半导体物理复习资料
半导体物理复习资料
一．填空题
1.半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射和晶格震动散射。
2.纯净半导体Si中掺杂Ⅴ族元素，当杂质电离时释放电子。这种杂质称施主杂质；相应
的半导体称N型半导体。
3.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；在半导体存在外加电
压情况下，载流子将做漂移运动。
4.n0p0=n i2标志着半导体处于热平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n0p0是
否改变？不改变；当温度变化时，n0p0改变否？改变。
5.硅的导带极小值位于布里渊区<100>方向上，根据晶体对称性共有6个等价能谷。
6.n型硅掺As后，费米能级向E C或上移动，在室外温度下进一步升高温度，费米能级向
E i或下移动。
7.半导体中的陷阱中心使其中光电导灵敏度增加，并使其光电导衰减规律衰减时间延
长。
8.若用氢取代磷化镓中的部分磷，结果是禁带宽度E g增大；若用砷的话，结果是禁带宽
度E g减小。
9.已知硅的E g为1.12Ev，则本征吸收的波长限为1.11微米；Ge的E g为0.67eV，则本征
吸收的波长限为1.85微米。
10.复合中心的作用是促进电子和空穴的复合，起有效复合中心的杂质能级必须位于E1或
禁带中心线，而对电子和空穴的俘获系数r n或r p必须满足r n=r p。
11.有效陷阱中心位置靠近E F或费米能级。
12.计算半导体中载流子浓度时，不能使用玻尔兹曼统计代替费米统计的判定条件E c-
E F≤2k0T以及E F-E V≤2k0T，这种半导体被称为简并半导体。
13.PN结电容可分为扩散电容和势垒电容两种。
14.纯净半导体Si中掺杂Ⅲ族元素的杂质，当杂质电离时在Si晶体的共价键中产生了一
个空穴，这种杂质称受主杂质；相应的半导体称P型半导体。
15.半导体产生光吸收的方式本征、激子、杂质、晶格振动、半导体吸收光子后产生载流
子，在均匀半导体中是电导率增加，可制成光敏电阻；在存在自建电场的半导体中产生光生伏特，可制成光电池；光生载流子发生辐射复合时，伴随着发射光子，这就是半导体的发光现象，利用这种现象可制成发光管。
16.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波失k不发生变化，则具有这种能带结构的半导体
称为直接禁带半导体，否则称为间接禁带半导体，那么按这种原则分类，GaAs属于直接禁带半导体。
17.简并半导体一般是重掺杂半导体，这时电离杂质对载流子的散射作用不可忽略。
18.热平衡条件下，半导体中同时含有一种施主杂质和一种受主杂质情况下的电中性条件
是p0+N d+=n0+P A-。
19.有效质量概括了晶体内部势场对载流子的作用，可通过回旋共振实验来测量。
20.半导体中的载流子复合可以有很多途径，主要有两大类：带间电子-空穴直接复合和通
过禁带内的复合中心进行复合。
二．选择题（我就只打答案了）
1.本征半导体是指（不含杂质和缺陷）的半导体。
2.在P型半导体中（空穴是多数载流子，电子是少数载流子）。
3.当PN结外加反向电压时，扩散电流与漂移电流的关系及耗尽层宽度的变化为（扩散电
流小于漂移电流、耗尽层变宽）。
4.PN结击穿主要有下列哪三种物理机制（雪崩击穿、隧道击穿、热电击穿）。
5.某一处于热平衡状态下的非简并半导体掺有施主杂质浓度为N D=5×1017cm-3，当温度
300K时杂质已全部电离。已知本征载流子浓度为n1=1015cm-3，则电子和空穴浓度分别为（n0=5×1017cm-3，p0=2×1012cm-3）
6.在n型半导体中（电子是多数载流子，空穴是少数载流子）。
7.杂质半导体中的载流子运输过程的散射机构中，但温度升高时，电离杂质散射的概率
和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（变小，变大）。
8.当PN结外加正向电压时，扩散电流与漂移电流的关系及耗尽层宽度的变化为（扩散电
流大于漂移电流、耗尽层变窄）。
9.如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（两性杂质）。
10.半导体中少数载流子寿命的大小主要取决于（复合机构）
11.对大注入条件下，在一定的温度下，非平衡载流子的寿命与（非平衡载流子浓度成反
比）
12.最有效的复合中心能级位置在（E1）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（E F）附近，
常见的是（少子）陷阱。
13.电子在晶体中的共有化运动是指（电子在晶体各原胞对应点出现的几率相同）
