半導(dǎo)體物理復(fù)習(xí)資料

第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)如何表示晶胞中的幾何元素？規(guī)定以陣胞的基矢群為坐標(biāo)軸，即以陣胞的三個棱為坐標(biāo)軸，并且以各自的棱長為單位，也稱晶軸。什么是倒易點(diǎn)陣（倒格矢）？為什么要引入倒易點(diǎn)陣的概念？它有哪些基本性質(zhì)？倒格子：b=2兀 aixb=2兀 aixa3a-(axa)b=2兀 2 3_-b=2兀 3 1 1a-(axa)2a-(axa)

hmvr=n—n=1,2,3L2兀1 2 3 2 3 1都分別包含2nhmvr=n—n=1,2,3L2兀自由電子能量、動量、速度與波矢的關(guān)系是什么？p=mVE=2擋粒子性描述自由電子的能量和動量： 0m0rE=hN=hwp=hk波動性描述自由電子的能量和動量：變化為：=hkh變化為：=hkh2k22m2m什么是布洛赫定理與布洛赫函數(shù)？布洛赫證明：由單電子近似所描繪的晶體中的電子所遵守的薛定諤方程：—上叩*）+V（x乃（x）=EV（x）2m dx2氣（X氣（X）=氣（X+na）的解具有如下形式：^k（）=UX"其中具有上述特征的波函數(shù)即為布洛赫函數(shù)如何應(yīng)用布洛赫波函數(shù)闡述點(diǎn)在在周期場中的共有化運(yùn)動？（1）自由電子（處于零勢場的電子）的空間各點(diǎn)波函數(shù)的強(qiáng)度相等，說明自由電子在空間各個點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相等，所以叫自由電子。（2）孤立原子中電子（處于點(diǎn)電荷勢場）波函數(shù)是由三個量子數(shù)決定的關(guān)于空間坐標(biāo)的復(fù)雜函數(shù)（通過求解薛定諤方程可獲得），其概率密度在空間上存在最大值。（3）晶體中的電子（處于周期性勢場的電子）波函數(shù)為布洛赫函數(shù)，其在空間各點(diǎn)的強(qiáng)度是一個周期性函數(shù)，也就是在各點(diǎn)出現(xiàn)的幾率也發(fā)生周期性變化，因此不再局限在某一個原子上，而可以從晶胞的一點(diǎn)自由地運(yùn)動到其他晶胞的內(nèi)的對應(yīng)點(diǎn)（這些對應(yīng)點(diǎn)的出現(xiàn)幾率是一樣的）。其狀態(tài)同樣可選擇波數(shù)矢量進(jìn)行描述。但此時的狀態(tài)函數(shù)受周期性勢場的影響也是一個周期性函數(shù)，其中速度、動量是關(guān)于波矢的奇函數(shù)，能量是關(guān)于波矢的偶函數(shù)。能帶理論的基本內(nèi)容是什么？什么是布里淵區(qū)？如何繪制第一布里淵區(qū)？（1）同自由電子類似，晶體中的電子能量也是波矢的函數(shù)。（2）晶體中的電子能量除了波矢還必須由一個量子數(shù)n決定。（3）當(dāng)n確定后電子的能量則是隨波矢周期性在相應(yīng)地范圍（此范圍稱為一個能帶）變化。（4）不同能帶之間不允許電子能量存在稱為禁帶。（5）不同量子數(shù)對應(yīng)著不同的能帶周期函數(shù)。（6）所有的這些能帶函數(shù)總體稱為晶體的能帶結(jié)構(gòu)。（7）通常表示能帶結(jié)構(gòu)有兩種方式：第一種擴(kuò)展能區(qū)表示法：即每個能帶只取特定的一個周期表示，并根據(jù)能量的高低依次k生 0+1+2l選取波矢區(qū)域。對于一維及多維波矢空間能量將在：="a〃='士’*'處出現(xiàn)間斷性跳躍。這些點(diǎn)將整個波矢空間分割成若干區(qū)域，這些區(qū)域稱為布里淵區(qū)。從包含原點(diǎn)的區(qū)域開始，依次稱為第一、第二布里淵區(qū)。第二種簡約能區(qū)表示法：只取任意一個周期的波矢區(qū)間，將該區(qū)間所有能帶的能量表示出來。通常選擇第一布里淵區(qū)作為簡約能區(qū)，因此又稱該區(qū)為簡約布里淵區(qū)。

什么是滿帶（價帶）？為何滿帶不導(dǎo)電？由價電子沾滿的能帶稱為滿帶。在外電場作用下，處于滿帶能級上的電子產(chǎn)生能級躍遷使所有電子在K空間上產(chǎn)生定向移動，由于滿帶左右對稱性以及周期性可知，產(chǎn)生的正負(fù)電流大小相等，相互抵消，所以不導(dǎo)電。什么是導(dǎo)帶？為什么導(dǎo)帶導(dǎo)電？價帶之上未被電子填滿的能帶稱為導(dǎo)帶，優(yōu)異電子未填滿該能帶，未加電場，導(dǎo)帶電子填充仍然是左右對稱，因此導(dǎo)帶電子所產(chǎn)生的正負(fù)電流相同沒有電流，當(dāng)加上電場在其作用下，電子將在K空間產(chǎn)生定向移動，能帶左右不對稱了，因此產(chǎn)生了凈電流。導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制是什么？怎樣用能帶理論解釋其導(dǎo)電機(jī)制？導(dǎo)體通常是金屬，其價帶是滿帶，而導(dǎo)帶中填充一定數(shù)量的電子，因此導(dǎo)體是導(dǎo)帶中的價電子導(dǎo)電。半導(dǎo)體導(dǎo)電的機(jī)制是什么？