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
mn?*2h2，它直接把外力f和电子的加速度联系起来，
2dEdk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）（
mn?*h22，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大）
2dEdk6.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，E?k?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。
mn?*四．证明题：证明电子的有效质量
h22（学会推导，P17）
2dEdk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?EA。（√）
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
f1.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
?E??1?E?EF?1?exp???k0T?，其中EF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
21.任何情况下半导体的载流子浓度都满足np?ni.(X) (平衡状态下才行)
2.n0p0与温度、禁带宽度、费米能级有关，与杂质浓度无关。（X）
(n0p0=NcNvexp(?Egk0T),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，EF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
31.导带底附近状态密度gc(E)?dZdE?4?V(2mn)h3*21(E?Ec)2（P69）
22.推导非简并半导体中n0p0?ni (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EF?Ev?k0TInNA（P81Nc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：
D?k0Tq?
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， ?s。 单位是m/V?2欧姆定律的微分形式为J=?|E|，计算时需注意:J=Jn+Jp?(nq?n?pq?p)? 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=？）P192 4.pn结电容
什么是势垒电容？什么是扩散电容？P198
5.pn结的三种击穿：雪崩击穿，隧道击穿，热电击穿P208 6.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P183 p,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P218
2.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P220 3.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P230 3.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Wm>Ws和Wm 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P238 3.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P241 4.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