大學專業(yè)課考試復習資料--半導體物理學復習提綱

1、大學專業(yè)課考試復習資料-半導體物理學復習提綱第一章 半導體中的電子狀態(tài)§1.1 鍺和硅的晶體結構特征金剛石結構的基本特征§1.2 半導體中的電子狀態(tài)和能帶電子共有化運動概念絕緣體、半導體和導體的能帶特征。幾種常用半導體的禁帶寬度；本征激發(fā)的概念§1.3 半導體中電子的運動 有效質量導帶底和價帶頂附近的E(k)k關系；半導體中電子的平均速度；有效質量的公式：。§1.4本征半導體的導電機構 空穴空穴的特征：帶正電；§1.5 回旋共振§1.6 硅和鍺的能帶結構導帶底的位置、個數(shù)；重空穴帶、輕空穴第二章 半導體中雜質和缺陷能級§2.

2、1 硅、鍺晶體中的雜質能級基本概念：施主雜質，受主雜質，雜質的電離能，雜質的補償作用。§2.2 族化合物中的雜質能級雜質的雙性行為第三章 半導體中載流子的統(tǒng)計分布熱平衡載流子概念§3.1狀態(tài)密度定義式：；導帶底附近的狀態(tài)密度：；價帶頂附近的狀態(tài)密度：§3.2 費米能級和載流子的濃度統(tǒng)計分布Fermi分布函數(shù)：；Fermi能級的意義：它和溫度、半導體材料的導電類型、雜質的含量以及能量零點的選取有關。1）將半導體中大量的電子看成一個熱力學系統(tǒng)，費米能級是系統(tǒng)的化學勢；2）可看成量子態(tài)是否被電子占據(jù)的一個界限。3）的位置比較直觀地標志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費米

3、能級標志了電子填充能級的水平。費米能級位置較高，說明有較多的能量較高的量子態(tài)上有電子。 Boltzmann分布函數(shù)：；導帶底、價帶頂載流子濃度表達式： ， 導帶底有效狀態(tài)密度 ， 價帶頂有效狀態(tài)密度載流子濃度的乘積的適用范圍。§3.3. 本征半導體的載流子濃度本征半導體概念；本征載流子濃度：；載流子濃度的乘積；它的適用范圍。§3.4雜質半導體的載流子濃度電子占據(jù)施主雜質能及的幾率是空穴占據(jù)受主能級的幾率是施主能級上的電子濃度為： 受主能級上的空穴濃度為電離施主濃度為：電離受主濃度為：費米能級隨溫度及雜質濃度的變化§3.5 一般情況下的載流子統(tǒng)計分布§3.

4、6. 簡并半導體1、重摻雜及簡并半導體概念；2、簡并化條件(n型)：，具體地說：1）ND接近或大于NC時簡并；2）ED小，則雜質濃度ND較小時就發(fā)生簡并；3）雜質濃度越大，發(fā)生簡并的溫度范圍越寬；4）簡并時雜質沒有充分電離；5）簡并半導體的雜質能級展寬為能帶，帶隙寬度會減小。3、雜質能帶及雜質帶導電。第四章 半導體的導電性§4.1 載流子的漂移運動 遷移率歐姆定律的微分形式：；漂移運動；漂移速度；遷移率，單位 ；不同類型半導體電導率公式： §4.2. 載流子的散射.半導體中載流子在運動過程中會受到散射的根本原因是什么？主要散射機構有哪些？電離雜質的散射：晶格振動的散射：&#

5、167;4.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關系描述散射過程的兩個重要參量：平均自由時間，散射幾率P。他們之間的關系，； 1、電導率、遷移率與平均自由時間的關系。 2、(硅的)電導遷移率及電導有效質量公式：、3、遷移率與雜質濃度和溫度的關系 §4.4 電阻率及其與雜質濃度和溫度的關系各種半導體的電阻率公式：；不同溫區(qū)電阻率的變化/不同溫區(qū)載流子的散射機制。§4.7 多能谷散射 耿氏效應用多能谷散射理論解釋GaAs的負微分電導。第五章 非平衡載流子§5.1 非平衡載流子的注入與復合非平衡態(tài)與非平衡載流子或過剩載流子；小注入；附加電導率：§5.2非平衡載流子的壽

6、命非平衡載流子的衰減、壽命；復合幾率：表示單位時間內非平衡載流子的復合幾率，；復合率：單位時間、單位體積內凈復合消失的電子-空穴對數(shù)。§5.3 準Fermi能級1、“準Fermi能級”概念2、非平衡狀態(tài)下的載流子濃度：3、“準Fermi能級”的含義1）從（5-10）可以看出，EFn-EF，EF-EFp越大，n和p值越大，越偏離平衡狀態(tài)。反之也可以說，n和p越大，EFn和EFp偏離EF越遠。2）EFn和EFp偏離EF的程度不同如n-type半導體n0>p0。小注入條件下：u n<<n0，n=n0+n，n>n0，nn0，EFn比EF更靠近導帶底，但偏離EF很小。u

7、 p>>p0，p=p0+p，p>p0，EFp比EF更靠近價帶頂，且比EFn更偏離EF?？梢钥闯觯阂话闱闆r下，在非平衡狀態(tài)時，往往總是多數(shù)載流子的準Fermi能級和平衡時的Fermi能級偏離不多，而少數(shù)載流子的準Fermi能級則偏離很大。3）反映了半導體偏離熱平衡態(tài)的程度。EFn-EFp越大，np越偏離ni2。EFn=EFp時，np=ni2。§5.4. 復合理論非平衡載流子復合的分類以及復合過程釋放能量的方式1、直接復合2、間接復合定量說明間接復合的四個微觀過程：俘獲電子過程：電子俘獲率=rnn(Nt-nt)發(fā)射電子過程：電子產(chǎn)生率=s-nt，俘獲空穴過程：空穴俘獲率