14.Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体中的M空位V m是（点阵中的金属原子空位）
15.自补偿效应的起因是（材料中先已预存在某种深能级缺陷）
16.若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定（处于绝对零度）
17.半导体中的载流子扩散系数的大小取决于（散射机构）
18.硅中掺金的工艺主要用于制造（高频）器件
19.欲在掺杂适度的无表面态n型硅上做欧姆电极，以下四种金属中最合适的是（A）
A.In（W m=3.8eV）
B.Cr（W m=4.6eV）
C.Au（W m=4.8eV）
D.Al（W m=4.2V）
20.在光电转换过程中，硅材料一般不如GaAs量子效率高，其因是（禁带较窄）
21.GaAs的导带极值位于布里渊区（中心）
22.重空穴指的是（价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴）
23.对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，随着平均原子序数的增加（禁带宽度减小）
24.根据费米能级分布函数，电子占据（E F+KT）能级的几率（等于空穴占据（E F-KT）能级
的几率）
25.对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级EF随温度上升而（经过一极大值趋
近E1）
26.某种材料的电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料是（掺杂半导体）
27.如果在神舟十号太空实验室里，生长的GaAs具有很高的载流子迁移率，这是因为（晶
体生长完整性好）的缘故
三．名词解释
1.非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的平均生存时间
2.迁移率：单位场强下平均漂移速度
3.光生伏特效应：由于光子的吸收在非均匀半导体中形成内建电场，半导体内部产生电
动势（光生电压），将半导体外部短路则出现电流（光生电流）。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。
4.非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的平均生存时间。
5.载流子平均自由时间：载流子在电场中作漂移运动时，只有在连续两次散射之间的时
间称为自由时间，取极多次而求平均值，则称之为载流子的平均自由时间。
6.肖特基接触：金属与半导体的接触是整流接触，形成阻挡层，即肖特基接触。
7.光子本征吸收：半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空
穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收
8.电子有效质量：该参数将讲题导带中电子的加速度与外加的作用力联系起来，该参数
包含了晶体中的内力。
9.状态密度函数：有效量子态的密度。它是能量的函数，表示单位体积代为能量中的量
子态数量。
10.杂质补偿半导体：同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体。
11.简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n型）或价
带中（P型）
12.非简并半导体：掺入相对较少的施主或（和）受主杂质，使得施主和（或）受主能级
分离、无相互作用的半导体。
13.本征半导体：没有杂质原子且晶体中无晶格缺陷的纯洁半导体材料。
14.准费米能级：电子和空穴的主费米能级分别将电子和空穴的非平衡状态浓度与本征载
流子浓度以及本征费米能级联系起来。
15.线性缓变结：pn结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度。
四．简答题
1.简述金属半导体肖特基接触的整流特性形成机制
答：在金属半导体接触中，金属一侧势垒高度不随外加电压而变，半导体一侧势垒高度与外加电压相关。因此，当外加电压使半导体一侧势垒高度降低时，形成从半导体流向金属的纯电流密度，且随外加电压而变化；反之，则是从金属到半导体的电流密度，该电流较小，且与外加电压无关。这就是金属半导体接触整流特性。
2.简述准费米能级的概念
答：处于非平衡状态的半导体的导带和价带之间处于不平衡状态，而导带和价带带中的电子各自处于平衡态，这是系统无统一的费米能级，但费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的。为了描述统一能带内平衡而能带间非平衡的状态，引入导带费米能级和价带费米能级，即准费米能级概念，它们是局部的费米能级