怎樣用能帶理論解釋其導(dǎo)電機(jī)制？（1）班導(dǎo)體中價電子剛好填滿價帶，導(dǎo)帶在絕對零度時是空的稱為空帶。（2）在一定溫度條件下，由于半導(dǎo)體的禁帶寬度較小，受熱激發(fā)作用滿帶中的價電子較容易躍遷到導(dǎo)帶中去，從而產(chǎn)生導(dǎo)帶電子導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。（3）同時在價帶留下相應(yīng)空K狀態(tài)，破壞了原未滿帶結(jié)構(gòu)，在外電場作用下，將產(chǎn)生凈的電流，如果填滿空位上相應(yīng)的電子則此電流將被抵消，因此可以認(rèn)為是一假想的正電荷以相應(yīng)的電子速度作定向運(yùn)動而產(chǎn)生的電流，將此假想的空位正電荷稱為空穴載流子，因此半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)是電子導(dǎo)電和價帶的空穴導(dǎo)電。絕緣體為何不導(dǎo)電？絕緣體和半導(dǎo)體一樣在絕對零度時，導(dǎo)帶是空的，價帶被填滿，所不同的是其禁帶寬度較寬，受熱激發(fā)電子難于躍遷到導(dǎo)帶，因此絕緣體導(dǎo)電載流子不存在或者很少，所以不導(dǎo)電。什么是電子的有效質(zhì)量？引進(jìn)此概念有何重要意義？h2k2 ,,d2EE（k）=h-— m*=h2/一2m n dk2對自由電子： 2m0有效質(zhì)量： dk2通過有效質(zhì)量的引入，將周期性勢場對電子運(yùn)動的影響全部歸結(jié)到有效質(zhì)量中。因此一旦有效質(zhì)量被確定，則電子的能帶結(jié)構(gòu)確定了，電子在外場作用的運(yùn)動速度和加速度也確定了。而有效質(zhì)量較容易被實(shí)驗(yàn)所確定，因此有效質(zhì)量的引入使得半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)及其電子的運(yùn)動狀態(tài)的定量分析得以實(shí)現(xiàn)。能帶極值處電子運(yùn)動規(guī)律如何確定？電子運(yùn)動速度可以看成是由頻率相差不大波包構(gòu)成：d⑶ 1dE 1dzh2k2、 hkv— v= =一（ ）= v=dk E=hv =hw h~dk hdk2m* m*n n外加電場作用下電子運(yùn)動規(guī)律如何確定？電子運(yùn)動速度決定于波矢量，當(dāng)有外電場作用下，電子運(yùn)動狀態(tài)將發(fā)生變化，也就是電子的波矢將發(fā)生變化，其變化規(guī)律可由下列關(guān)系式確定：dE=fds=fvdt=凸dtJhdk1d2^dk、(h)=1d2^dk、(h)=m*na=^-= （/=n TT=1 Ti—m*ndtdthdkhdk2dth2dk2 dt

有效質(zhì)量有哪些定性特征？空穴有效質(zhì)量是如何定義了？內(nèi)層電子能帶窄，二次微商小，有效質(zhì)量大，加速度小。外層電子能帶寬，二次微商大，m*=—m*有效質(zhì)量小，加速度大。內(nèi)層空穴有效質(zhì)量的定義：尸〃什么是K空間IDE等能面？對于三維晶體K空間內(nèi)，能量相同的點(diǎn)所構(gòu)成的空間曲面稱為等能面。對于各向同性的三維晶體，在K空間的等能面為球面，此時能量與波矢的關(guān)系為：E(k)—E(0)=*=喪(k2+k2+k2)TOC\o"1-5"\h\z2m* 2m*xyz. . , 、nn 實(shí)際晶體均是各向異性的，且極值點(diǎn)不一定在所選布里淵區(qū)的中心(通常為k空間的原點(diǎn))，選布里淵區(qū)的中心(通常為k空間的原點(diǎn))，頃、頃、h頊k—k)2(k—k)2(k—k)2E(k)—E(k)=—(0^—+―y0y—+―y0y—)0 2 m* m* m*令E為常數(shù)，上式為等能面方程— (k-k)2 (k-k)2 (k-k)2 )=2m*(E(k)—E(k))+2m*(E(k)—E(k))+2m*(E(k)—E(k)))可改寫為：研究半導(dǎo)體能 x 0— y 0—— z 0—

h2 h2 h2可改寫為：研究半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)，即確定上式中的有效質(zhì)量，極值能量，極值能量的位置。什么是回旋共振？如何測量有效質(zhì)量？將半導(dǎo)體樣品置于均勻恒定磁場中，半導(dǎo)體中的電子將按照一定的回旋頻率作螺旋形運(yùn)動，此時再將電磁波通過半導(dǎo)體，若電磁波的頻率與電子的回旋頻率相同，則產(chǎn)生回旋共振吸收。根據(jù)此現(xiàn)象可以測量電子的有效質(zhì)量。若等能面為球面，由磁場力電子加速度向心加速度的基本關(guān)系式可得回旋頻率為：如果等能面不是球面，可以證明任意方向(磁場強(qiáng)度方向)的有效質(zhì)量為：m*=度向心加速度的基本關(guān)系式可得回旋頻率為：如果等能面不是球面，可以證明任意方向(磁場強(qiáng)度方向)的有效質(zhì)量為：m*=nm*m*m*

