì)的賠償作用2.2川一V族化合物中的雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)的雙性行為第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布非簡(jiǎn)并熱均衡載流子看法和性質(zhì)（非簡(jiǎn)并一玻耳茲曼；一致費(fèi)米能級(jí)；

n°po

二

n：）3.1狀態(tài)密度定義式：g（E）=dz/dE;3/2導(dǎo)帶底周邊的狀態(tài)密度：gc（E）=42（加叮（E—Ec）/2;h*3/2價(jià)帶頂周邊的狀態(tài)密度：gv（E）=4JIV如卩/（EV_E）/2h§3.2費(fèi)米能級(jí)和載流子的濃度統(tǒng)計(jì)分布Fermi分布函數(shù)：f（E）二__________1________;1+expJE-EFJ/kcT_|Fermi能級(jí)的意義：它和溫度、半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電種類、雜質(zhì)的含量以及能量零點(diǎn)的采用有關(guān)。1）將半導(dǎo)體中大批的電子看作一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)；2）EF可看作量子態(tài)能否被電子據(jù)有的一個(gè)界限。

3）

費(fèi)米能級(jí)EF的地址

EF是系比較直觀地標(biāo)記了電子據(jù)有量子態(tài)的狀況，平時(shí)就說(shuō)費(fèi)米能級(jí)標(biāo)記了電子填補(bǔ)能級(jí)的水平。費(fèi)米能級(jí)地址較高，說(shuō)明有許多的能量較高的量子態(tài)上有電子。Boltzmann分布函數(shù)：fB(E)=e載流子濃度表達(dá)式：n°fB(E)gc(E)dEcXNcexpETc2二mnkTNc二2n導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度k°T_，h33/exp行2二mpk0T2-2十價(jià)帶頂有效狀態(tài)密度kTh3°載流子濃度的乘積n°po二NcNEcNcNVexpkT的適用范圍。VexpkoT3.3.本征半導(dǎo)體的載流子濃度本征半導(dǎo)體看法;1廠E“本征載流子濃度：m=n°=Po=(NCNV)2exp-載流子濃度的乘積n0p0二n「它的適用范圍3.4雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度電子據(jù)有施主雜質(zhì)能級(jí)的幾率是fD(E)11expED-EFk°T空穴據(jù)有受主能級(jí)的幾率是fA(E)'EF-EA1-exp2<k°T施主能級(jí)上的電子濃度nD為:nD二N°fD(E)二