3.简单讨论不同温度区间内p型半导体的载流子浓度（说明电中性条件）
答：低温弱电离区：电中性条件为p0=p A。受主杂质部分电离，空穴全部由杂质电离提供，空穴浓度等于电离杂质浓度。
强电离（饱和区）：电中性条件为p0=N A，p a=D+N A。受主杂质全部电离，杂质电离对载
流子浓度其主导作用，空穴浓度等于受主杂质浓度。
过渡区：电中性条件为：p0=N A+n0。本征激发和杂质电离对载流子浓度共同起作用，空穴浓度等于受主杂质浓度与本征载流子浓度之和。
高温本征激发区：电中性条件为p0=n0，本征激发对载流子浓度起主导作用，空穴浓度等于本征载流子浓度。
4.分别画图说明平衡状态下，正向偏压和反向偏压下的pn结能带结构图
答：平衡状态：
pn结区p区、n区具有统一的费米能进，能带的弯曲量正好补偿了n区和p区的费米能级之差，即qV D=E Fn-E Fp。
正向偏压：用准费米能级取代原有统一费米能级，E Fp从p型中性去区到边界nn’处为一水平线，在空穴扩散区斜线上升，到注入空穴为零处E Fp和E Fn的相等；E Fn从n型中性区到边界pp’处为一水平线，在电子扩散区斜线下降，到注入电子为零处E Fn与E Fp相等。准费米能级间距E Fn-E Fp=qV，能带弯曲q(ΓD-Γ）。
反向偏压下为准费米能级的变化规律与正向偏压情况正好相反，E Fn和E Fp的相对位置发生了变化。准费米能级间距E Fp-E Fn=qV，能带弯曲q（V D-V）
5.什么是载流子散射？主要散射机制是什么？
答：热运动中的载流子，由于晶格热振动或店里杂质以及其它因素的影响，不断地遭到散射，其速度的大小和方向不断地在改变着，这就是载流子的散射，主要的散射机构是店里杂质三者和晶格振动散射。
6.简单讨论不同温度区间内那、型半导体的载流子浓度（要说明电中性条件）
答：低温弱电离区：电中性条件为n=n D+。施主杂质部分电离，自由电子全部由杂质电离提供，自由电子浓度等于电离杂质浓度。
强电离（饱和区）：电中性条件为n0=N D，n D=DN D。施主杂质全部电离，杂质电离对载流子浓度起主导作用，自由电子浓度等于施主杂质浓度。
过渡区：电中性条件为n0=N D+p0，本征激发对载流子浓度起主导作用，自由电子浓度等于施主杂质浓度与本征载流子浓度之和。
高温本征激发区：电中性条件为n0=p0，本征激发对载流子浓度起主导作用，自由电子浓度等于本征载流子浓度。
7.简单说明pn结的作用和用途？
答：通常pn结有如下作用和用途
①pn结中由于空间电荷区作用，形成对电子运动有阻碍的势垒，载流子通过这个势垒
时，按它的运动方向有难有易，利用这种现象可以制成二极管。
②当光照射pn结时，由于自建电场的作用，是光照产生的电子-空穴对定向运动形成
光电流。利用这种现象的器件有太阳能电池、放射线、红外探测器等。
③利用pn结电容与偏压的关系可制成变容二极管。
④利用高掺杂浓度制成隧道二极管，利用其独特的负阻特性。
⑤当pn结上施加压力时，电导率有明显的变化。利用这种原理看制造力敏器件。
8.何谓欧姆电阻？金属与半导体形成欧姆电阻接触的方法有哪些？
答：欧姆接触是金属与半导体接触时具有线性和对称的电流电压关系，其接触电阻远小于材料电阻，且金属与半导体之间无少数载流子注入。形成欧姆接触的方法有三总。
①选择合适电阻，使金属与半导体之间不形成势垒而形成表面积累层。但由于表面态存
在，使半导体表面总有一个耗尽层，且不受金属的影响，所以实质上选用的是低势垒欧姆接触。选取的原则：从理论上讲，金属的功函数必须小于n型半导体的功函数，或大于p型半导体的功函数。
②半导体表面喷砂或粗磨，产生大量的缺陷，形成复合中心，使表面耗尽区的复合成为
控制电流的主要机构接触电阻大大降低，近似称为欧姆接触。
③在靠近技术的半导体表面薄层用一定工艺方法形成高掺杂层，使半导体与金属接触时
形成的表面耗尽层很薄，以致发生隧道效应。具有较小的接触电阻，获得接近理想的欧姆电阻。
五．计算题（给你们标个题号自己去看书哈，再打公式我就要死了[挺尸躺]）
1.P54 第7题
2.P154第5题
3.P35第1题
4.P123页第2题
一．选择
1.与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（比半导体的大）
2.室温下，半导体Si掺硼的浓度为1014cm-3，同时掺有浓度为1.1×1015cm-3的磷，则电子浓度约为（1015cm-3），空穴浓度为（2.25×105cm-3），费米能级为（高于E i）；将该半导体由室温度升至570K，则多子浓度约为（2×1017cm-3），少子浓度为（2×1017cm-3），费米能级为（等于E i）。
3.施主杂质电离后向半导体提供（电子），受主杂质电离后向半导体提供（空穴），本征激发后向半导体提供（空穴、电子）；
4.对于一定的n型半导体材料，温度一定时，减少掺杂浓度，将导致（E F）靠近E i；