m*a2+m*B2+m*邛2m*=m*=n23.硅的導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)特征是什么？如何通過實(shí)驗(yàn)證明？等能面為橢球面的任意方向(磁場強(qiáng)度方向)的有效質(zhì)量為：I m2m'msin20+mcos20等能面是在六個晶軸方向＜100＞的旋轉(zhuǎn)橢球面，此結(jié)論是通過以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析得出的(2)橢球面的中心在該方向上的布里淵區(qū)邊界0.85倍處(3)m廣(0.19土0.01)m0m廣(0.98土0.04)m0B沿［111］軸方向只能觀察到一個吸收峰；B沿［110］軸方向可以觀察到兩個吸收峰；B沿［100］軸方向可以觀察到兩個吸收峰；B沿任意方向可以觀查到三個吸收峰；[111]方向上，B與六個方向坐標(biāo)系的方向余弦均相同所以6個方向等能面有效質(zhì)量均相同，因此只能觀察到一個吸收峰[110]方向上，B與六個方向坐標(biāo)系的方向余弦有兩組不同的值[100]方向上，B與六個方向坐標(biāo)系的方向余弦有兩組不同的值任意方向：可以有三種不同的值，所以可以觀察到三個吸收峰。鍺的導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)特征是什么？回旋共振的實(shí)驗(yàn)會有什么樣的結(jié)果？（1）等能面是位于＜111＞方向上的8個旋轉(zhuǎn)橢球面（2）橢球面的中心在該方向上簡約布里淵'力界處（）”廣（0.0819土0.0003）m0m廣（1.64土0.03）m0硅鍺禁帶寬度如何隨溫度的變化而變化？隨溫度的上升而逐漸減小。第二章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級雜質(zhì)是如何分類的？各類型雜質(zhì)是如何定義了？（1） 按照雜質(zhì)在晶格中的位置可分為：替位雜質(zhì)：雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格結(jié)點(diǎn)處。間隙雜質(zhì)：雜質(zhì)位于晶格原子之間（2） 按照雜質(zhì)電離后電性可分為：施主雜質(zhì)：電離后帶正電的雜質(zhì)。受主雜質(zhì)：電離后帶負(fù)電的雜質(zhì)。雜質(zhì)能級：將被雜質(zhì)束縛的電子（空穴）的能量狀態(tài)稱為雜質(zhì)能級，通常雜質(zhì)能級位于禁帶之中。雜質(zhì)電離：電子（空穴）掙脫雜質(zhì)束縛的過程稱為電離，相應(yīng)所需的能量稱為電離能n型半導(dǎo)體：所摻雜質(zhì)為施主雜質(zhì)，導(dǎo)帶中電子為主要載流子的半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體：所摻雜雜質(zhì)為受主雜質(zhì)，價代中空穴為主要載流子的半導(dǎo)體（3） 淺能級雜質(zhì)：施（受）主雜質(zhì)距離導(dǎo)帶底（價帶頂）較近。深能級雜質(zhì)：施（受）主雜質(zhì)距離導(dǎo)帶底（價帶頂）較遠(yuǎn)。何為雜雜質(zhì)補(bǔ)償作用？當(dāng)在半導(dǎo)體中同時參入施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)，施主和受主雜質(zhì)可以相互抵消的作用稱為雜質(zhì)補(bǔ)償作用，經(jīng)過補(bǔ)償后半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度稱為有效雜質(zhì)濃度。利用雜質(zhì)補(bǔ)償作用可以根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注入方法來改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制成各種器件。如何分析計(jì)算淺能級雜質(zhì)電離能？采用類氫模型估算，即通過對氫原子模型進(jìn)行修正從而獲得類氫模型進(jìn)行估算。（1）氫me4E0=E-E1=；0；=13.6（eV）原子的電離能： 0 （2）淺能級雜質(zhì)電離能估算：施主雜質(zhì)電離能：AE===&吒(eV)d8s2h2￡2mr 0受主雜質(zhì)電離能：m*e4em*AE=p=?—(eV)a8￡2h2￡2mr 0第三章半導(dǎo)體中熱平衡載流子的統(tǒng)計(jì)分布什么是狀態(tài)密度？為何引入狀態(tài)密度的概念？設(shè)能量在E~E設(shè)能量在E~E+dE間隔內(nèi)有dZ個量子態(tài)，則量子狀態(tài)密度為：dZg^^E=物理意義：在能量E處單位能量間隔所具有的量子狀態(tài)數(shù)。物理意義：一旦該函數(shù)本章研究的目的是預(yù)測載流子的濃度，也就是要解決導(dǎo)帶有多少電子，價帶有多少空穴。而要解決此問題，首先要解決導(dǎo)帶量子態(tài)隨能量的變化是怎樣分布的，其次再解決電子是如何占據(jù)這些能量量子態(tài)的。解決前一個問題就必須引入狀態(tài)密度函數(shù)，確定，量子態(tài)隨能量如何分布的就知道了。