NDED*1-exp2k°T受主能級(jí)上的空穴濃度PA為NAPA=NAfA（E）=——TE―1+1exp|EF一EA/2IkT°電離施主濃度nD為：n。+=ND-n°電離受主濃度A一為PA_=NA-PAp:解析判斷費(fèi)米能級(jí)隨溫度及雜質(zhì)濃度的變化，特別是飽和區(qū)3.5—般狀況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布解析判斷費(fèi)米能級(jí)隨溫度及雜質(zhì)濃度的變化，特別是飽和區(qū)。3.6.簡(jiǎn)并半導(dǎo)體1、重混淆及簡(jiǎn)并半導(dǎo)體看法；2、簡(jiǎn)并化條件（n型）:EC-EF乞0，詳盡地說(shuō)：1）Nb湊近或大于比時(shí)簡(jiǎn)并；2）△ED小，則雜質(zhì)濃度比較小時(shí)就發(fā)生簡(jiǎn)并；3）雜質(zhì)濃度越大，發(fā)生簡(jiǎn)并的溫度范圍越寬；4）簡(jiǎn)并時(shí)雜質(zhì)沒有充分電離；5）簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)展寬為能帶，帶隙寬度會(huì)減小。3、雜質(zhì)能帶及雜質(zhì)帶導(dǎo)電。第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性§4.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷徙率歐姆定律的微分形式：JE1；I漂移運(yùn)動(dòng)；漂移速度Vd二"E;遷徙率丄，單位m2/V-s或cm2/Vs；不一樣種類半導(dǎo)體電導(dǎo)率公式：二二nq%?pq'p§4.2.載流子的散射.半導(dǎo)體中載流子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)遇到散射的根本源因是什么?主要散射機(jī)構(gòu)有哪些？電離雜質(zhì)的散射：P二NJ-2晶格振動(dòng)的散射：Ps^T’2§4.3遷徙率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系描述散射過(guò)程的兩個(gè)重要參量：均勻自由時(shí)間■，散射幾率P。他們之間的關(guān)系,1、電導(dǎo)率、遷徙率與均勻自由時(shí)間的關(guān)系。6二nqun=^m^Rp=pqup_pq2p—*mnmp22nqippq^p；=nqunpqup*—mnmp2、（硅的）電導(dǎo)遷徙率及電導(dǎo)有效質(zhì)量公式:3、遷徙率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系A(chǔ)T'2BNjm3T32§4.4電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系各種半導(dǎo)體的電阻率公式：-；（混淆、溫度及光照）nq%+pq^p本征半導(dǎo)體的電阻率與帶隙寬度關(guān)系。不一樣溫區(qū)電阻率的變化/不一樣溫區(qū)載流子的散射體系?！?.6強(qiáng)電場(chǎng)下的效應(yīng)熱載流子熱載流子看法。4.7多能谷散射耿氏效應(yīng)用多能谷散射理論解說(shuō)GaAs的負(fù)微分電導(dǎo)。第五章非均衡載流子5.1非均衡載流子的注入與復(fù)合非均衡態(tài)與非均衡載流子或節(jié)余載流子；小注入；附帶電導(dǎo)率:y二nq叫pq"p=Apql'n5.2非均衡載流子的壽命非均衡載流子的衰減、壽命?的含義；1.復(fù)合幾率：表示單位時(shí)間內(nèi)非均衡載流子的復(fù)合幾率,T復(fù)合率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體積內(nèi)凈復(fù)合消逝的電子空穴對(duì)數(shù)。5.3準(zhǔn)Fermi能級(jí)1、“準(zhǔn)Fermi能級(jí)”看法2、非均衡狀態(tài)下的載流子濃度:n=NCexp°kTkT(P=PoP)°n二n0E-EF二ni<k0Texpexp°<kTFFP‘E-E乍P=Poexp、k0TJ=niexplk0T丿3、“準(zhǔn)Fermi能級(jí)”的含義1）從（5-10）可以看出，EFn-EF,EF-EFP越大，n和p值越大，越偏離均衡狀態(tài)。反之也可以說(shuō)，n和p越大，EF"和EFP偏離EF越遠(yuǎn)。2）Epn和EpP偏離EF的程度不一樣如n-type半導(dǎo)體npp。。小注入條件下：n<vr0，n=no+An，n>n°，n?門。，Epn比Ep更湊近導(dǎo)帶底，但偏離Ep很小。Ap>>po，p=po+Ap，p>p0，Epp比EF更湊近價(jià)帶頂，且比Epn更偏離EF。可以看出：一般狀況下，在非均衡狀態(tài)時(shí)，常常總是多數(shù)載流子的準(zhǔn)Fermi能級(jí)和均衡時(shí)的Fermi能級(jí)偏離不多，而少量載流子的準(zhǔn)Fermi能級(jí)則偏離很大。3）?-E廠2JEF-3）np=nop°exp--------------fexp-----------------IkoT丿\koT丿反響了半導(dǎo)體偏離熱均衡態(tài)的程度。Ep七卩卩越大，np越偏離nj2。EF"=EFP時(shí),np二nj2。54復(fù)合理論非均衡載流子復(fù)合的分類以及復(fù)合過(guò)程開釋能量的方式1、直接復(fù)合2、間接復(fù)合定量說(shuō)明間接復(fù)合的四個(gè)微觀過(guò)程：俘獲電子過(guò)程：電子俘獲率=「門門（叫-門1）發(fā)射電子過(guò)程：電子產(chǎn)生率=s_nt，s_=rnni俘獲空穴過(guò)程：空穴俘獲率=rppnt發(fā)射空穴的過(guò)程：空穴產(chǎn)生率=s+（叫-nt），s+=rpP[有效復(fù)合中心能級(jí)的地址為禁帶中線周邊（有效復(fù)合中心的特色與成效）3、表面復(fù)合1)表面復(fù)合率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)單位面積復(fù)合掉的電子-空穴對(duì)數(shù)LS(s-1cm2)為何說(shuō)非均衡載流子的壽命是“結(jié)構(gòu)矯捷”的參數(shù)？4、俄歇復(fù)合看法：載流子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，發(fā)生電子-空穴復(fù)合時(shí)，把剩余的能量傳給另一個(gè)載流子，使這個(gè)載流子被激發(fā)到更高的能級(jí)上去，當(dāng)它重新躍遷回低能級(jí)時(shí)，剩余的能量常以聲子形式放出，這類復(fù)合被稱為俄歇復(fù)合。-----非輻射復(fù)合§5.5.圈套效應(yīng)。1、圈套效應(yīng)、圈套、圈套中心2、最有效圈套的特色(1)(2)