5.表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（施主态）；
6.当施主能级E D与费米能级E F相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（1/3）倍；重空穴是指（价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴）
7.硅的晶格结构和能带结构分别是（金刚石型和间接禁带型）
8.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（各元胞对应点出现的几率相同）。
9.本征半导体是指（不含杂质与缺陷）的半导体。
10.简并半导体是指（(E C-E F)或(E F-E V)≤0）的半导体
11.3个硅样品的掺杂情况如下：
甲．含镓1×1017cm-3；乙.含硼和磷各1×1017cm-3；丙.含铝1×1015cm-3
这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以E V为基准）的顺序是(甲丙乙)
12.以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率μn与温度的（3/2次方成反比）
13.公式μ=qτ/m*中的τ是载流子的（平均自由时间）。
14.欧姆接触是指（阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性）的金属－半导体接触。
15.在MIS结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压，在栅极电压由负值增加到足够大的正值的的过程中，如半导体为P型，则在半导体的接触面上依次出现的状态为（多数载流子堆积状态，多数载流子耗尽状态，少数载流子反型状态）。
16.在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（曲率小），对应的有效质量（大），称该能带中的空穴为(重空穴E )。
17.如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（两性杂质）。
18.在通常情况下，GaN呈（纤锌矿型）型结构，具有（六方对称性），它是（直接带隙）半导体材料。
19.同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数εr是乙的3/4，
m n*/m0值是乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（甲的施主杂质电离能是乙的32/9，的
弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8 ）。
20.一块半导体寿命τ=15μs，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（1/e2）。
21.对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够高、ni >> /N D-N A/ 时，半导体具有（本征）半导体的导电特性。
22.在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（E v）移动；当掺杂浓度一定时，温度从室温逐步增加，费米能级向( E i )移动。
23.把磷化镓在氮气氛中退火，会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（产生等电子陷阱）。
24.对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（非平衡载流子浓度成反比）。
25.杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（变小，变大）。
26.如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（等于）空穴的俘获率，它是（有效的复合中心）。
27.同一块半导体中，电子的有效质量小于空穴的有效质量，所以电子的迁移率（大于）空穴的迁移率。
28.下列半导体材料中，属于N型半导体的是（锗掺入磷）。
29.pn结空间电荷区又称为（耗尽区）。
30.主要利用半导体的（隧道效应）制造欧姆接触。
31.光强度一定是，在半导体温度升高，非平衡载流子浓度（不变）。
32.温度一定时，半导体掺杂浓度增加其导电性（增大）。
33.下列半导体材料中，属于直接带隙半导体的是（砷化镓）。
34.N型半导体，随着掺杂浓度增加，费米能级（上升）。
35.非平衡载流子通过复合中心的复合称为（间接复合）。