一旦該函數(shù)2.如何確定K空間狀態(tài)密度？導(dǎo)帶低及價帶頂狀態(tài)密度是如何確定的？2.2V8TF3為等能面為導(dǎo)帶狀）:k空間量子態(tài)密度（即單位k空間體積的量子態(tài)數(shù)）態(tài)密度為（極值點(diǎn)在k=0gc（E）=dE=4?（2mh^（E一E為等能面為導(dǎo)帶狀）:3.4.對于實(shí)際的硅鍺m*=m=s2/3(mm2)1/3等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面。，fdZ, (2m*)3.4.對于實(shí)際的硅鍺m*=m=s2/3(mm2)1/3等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面。，fdZ, (2m*)3/2gv(E)=花=4?L^^(E廣E)i/2-+H-帶頂：對實(shí)際的硅鍺是兩個極值相重合的能帶：什么是費(fèi)米分布函數(shù)？費(fèi)米能級的物理意義是什么？m*=[(m)3/2+(m)3/2]2/3p ph pl（1）描述電子占據(jù)能級的幾率函數(shù)稱為費(fèi)米分布函數(shù):f舊)= E一E、1+exp(f)

kT0（2）式中的Ef稱為費(fèi)米能級化學(xué)勢函數(shù)。當(dāng)T=0時，對于小于EF的所有能級被電子占據(jù)的幾率1，大于EF所有能級被電子占據(jù)的幾率為零。當(dāng)T＞0時，對于小于EF的所有能級被電子占據(jù)的幾率＞1/2,大于EF所有能級被電子占據(jù)的幾率為＜1/2,對于等于EF能級被電子占據(jù)的幾率=1/2什么玻爾茲曼函數(shù)？何為簡并與非簡并系統(tǒng)？因此費(fèi)米能級的物理意義是系統(tǒng)的fE）_exp（E一E「）描述電子占據(jù)能級的幾率函數(shù)為： k0 該函數(shù)稱為玻爾茲曼分布函數(shù)，服從玻爾茲曼函數(shù)系統(tǒng)稱為非簡并系統(tǒng)，服從費(fèi)米函數(shù)分布的系統(tǒng)稱為簡并系統(tǒng)。使用條件：E-E》ET特性：隨E的增高，能級E被電子占據(jù)的幾率呈指數(shù)地減少（均遠(yuǎn)小于1）。5.導(dǎo)帶電子濃度與價帶空穴及其乘積按照什么公式計(jì)算？如何證明這些計(jì)算公式？(2兀m*kT)3/2E—E E—E\導(dǎo)帶電子濃度：價帶空穴濃度:n0=2——h30 p(—kTF)=Ncexp(—ckTF)導(dǎo)帶電子濃度：價帶空穴濃度:0 0」2兀m*5/2 E—E E—E、p=2 ^0 exp(ik「f)=Nexp(—k「F)0 0np=NNexp(——)電子空穴濃度積為：0^0 cikT電子空穴濃度積為：c(2兀m*kT)3/2 E—E E—E、p=2 h° exp(云「f)=Nexp(I^f)0 0(2兀m*kT)3/2 “/E—E E—E、n0=2——h^—exp(—ckTF)=Ncexp(—ckTF)0 0Enp=NNexp(—,無)o性質(zhì)特點(diǎn)：（1）影響電子濃度和空穴濃度的因素是晶體結(jié)構(gòu)、溫度、費(fèi)米能級三個因素（2）隨溫度上升，電子和空穴濃度增加3）電子和空穴濃度的積與晶體結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)，與費(fèi)米能級無關(guān)（4）費(fèi)米能級影響因素除了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和溫度外主要決定于摻雜情況。6.如何獲得本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級EF？為什么要強(qiáng)調(diào)了解費(fèi)米能級距離禁帶中線遠(yuǎn)近程度？6.本征半導(dǎo)體：無雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。建立電中性方程：Nexp(—E—F)=N*(—Ej*)ckTvkTE=E=E+E*3kT隊(duì)性if2 4 m*硅、鍺、碑化稼，常溫下費(fèi)米能級在解得:n硅、鍺、碑化稼，常溫下費(fèi)米能級在解得:中線與中線之上1.5kT范圍之內(nèi)，其禁帶寬度約40kT，所以，其費(fèi)米能級在中線附近,可按非簡并半導(dǎo)體處理。否則如果遠(yuǎn)離中線，則半導(dǎo)體須按簡并半導(dǎo)體處理。7.如何獲得本征載流子濃度？為什么一般不用本征半導(dǎo)體作半導(dǎo)體材料？n=p=n=[NNexp（——）]i/20 0icvkT0（2兀m*kT）3/2 」2兀m*kT）3/2N=2p0N=2 n0）—”3 ” 影響因素及其定性規(guī)律：材料:不同材料NcNvEg不同。溫度：隨溫度的增長呈指數(shù)曲線增長。