典型的圈套對(duì)電子和空穴的俘獲系數(shù)rn和rp一定有很大差異。少量載流子的圈套效應(yīng)更明顯⑶必定的雜質(zhì)能級(jí)能否成為圈套，還決定于能級(jí)的地址。并說(shuō)明電子和空穴圈套的能級(jí)位置。3、比較圈套中心和復(fù)合中心的異同。4、圈套中心的存在，對(duì)非均衡載流子的壽命有很大影響，從而影響壽命的丈量。實(shí)驗(yàn)中，如何除掉這類影響？在脈沖光照的同時(shí)，再加上恒定的光照，使圈套一直處于飽和狀態(tài)。比方，丈量非均衡電子的壽命，用恒定光照耀半導(dǎo)體，使圈套中一直填滿電子。再用脈沖光照耀半導(dǎo)體，這時(shí)，產(chǎn)生的An和Ap中，An中的電子就不會(huì)再被圈套俘獲。這就相當(dāng)于在電子行進(jìn)的道路上有圈套，有些電子就會(huì)掉進(jìn)圈套里，很難出來(lái)，而耽誤了與空穴相遇復(fù)合，延長(zhǎng)了電子-空穴相遇復(fù)合所需要的時(shí)間。但此刻，先用恒定的光照在半導(dǎo)體上，產(chǎn)生的電子將圈套填滿，馬上道路填平，達(dá)到另一個(gè)均衡態(tài)，再用脈沖光照耀半導(dǎo)體，丈量非均衡載流子壽命?！?.6.載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：1、擴(kuò)散流密度：Sp--DpdPX；Sn--Dndnx(單位時(shí)間經(jīng)過(guò)單位面積dxdx的粒子數(shù))。2、空穴的擴(kuò)散電流Jp擴(kuò)工_qDpdp(X)。電子的擴(kuò)散電流擴(kuò)dxd也n(xJn擴(kuò)--qSn=qDn—dx3、光注入下的穩(wěn)固擴(kuò)散：穩(wěn)固擴(kuò)散：若用恒定光照耀樣品，那么在表面處非均衡載流子濃度保持恒定值p0，半導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的空穴濃度也不隨時(shí)間改變，形成穩(wěn)固的分布。這叫穩(wěn)定擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程及其解?！?.7.載流子的漂移運(yùn)動(dòng)愛因斯坦關(guān)系漂移運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)愛因斯坦關(guān)系的表達(dá)式DnkoTDpkoT:w§5.8.連續(xù)性方程式1、連續(xù)性方程式的表達(dá)式E「：pcEpPP——gp:2fex-tpx此中Fp(x)Dp-2的含義是單位時(shí)間單位體積因?yàn)閿U(kuò)散而累積的空穴數(shù)；「dE1-%p—的含義是單位時(shí)間單位體積因?yàn)槠贫鄯e的空穴數(shù);:x的含義是單位時(shí)間單位體積因?yàn)閺?fù)合而消逝的電子-空穴對(duì)數(shù)。2、穩(wěn)態(tài)連續(xù)性方程及其解3、連續(xù)性方程式的應(yīng)用。牽引長(zhǎng)度LpE和擴(kuò)散長(zhǎng)度Lp的差異。LP（"也；L^yDpr第六章p-n結(jié)6.1p-n結(jié)及其能帶圖1、p-n結(jié)的形成和雜質(zhì)分布2、空間電荷區(qū)3、p-n結(jié)能帶圖4、p-n結(jié)接觸電勢(shì)差5、p-n結(jié)的載流子分布§6.2p-n結(jié)的電流電壓特征1、非均衡狀態(tài)下的p-n結(jié)非均衡狀態(tài)下p-n結(jié)的能帶圖2、理想p-n結(jié)模型及其電流電壓方程式理想p-n結(jié)模型1）小注入條件2）突變耗盡層近似：電荷突變、結(jié)中載流子耗盡（高阻）、電壓所有下降在耗盡層上、耗盡層外載流子純擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；3）不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生與復(fù)合作用；4）玻耳茲曼界限條件：在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布。理想p-n結(jié)的電壓方程式，相應(yīng)的J-V曲線。并談?wù)損-n結(jié)的整流特征。3、影響p-n結(jié)的電流電壓特征偏離理想方程的各種要素理想p-n結(jié)的電流是少量載流子擴(kuò)散形成的。但實(shí)質(zhì)上還存在復(fù)合電流、大注入效應(yīng)、體電阻效應(yīng)以及產(chǎn)生電流，使得實(shí)質(zhì)電流-電壓特征偏離理想情況。歸納以下：p+-n結(jié)加正向偏壓時(shí)，電流電壓關(guān)系可表示為J^cexp-q^，m在1~2<mkoT丿之間變化，隨外加正向偏壓而定。正向偏壓較小時(shí)，m=2JF*exp(qV/2k°T)，勢(shì)壘區(qū)的復(fù)合電流起主要作用，偏離理想情況；正向偏壓較大時(shí)，