36.制造半导体器件时，必须引出金属端子引脚，必然出现金属与半导体接触，此时需要采取（欧姆接触）方法减少接触对器件特性影响。
二．填空题
1.纯净半导体Si中掺入V族元素的杂质，当杂质电离时释放电子，这种杂质称为施主杂质，相应的半导体称为n型半导体。
2.当半导体中载流子浓度对的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；在半导体存在的外加电压情况下，载流子将做漂移运动
3.n o p o=n i标志着半导体处于热平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o不改变，当温度变化是n o p o改变
4.非平衡载流子通过复合作用而消失，非平衡载流子的平均生存时间叫做寿命τ，寿命τ与复合中心能级Et在禁带中的位置密切相关，对于强p型和强n型材料，小注入时寿命τn为1/（r n N t），寿命τp=1/（r p N t）
5.迁移率μ是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，扩散系数是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是D/μ=k0T/q称为爱因斯坦关系式
6.半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂志散射和晶格振动散射。前者在电离施主或电离受主形成的库伦势场下起主要作用，后者在温度高下起主要作用
7.半导体中浅能级杂质的主要作用是影响半导体中载流子浓度和导电类型；深能级杂质所起的主要作用对载流子进行复合作用
8.对n型半导体，如果以E F和E C的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么，
E c-E F＞2k0t为非简并条件；0＜E c-E F≤2k0T为弱简并条件；E c-E F≤0为简并条件
（中间的序号我也不知道去哪了(￣▽￣)~*）
12.当P-N结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为pn结击穿，其种类为：雪崩击穿和隧道击穿
13.指出下图各表示的是什么类型半导体？本征 N P N
14.当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做扩散运动；半导体存在电势差时，载流子将做漂移和热运动，其运动速度正比于电场强度，比例系数称为迁移率
15.np>n i2意味着半导体处于非平衡状态，其中n=N c exp{（E c-E F）/（-K o T）}，p=N v
exp{（E F-E v）/（-K o T）}，这时半导体中载流子存在净产生
16.半导体中浅能级杂质的主要作用是增强载流子的浓度；深能级杂质所起的主要作用增强载流子的复合
17.非平衡载流子通过复合作用而消失，非平衡载流子的平均生存时间叫做寿命τ，寿命τ与复合中心能级E t在禁带中的位置密切相关，当E t≈E i时寿命τ趋向最小
18.半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是杂质电离散射和晶格振动散射。前者在电离施主或电离受主形成的库伦势场下起主要作用，后者在高温下起主要作用。
19.半导体中掺杂浓度很高时，杂质电离能减小，禁带宽度减小
20.p-n结电容包括势垒电容和扩散电容，在反向偏压下势垒电容起主要作用
21.原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再局限在某个原子上，可以从一个原子上转移到另一个原子上，电子将在整个晶体中运动，这种运动称为共有化运动。
22.空穴携带正电荷，具有正的有效质量
23.本证硅中掺入III价元素杂质，为P型半导体。
24.当用适当波长的光照射半导体，产生的载流子称为非平衡载流子。
25.爱因斯坦方程是漂移运动和扩散运动同时存在时少数载流子所遵循的运动方程，是研究半导体器件原理的基本方程之一。
26.常见的元素半导体有硅和铬，常见的化合物半导体有_砷化镓_。
27.半导体材料硅和锗的晶体结构为金刚石型结构。
28.金属中导电的粒子是电子，半导体中导电的粒子是电子和空穴。
29.晶体中电子的能量状态是量子化的，电子在各状态上的分布遵守费米分布规律，当E-
E F>>k0T时，可近似为波尔兹曼分布。
30.pn结具有电容特性，包括势垒电容和扩散电容两部分。
三．名词解释（emmm……有几个提纲上也没有，不敢瞎写，你看书找书吧(*/ω＼*)）
1.有效质量：离子在晶体中运动时具有的等效质量
2.热平衡状态：在没有外界影响的条件下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态；所谓外界影响，是指外界对系统做功或传热。不能把平衡态简单理解为不随时间变化的状态。