8.如何計(jì)算施主與受主電離濃度？（8.如何計(jì)算施主與受主電離濃度？（1）可以證明：（對硅、鍺）…、 1fD（E）= ―E-E1+”eXp（DF）2kT…、 1fA(E)= 1E-E1+4eXP^"kTA)施主與受主雜質(zhì)的電離濃度n+=N(1-f(E))= N* 廠DDD 1+2exp(-『kT咬=N(1-fA(E)=——NAe-E1+4exp(-E^a)kT（3）特征：雜質(zhì)能級與費(fèi)米能級相同時，施主雜質(zhì)電離1/3，受主電離1/5。當(dāng)雜質(zhì)能級與費(fèi)米能級相差較大時，雜質(zhì)幾乎全部電離。9.如何分析計(jì)算只含一種雜質(zhì)時半導(dǎo)體材料載流子統(tǒng)計(jì)分布的特性？9.E—E 1 E—E、Ncexp(--r-^F)=ND E—E+Nexp(--F-^v)0 1+2eXp(—D丁F) 0建立電中性方程：kT建立電中性方程：0什么叫載流子的簡并化及簡并化半導(dǎo)體？當(dāng)費(fèi)米能級進(jìn)入導(dǎo)帶或價帶時，相應(yīng)的導(dǎo)帶底的量子態(tài)或價帶頂?shù)牧孔討B(tài)基本上被電子或空穴所占據(jù)，導(dǎo)帶中電子數(shù)目很多，f（E）＜＜1不成立，或價帶中的空穴數(shù)目很多，1-f（E）＜＜1不成立，此時電子（空穴）占據(jù)量子態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律只能采用考慮了泡利不相容原理的費(fèi)米分布，而不能采用玻爾茲曼分布，這樣的情況稱為載流子的簡并化。發(fā)生載流子簡并化的半導(dǎo)體稱為簡并半導(dǎo)體。簡并化條件是如何規(guī)定的？:ElE牛心 非簡井1 0＜碼一點(diǎn)了 嗣f擊并i 簡并簡并化半導(dǎo)體有哪些特點(diǎn)？（1）雜質(zhì)未充分電離（2）孤立的雜質(zhì)能級將形成雜質(zhì)能帶（3）雜質(zhì)能帶的形成使禁帶寬度變窄，雜質(zhì)電離能減小。第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性如何描述載流子漂移運(yùn)動與電流運(yùn)動之間的關(guān)系？（1）漂移速度：載流子在電場作用下沿電場方向作的定向運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動，其平均速度稱為漂移速度。電流密度與漂移速度的關(guān)系：' nqVd，n+PQVd'P（2）遷移率：v日=T-m2/V.司遷移率的物理意義：單位場強(qiáng)作用下載流子的漂移速度。電流密度r與遷移率的關(guān)系'一（四七*pq?！?電導(dǎo)率與遷移率的關(guān)系b-（nq日+pq日）什么叫散射？描述散射有哪些基本概念和基本規(guī)律？（1）散射：自由運(yùn)動的載流子（電子波）與其它粒子（波）發(fā)生相互作用從而使自身運(yùn)動速度大小和方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為散射（碰撞）。散射是阻礙載流子漂移運(yùn)動的根本原因，是導(dǎo)體產(chǎn)生電阻的根本原因，載流子的漂移速度是散射產(chǎn)生阻力和電場作用的動力平衡的結(jié)果。（2）散射幾率：單位時間內(nèi)一個載流子受到散射的次數(shù)，是從微觀上描述散射強(qiáng)弱的特征參數(shù)。為何在強(qiáng)電場下會產(chǎn)生歐姆定律的偏離現(xiàn)象？什么叫熱載流子及熱載流子有效溫度？（1）當(dāng)未加電場：載流子通過散射吸收和發(fā)射的聲子能量相等，載流子系統(tǒng)與晶格系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)。（2）當(dāng)所加的電場較小時：載流子從電場中所獲得的能量通過散射全部傳給晶格系統(tǒng)，因此載流子系統(tǒng)與晶格系統(tǒng)仍然處于能量平衡狀態(tài)，此時電導(dǎo)率與電場無關(guān)，電流密度與電場的關(guān)系服從歐姆定律。（3）當(dāng)所加電場較大時：載流子從電場中獲得的能量大于與晶格系統(tǒng)所交換的能量，因此不再處于熱平衡狀態(tài)下從而形成所謂的熱載流子。由于熱載流子能量高，速度大，平均自由時間短，因而漂移速度降低，因此此時發(fā)生歐姆定律的偏離。此時代表熱載流子平均動能大小的溫度顯然高于晶格的溫度，稱此溫度為熱載流子的有效溫度Te0什么是耿氏效應(yīng)？如何解釋？耿氏效應(yīng)：當(dāng)在半導(dǎo)體（GaAs）,加很高電壓時，產(chǎn)生很高頻率的電流振蕩現(xiàn)象，稱為耿氏效應(yīng)。微分負(fù)電導(dǎo)：對多能谷半導(dǎo)體材料，當(dāng)電場增加到一定時，電子便可獲得足夠能量，從能谷1躍遷到能谷2,從而產(chǎn)生谷間散射，由于能谷2的電子有效質(zhì)量大為增加，從而使得躍遷電子的漂移速度發(fā)生很大改變而降低，隨著電場增加，躍遷電子數(shù)的增加，終將形成平均漂移速度反而下降從而使微分電導(dǎo)為負(fù)，稱此為微分負(fù)電導(dǎo)。第五章非平衡載流子什么是平衡載流子濃度？它有哪些基本性質(zhì)？處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度是一定的。