m=1,

JF*exp(qV/k

°T)，擴(kuò)散電流起主要作用，與理想情

形切合；正向偏壓很大，即大注入時(shí)，

m=2

JF*

exp(qV/2k

°T)，偏離理想情況；在大電流時(shí)，還一定考慮體電阻上的電壓降VR'，于是V=V+V>+V?'，忽視電極上的壓降，這時(shí)在p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)上的電壓降就更小了，正向電流增添更緩慢。在反向偏壓下，因勢(shì)壘區(qū)中的產(chǎn)生電流，從而使得實(shí)質(zhì)反向電流比理想方程的計(jì)算值大并且不飽和。6.3p-n結(jié)電容1、p-n結(jié)電容的本源勢(shì)壘電容：p-n結(jié)上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢(shì)壘區(qū)中的“存入”和“拿出”作用，以致勢(shì)壘區(qū)的空間電荷數(shù)目隨外加電壓而變化，這和一個(gè)電容器的充放電作用相似。這類p-n結(jié)的電容效應(yīng)稱為勢(shì)壘電容，以G表示。擴(kuò)散電容：外加電壓變化時(shí)，n區(qū)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)累積的非均衡空穴和與它保持電中性的電子數(shù)目變化，相同，p區(qū)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)累積的非均衡電子和與它保持電中性的空穴也變化。這類因?yàn)閿U(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)目隨外加電壓變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為p-n結(jié)的擴(kuò)散電容。用符號(hào)CD表示。2、突變結(jié)的勢(shì)壘電容(利用重要結(jié)論解析問(wèn)題)6.4p-n結(jié)擊穿不一樣種類半導(dǎo)體的擊穿機(jī)理解析。1、雪崩擊穿2、地道擊穿(或齊納擊穿)地道擊穿是在強(qiáng)反向電場(chǎng)作用下，勢(shì)壘寬度變窄，由地道效應(yīng)，使大批電子從p區(qū)的價(jià)帶穿過(guò)禁帶而進(jìn)入到n區(qū)導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。因?yàn)樽钕仁怯升R納提出來(lái)解說(shuō)電介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的，故叫齊納擊穿。重混淆的半導(dǎo)體形成的結(jié)更簡(jiǎn)單發(fā)生隧p-n道擊穿。3、熱電擊穿6.5p-n結(jié)地道效應(yīng)1、地道結(jié)及其電流電壓特征什么是地道結(jié)，地道結(jié)的電流電壓特征。2、地道結(jié)熱均衡時(shí)的能帶圖3、地道結(jié)電流電壓特征的定性解說(shuō)地道結(jié)的特色和優(yōu)勢(shì)。第七章金屬和半導(dǎo)體的接觸§7.1.金屬半導(dǎo)體接涉及其能帶圖1、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)定義式2、接觸電勢(shì)差阻截層（p型和n型阻截層）看法及能帶圖3、表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響§7.2.金屬半導(dǎo)體接觸整流理論一、以n型、p型阻截層為例定性說(shuō)明阻截層的整流特征n型（p型）阻截層的判斷；表面勢(shì)、能帶曲折狀況二、定量得出阻截層伏-安特征表達(dá)式1、擴(kuò)散理論（模型）理論模型:MlJ=JSD|exp----------1.<koT丿2、熱電子發(fā)射理論（模型）qVJ=JsT|exp-1兇T丿.兩種模型的適用范圍3、鏡象力和地道效應(yīng)是如何影響M-S接觸整流特征的？（降低勢(shì)壘高度）4、肖特基勢(shì)壘二極管與p-n結(jié)二極管對(duì)比較，有哪