3.散射概率
4．迁移率：单位电厂作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用
下的输运能力，是半导体物理中最重要的概念和参数之一。迁移率的表达式为μ=qτ/m*。可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素
5.平均自由时间：离粒子在两次散射之间经历的平均时间，其倒数为散射几率。
6.热载流子：是指比零点场下的载流子具有更高平均动能的载流子
7.载流子的散射：①电离杂质的散射：施主杂质在电离后是一个带整点的离子，而受主杂质典礼后则是负离子。在正离子有或负离子周围形成一个库伦势场，载流子将受到这个库伦场的作用，即散射。②晶格振动的散射：光学波和声学波散射。随着温度的增加，晶格振动的散射越来越显著，而杂质电离的散射变得不显著了。③其他因素引起的散射：等同的能谷间散射、中性杂质散射、问错散射、合金散射。另外，载流子之间也有散射作用，但这种散射只在强简并时才显著。
8.非平衡载流子的寿命
9．复合几率
10.复合率
11.准费米能级：半导体处于非平衡状态时，导带电子和价带空穴不再有统一的费米能级，但可以认为他们各自达到平衡，相应额费米能级称为电子和空穴的准费米能级。
12.直接复合：电子从导带直接跃迁至价带与空穴相遇而复合
13.间接复合：电子通过禁带中的能级而跃迁至价带与空穴相遇而复合
14.直接复合机构
15.间接复合机构
16.雪崩击穿：在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可以使束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对，新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子空穴对。如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式的增加，通过PN结的电流就急剧增大。所以这种碰撞电离称为雪崩击穿。
17．隧道击穿效应：隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。
18.肖特基接触：指金属和半导体材料相接处的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。与之对应的是欧姆接触，界面处的势垒非常小或是没有接触势垒。
19.欧姆接触：指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不再接触面
20．N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体
21．P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体
22.简并半导体：对于重掺杂半导体，费米能级接近或进入导带或价带，导带/价带中的载流子浓度很高，泡利不相容原理起作用，电子和空穴分布不再满足玻尔兹曼分布，需要采用费米能级分布函数描述。称此类半导体为简并半导体。满足的条件为|E C-E P|≤3kT或|E V-
E F|≤3kT
23.非简并半导体：掺杂浓度较低，其费米能级EF在禁带中的半导体；半导体中的载流子分布可由经典的玻尔兹曼分布代替费米分布描述时，称之为非简并半导体。
24.反型异质结
25.同型异质结
26.本征吸收：指在价带和导带之间电子的跃迁产生与自由原子的线吸收谱相当的晶体吸收
谱，它决定着半导体的光学性质。本征吸收最明显的特点是具有基本的吸收边（吸收系数陡峭增大的波长），也是半导体以及绝缘体光泽与金属光谱的主要不同之处，它标志着低能透明区与高能强吸收区之间的边界。基本吸收边由能量带隙（晶体的导带底和价带顶的能量差—禁带宽度）决定
27.非本征吸收
其他
1.常见半导体晶体结构有金刚石型结构、闪锌矿型结构、纤锌矿型结构
2.电子共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局
限在某一个原子上，而可以由一个原子转移到相邻的原子上去。因而，电子将可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动
3.解释“热平衡状态”，说明其物理意义
在一定温度下，载流子的产生和复合这两个相反的过程之间建立起的动态平衡称为半导体的“热平衡状态”。其物理意义在于热平衡载流子的浓度是温度的函数，半导体处于热平衡状态即其热平衡载流子的浓度一定。