這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為平衡載流子濃度。用n0和p0分別表示平衡電子濃度和空穴濃度，其基本性質(zhì)有：（1）在非簡并情況下，它們的乘積滿足：nopo=n2（2）本征載流子濃度只是溫度的函數(shù)（3）在非簡并情況下，無論摻雜多少，平衡載流子濃度no和po必定滿足nopo=n2，因而它也是非簡并導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的判據(jù)式。什么是非平衡載流子濃度？它有哪些產(chǎn)生方法（注入方法）？如果對半導(dǎo)體施加外界作用，破壞了熱平衡的條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是no和po，可以比它們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子，有時也稱過剩載流子。其濃度分別用△□和△?表示，稱為非平衡載流子濃度。非平衡載流子的產(chǎn)生(也稱注入)方法除光注入外，還可以用其他方法產(chǎn)生非平衡載流子，例如電注入或高能粒子輻照等。什么是小注入條件？為什么說通常所說非平衡載流子都是指非平衡少數(shù)載流子？在一般情況下，注入的非平衡載流子濃度比平衡時的多數(shù)載流子濃度小的多。對n型材料△□<<n0和知<<n0,滿足這個條件的注入稱為小注入。即使在小注入的情況下，非平衡少數(shù)載流子濃度還是可以比平衡少數(shù)載流子濃度大的多，它的影響就顯得十分重要了，而相對來說非平衡多數(shù)載流子的影響可以忽略。所以實(shí)際上往往是非平衡少數(shù)載流子起著重要作用，通常說的非平衡少數(shù)載流子都是指非平衡少數(shù)載流子。光注入的基本條件和基本性質(zhì)是什么？要使光照產(chǎn)生非平衡載流子，要求光子的能量大于或者等于半導(dǎo)體的禁帶寬度。光產(chǎn)生非平衡載流子的特點(diǎn)是產(chǎn)生電子-空穴對，價帶電子受光激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，在價帶留下空穴，因此產(chǎn)生的非平衡電子濃度等于價帶非平衡空穴濃度。什么叫非平衡載流子復(fù)合？通常用哪些參數(shù)描述復(fù)合過程？當(dāng)停止非平衡載流子的注入后，已注入的非平衡載流子并不能一直存在下去，也就是原來激發(fā)到導(dǎo)帶的電子又回到價帶，電子和空穴又成對的消失了，使半導(dǎo)體由非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)。非平衡載流子逐漸消失這一過程稱為非平衡載流子的復(fù)合。描述復(fù)合過程的基本參數(shù)是復(fù)合率、凈復(fù)合率、產(chǎn)生率。r 單位時間單位體積內(nèi)復(fù)合消失的電子-空穴對數(shù)稱為非平衡載流子的復(fù)合率G 單位時間單位體積內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)稱為非平衡載流子的產(chǎn)生率。什么是非平衡載流子壽命(少數(shù)載流子壽命、少子壽命、壽命)？當(dāng)停止注入之后非平衡載流子平均生存時間稱為壽命，用t表示。由于相對于非平衡多數(shù)載流子，非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導(dǎo)的、決定的地位，因而非平衡載流子的壽命常稱為少數(shù)載流子壽命。簡稱少子壽命或壽命。非平衡載流子濃度衰減規(guī)律是什么？如何證明？壽命的物理意義是什么？血pG)_ Ap()An()=Ap(0)eLdt t衰減規(guī)律： 證明： 壽命的物理意義：停止注入后，非平衡載流子濃度衰減到只有初始濃度36.8%時所需的時間即為壽命。什么叫電子準(zhǔn)費(fèi)米能級和空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級？當(dāng)外界的影響破壞了熱平衡，使半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)，而存在非平衡載流子時，可以認(rèn)為分別就價帶和導(dǎo)帶中得電子它們各自基本上處于平衡態(tài)，而導(dǎo)帶和價帶之間處于不平衡狀態(tài)。因而費(fèi)米能級和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)對導(dǎo)帶和價帶各自仍然是適用的，可以分別引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級和價帶費(fèi)米能級，它們都是局部的費(fèi)米能級，稱為“準(zhǔn)費(fèi)米能級”。導(dǎo)帶和價帶間的不平衡就表現(xiàn)在它們的準(zhǔn)費(fèi)米能級是不重合的。導(dǎo)帶的準(zhǔn)費(fèi)米能級也稱電子準(zhǔn)費(fèi)米能級，相應(yīng)地，價帶地準(zhǔn)費(fèi)米能級稱為空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級。