8、=rppnt發(fā)射空穴的過程：空穴產(chǎn)生率=s+(Nt-nt)，s+=rpp1有效復合中心能級的位置為禁帶中線附近。§5.6. 載流子的擴散運動。1、擴散流密度：；（單位時間通過單位面積的粒子數(shù)）。2、空穴的擴散電流。電子的擴散電流3、光注入下的穩(wěn)定擴散：穩(wěn)定擴散：若用恒定光照射樣品，那么在表面處非平衡載流子濃度保持恒定值，半導體內部各點的空穴濃度也不隨時間改變，形成穩(wěn)定的分布。這叫穩(wěn)定擴散。穩(wěn)態(tài)擴散方程及其解。§5.7. 載流子的漂移運動 愛因斯坦關系愛因斯坦關系的表達式：，§5.8. 連續(xù)性方程式1、連續(xù)性方程式的表達式其中的含義是單位時間單位體積由于擴散而積累的

9、空穴數(shù)；的含義是單位時間單位體積由于漂移而積累的空穴數(shù)；的含義是單位時間單位體積由于復合而消失的電子-空穴對數(shù)。2、穩(wěn)態(tài)連續(xù)性方程及其解3、連續(xù)性方程式的應用。牽引長度和擴散長度Lp的差別。；第六章 p-n結§6.1 p-n結及其能帶圖1、p-n結的形成和雜質分布2、空間電荷區(qū)3、p-n結能帶圖4、p-n結接觸電勢差5、p-n結的載流子分布§6.2 p-n結的電流電壓特性1、非平衡狀態(tài)下的p-n結非平衡狀態(tài)下p-n結的能帶圖2、理想p-n結模型及其電流電壓方程式 l 理想p-n結模型1) 小注入條件2) 突變耗盡層近似：電荷突變、結中載流子耗盡(高阻)、電壓全部降落在耗盡層

10、上、耗盡層外載流子純擴散運動；3) 不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生與復合作用；4) 玻耳茲曼邊界條件：在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻耳茲曼統(tǒng)計分布。 l 理想p-n結的電壓方程式，相應的J-V曲線。并討論p-n結的整流特性。3、影響p-n結的電流電壓特性偏離理想方程的各種因素理想p-n結的電流是少數(shù)載流子擴散形成的。但實際上還存在復合電流、大注入效應、體電阻效應以及產(chǎn)生電流，使得實際電流-電壓特性偏離理想情形。歸納如下：p+-n結加正向偏壓時，電流電壓關系可表示為，m在12之間變化，隨外加正向偏壓而定。正向偏壓較小時，m=2， JFexp(qV/2k0T)，勢壘區(qū)的復合電流起主要作用，偏離理想情形

11、；正向偏壓較大時，m=1，JFexp(qV/k0T)，擴散電流起主要作用，與理想情形吻合；正向偏壓很大，即大注入時，m=2，JFexp(qV/2k0T)，偏離理想情形；在大電流時，還必須考慮體電阻上的電壓降VR，于是V=VJ+Vp+VR，忽略電極上的壓降，這時在p-n結勢壘區(qū)上的電壓降就更小了，正向電流增加更緩慢。在反向偏壓下，因勢壘區(qū)中的產(chǎn)生電流，從而使得實際反向電流比理想方程的計算值大并且不飽和。§6.3 p-n結電容1、p-n結電容的來源勢壘電容：p-n結上外加電壓的變化，引起了電子和空穴在勢壘區(qū)中的“存入”和“取出”作用，導致勢壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化，這和一個電容

12、器的充放電作用相似。這種p-n結的電容效應稱為勢壘電容，以CT表示。 擴散電容：外加電壓變化時，n區(qū)擴散區(qū)內積累的非平衡空穴和與它保持電中性的電子數(shù)量變化，同樣，p區(qū)擴散區(qū)內積累的非平衡電子和與它保持電中性的空穴也變化。這種由于擴散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓變化所產(chǎn)生的電容效應，稱為p-n結的擴散電容。用符號CD表示。2、突變結的勢壘電容p-n結寬度，電荷分布§6.4 p-n結擊穿1、雪崩擊穿2、隧道擊穿(或齊納擊穿)隧道擊穿是在強反向電場作用下，勢壘寬度變窄，由隧道效應，使大量電子從p區(qū)的價帶穿過禁帶而進入到n區(qū)導帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。因為最初是由齊納提出來解釋電介質擊穿現(xiàn)象的，故叫

13、齊納擊穿。重摻雜的半導體形成的p-n結更容易發(fā)生隧道擊穿。3、熱電擊穿不同類型半導體的擊穿機理§6.5 p-n結隧道效應1、隧道結及其電流電壓特性什么是隧道結，隧道結的電流電壓特性。2、隧道結熱平衡時的能帶圖 3、隧道結電流電壓特性的定性解釋第七章 金屬和半導體的接觸§7.1. 金屬半導體接觸及其能帶圖1、金屬和半導體的功函數(shù)定義式2、接觸電勢差阻擋層概念及能帶圖。3、表面態(tài)對接觸勢壘的影響§7.2. 金屬半導體接觸整流理論一、以n型、p型阻擋層為例定性說明阻擋層的整流特性n型(p型)阻擋層的判斷；表面勢、能帶彎曲情況二、定量得出阻擋層伏-安特性表達式1、擴散理論理論模型4、肖特基勢壘二極管與p-n結二極管相比較，有哪些優(yōu)點和用途？§7.3. 少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸1、少數(shù)載流子的注入(正向偏壓下)2、歐姆接觸 什么是歐姆接觸？能否通過選擇合適的金屬來形成歐姆接觸？如何