非平衡載狀態(tài)下載流子濃度公式是什么？p=Nexp(-E^)=Nexp(-氣一氣+氣一E)=pexp(-E^v kTv kT 0 kT0 0 0n=Nexp(-E^EF)=Nexp(-J勺士E廣臭)=nexp(-E^)c kTc kT 0 kT0 0 0復(fù)合機(jī)構(gòu)有哪些類型？各類型的概念是什么？（1） 直接復(fù)合：由電子在導(dǎo)帶與價帶間直接躍遷而引起非平衡載流子的復(fù)合過程稱為直接復(fù)合。（2） 間接復(fù)合：深能級雜質(zhì)和缺陷在禁帶中形成深能級，可促進(jìn)復(fù)合過程進(jìn)行這些促進(jìn)復(fù)合過程的雜質(zhì)和缺陷稱為復(fù)合中心。非平衡載流子通過復(fù)合中心的進(jìn)行復(fù)合的機(jī)構(gòu)稱為間接復(fù)合（3） 表面復(fù)合：是指在半導(dǎo)體表面發(fā)生的復(fù)合過程。表面處的雜質(zhì)和表面特有的缺陷也在禁帶形成復(fù)合中心能級，因而，就復(fù)合機(jī)構(gòu)講，表面復(fù)合仍然是間接復(fù)合。（4） 俄歇復(fù)合：當(dāng)載流子從高能量狀態(tài)躍遷到低能量狀態(tài)而進(jìn)行復(fù)合時，將多余的能量以聲子傳遞給其它載流子而使其躍遷到更高能級，像這樣的復(fù)合過程稱為俄歇復(fù)合。直接復(fù)合過程有哪些基本性質(zhì)（特點(diǎn)、規(guī)律）？（1）直接復(fù)合幾率r:單位體積內(nèi)始終只有一個電子與一個空穴時，在單位時間里它們相遇而復(fù)合的次數(shù)稱為直接復(fù)合幾率，用「表示。性質(zhì)：僅僅是溫度的函數(shù)，與n、p無關(guān)。（2）壽命：決定于直接復(fù)合幾率、平衡載流子濃度、非平衡載流子濃度。其定量1T=—P7 7 r[（n+p）+Ap]規(guī)律為： 0 0 （3）小注入條件下，壽命與非平衡載流子濃度無關(guān)，在溫度一定時，壽命僅與多數(shù)載流子濃度成有關(guān)且成反比關(guān)系，若多數(shù)載流子濃度也不變，則載流子壽命為常數(shù)（4）大注入條件下，壽命與非平衡載流子濃度成反比。什么是有效壽命？為什么說壽命是結(jié)構(gòu)靈敏參數(shù)？有效壽命決定于材料種類、深能級雜質(zhì)材料種類及濃度、溫度、晶體表面及環(huán)境狀況、晶格缺陷一系列描述材料結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素均對壽命產(chǎn)生相應(yīng)的影響，因此說它是結(jié)構(gòu)靈敏參數(shù)，是衡量半導(dǎo)體材料的質(zhì)量的一個很重要的質(zhì)量指標(biāo)在此之前研究非平衡載流子的壽命時，只考慮了半導(dǎo)體內(nèi)部的復(fù)合過程。什么是陷阱效應(yīng)？什么是陷阱及陷阱中心？當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)，出現(xiàn)非平衡載流子時，必然引起雜質(zhì)能級上電子數(shù)目的改變。如果電子增加，說明能級具有收容部分非平衡電子的作用；若是電子減少，則可以看成能級收容空穴的作用。雜質(zhì)能級的這種積累非平衡載流子的作用就稱為陷阱效應(yīng)。所有雜質(zhì)能級都有一定的陷阱效應(yīng)。而把有顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)能級稱為陷阱，相應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心。陷阱有哪些基本性質(zhì)、作用和特點(diǎn)？（1）電子陷阱、空穴陷阱、復(fù)合中心的特征rn>>rp、rnvvrp、rn與rp相當(dāng)（2）陷阱中心非平衡載流子遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過導(dǎo)帶和價帶中的非平衡載流子時才有顯著的陷阱效應(yīng)。而且陷阱效應(yīng)主要是對非平衡少數(shù)載流子，而對非平衡多數(shù)載流子的陷阱作用不顯著。（3）對電子陷阱而言，陷阱能級在費(fèi)米能級之上，且越接近費(fèi)米能級，陷阱效應(yīng)越顯著。（4）陷阱的存在大大增長了非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的馳豫時間。描述擴(kuò)散運(yùn)動的基本參數(shù)及其基本規(guī)律是什么？擴(kuò)散流密度S：單位時間通過單位面積的離子數(shù)稱為擴(kuò)散流密度，是描述擴(kuò)散運(yùn)動的基本參數(shù)。Fick擴(kuò)散定律：1855年德國人Fick通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散流密度與濃度梯度成正

dAp(x)S——Dppdx比 其中：比例系數(shù)Do稱為擴(kuò)散系數(shù)，單位是cm%,其p物理意義是在單位濃度梯度作用下單位時間單位單位面積所通過的粒子數(shù)量。擴(kuò)散系數(shù)決定于粒子的熱運(yùn)動狀態(tài)及與擴(kuò)散介質(zhì)之間的相互作用，與濃度梯度無關(guān)。什么是載流子的穩(wěn)定擴(kuò)散運(yùn)動？如何建立并分析求解一維穩(wěn)定擴(kuò)散方程？d2Ap(x)Ap(x)D — TOC\o"1-5"\h\zpdx2 t(1)穩(wěn)定擴(kuò)散運(yùn)動及其方程：穩(wěn)定擴(kuò)散方程的通解:,、 ，X、 ，X、穩(wěn)定擴(kuò)散方程的通解:Ap(x)—Aexp(———)+Bexp(——)無限厚時的特解:x-0,A無限厚時的特解:x-0,Ap—(Ap)0Ap(x)—(Ap)e^p(—二)0LX=8,Ap=017.非穩(wěn)定一維擴(kuò)散方程是什么？各項(xiàng)物理意義是什么？17.非穩(wěn)定一維擴(kuò)散方程是什么？各項(xiàng)物理意義是什么？dAp八合2ApAp--ar=Dp石r-廠+gp該方程的意義，方程右端：第一項(xiàng)表示由于擴(kuò)散，單位時間單位體積中積累的空穴數(shù)第二項(xiàng)表示由于復(fù)合，單位時間單位體積中消失的空穴數(shù)第三項(xiàng)表示由于光照，單位時間單位體積中產(chǎn)生的空穴數(shù)。方程左端則表示了單位時間單位體積中凈增加的空穴數(shù)。什么是愛因斯坦關(guān)系？有何意義？愛因斯坦關(guān)系：通過對非平衡載流子的漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動的討論，明顯地看到，遷移率是反映載流子在電場作用下運(yùn)動難易程度的物理量，而擴(kuò)散系數(shù)反映存在濃度梯度時載流子運(yùn)動的難易程度。愛因斯坦從理論上找到了擴(kuò)散系數(shù)和遷移率之間的定量關(guān)系，DkT即 意義：通過測定遷移率而獲得D,進(jìn)而才可能對非平衡載流子濃度在時空上的分布做出定量分析。什么是連續(xù)性方程？其物理意義是什么？連續(xù)性方程是非平衡少數(shù)載流子同時存在擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動時所遵守的運(yùn)動方程。連dAp八a2Ap ―dAp dEAp、口、、、苛=Dp1XT—七E奇-p'詼-廠+g續(xù)性方程的一般表達(dá)式為： p右端：第一項(xiàng)為由于擴(kuò)散運(yùn)動，單位時間單位體積中積累的空穴數(shù)第二、三項(xiàng)為由于漂移運(yùn)動，單位時間單位體積中積累的空穴數(shù)第四項(xiàng)為由于存在復(fù)合過程單位時間單位體積中復(fù)合消失的空穴數(shù)第五項(xiàng)為由于某種因素單位時間單位體積中產(chǎn)生的空穴數(shù)（產(chǎn)生率）左端則為單位時間單位體積中空穴的改變量或者說單位體積中空穴隨時間的變化率。第六章p-n結(jié)什么是p-n結(jié)？如何分類？主要工藝方法及其特點(diǎn)是什么？在一塊n型（或p型）半導(dǎo)體單晶上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒▽型（或n型）雜質(zhì)摻入其中使這塊單晶的不同區(qū)域分別具有n型或p型導(dǎo)電類型兩者交界面稱為p-n結(jié)。p-n結(jié)可分為兩種主要類型突變和線性緩變。生產(chǎn)工藝方法主要有合金法和擴(kuò)散法，合金法的特點(diǎn)是：所形成的結(jié)為突變結(jié)；擴(kuò)散法的特點(diǎn)是：所形成的結(jié)為線性擴(kuò)散結(jié)。什么是接觸電勢差？它有哪些影響因素？Pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端的電勢差稱為接觸電勢差，是描述pn結(jié)基本性能的最重要的參數(shù)。接觸電勢差的影響因素有：摻雜濃度：越高，接觸電勢越大。禁帶寬度越大，接觸電勢越大。溫度：溫度越大，接觸電勢越小。非平衡條件下pn結(jié)將產(chǎn)生哪些變化？（1）勢壘的變化：加正向偏壓V時（與內(nèi)建電場方向相反），勢壘區(qū)的寬度減小，勢壘高度下降；反之，加反向偏壓時，勢壘區(qū)寬度增加，勢壘高度增加（2）載流子運(yùn)動的變化：在正向偏壓時，在勢壘區(qū)的邊界處將形成將分別形成非平衡少數(shù)載流子的積累，從而形成n區(qū)或p區(qū)的一定范圍內(nèi)少數(shù)載流子的擴(kuò)散電流（像這樣產(chǎn)生非平衡少數(shù)載流子的方法叫電注入法），但任意截面出的總電流仍然相同。在反向偏壓下時，少子濃度梯度很小。⑶能帶結(jié)構(gòu)的變化：非平衡時在擴(kuò)散區(qū)由于有非平衡載流子的注入，從而不再具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級，需用準(zhǔn)費(fèi)米能級來描述其能帶結(jié)構(gòu)，正反向偏壓時準(zhǔn)費(fèi)米能級定性變化。什么是理想p-n結(jié)模型？如何獲得理想pn結(jié)模型條