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西安电子科技大学2018考研大纲：半导体 物理与器件物 出国留学考研网为大家提供西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础，更多考研资讯请关注我们网站的更新! 西安电子科技大学2018考研大纲：801半导体物理与器件物理基础 “半导体物理与器件物理”(801) 一、 总体要求 “半导体物理与器件物理”(801)由半导体物理、半导体器件物理二部分组成，半导体物理占60%(90分)、器件物理占40%(60分)。 “半导体物理”要求学生熟练掌握半导体的相关基础理论，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。重点掌握半导体中的电子状态和带、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、半导体中的非平衡载流子等相关知识、基本概念及相关理论，掌握半导体中载流子浓度计算、电阻(导)率计算以及运用连续性方程解决载流子浓度随时间或位置的变化及其分布规律等。 “器件物理”要求学生掌握MOSFET器件物理的基本理
论和基本的分析方法，使学生具备基本的器件分析、求解、应用能力。要求掌握MOS基本结构和电容电压特性;MESFET器件的基本工作原理;MOSFET器件的频率特性;MOSFET器件中的非理想效应;MOSFET器件按比例缩小理论;阈值电压的影响因素;MOSFET的击穿特性;掌握器件特性的基本分析方法。 “半导体物理与器件物理”(801)研究生入学考试是所学知识的总结性考试，考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。 二、 各部分复习要点 ●“半导体物理”部分各章复习要点 (一)半导体中的电子状态 1.复习内容 半导体晶体结构与化学键性质，半导体中电子状态与能带，电子的运动与有效质量，空穴，回旋共振，元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。 2.具体要求 半导体中的电子状态和能带 半导体中电子的运动和有效质量 本征半导体的导电机构
半导体物理考研总结
1.布喇格定律（相长干涉）：点阵周期性导致布喇格定律。 2.晶体性质的周期性：电子数密度n(r)是r的周期性函数，存在 3.2πp/a被称为晶体的倒易点阵中或傅立叶空间中的一个点，倒易点中垂线做直线可得布里渊区。 3.倒易点阵： 4.衍射条件：当散射波矢等于一个倒易点阵矢量G时，散射振幅 达到最大 波矢为k的电子波的布喇格衍射条件是： 一维情况（布里渊区边界满足布拉格）简化为： 当电子波矢为±π/a时，描述电子的波函数不 再是行波，而是驻波（反复布喇格反射的结果） 5.布里渊区： 6.布里渊区的体积应等于倒易点阵初基晶胞的体积。 7.简单立方点阵的倒易点阵，仍是一个简立方点阵，点阵常数为2π/a，第一布里渊区是个以原点为体心，边长为2π/a的立方体。 体心立方点阵的倒易点阵是个面心立方点阵，第一布里渊区是正菱形十二面体。面心立方点阵的倒易点阵是个体心立方点阵，第一布里渊区是截角八面体。 8.能隙（禁带）的起因：晶体中电子波的布喇格反射－周期性势场的作用。（边界处布拉格反射形成驻波，造成能量差）
9.第一布里渊区内允许的波矢总数=晶体中的初基晶胞数N －每个初基晶胞恰好给每个能带贡献一个独立的k值； －直接推广到三维情况考虑到同一能量下电子可以有两个相反的自旋取向，于是每个能带中存在2N个独立轨道。 －若每个初基晶胞中含有一个一价原子，那么能带可被电子填满一半； －若每个原子能贡献两个价电子，那么能带刚好填满；初基晶胞中若含有两个一价原子，能带也刚好填满。 绝缘体：至一个全满，其余全满或空（初基晶胞内的价电子数目为偶数,能带不 交叠）2N. 金属：半空半满 半导体或半金属：一个或两个能带是几乎空着或几乎充满以外，其余全满 （半金属能带交叠） 10.自由电子： 11.半导体的E-k关系： 导带底：E(k)>E(0)，电子有效质量为正值； 价带顶：E(k) 1半导体中的电子状态 1.2半导体中电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动有效质量 1半导体中E与K的关系 2半导体中电子的平均速度 3半导体中电子的加速度 1.4半导体的导电机构空穴 1硅和锗的导带结构 对于硅，由公式讨论后可得： I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰 II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰 III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰 IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰 2硅和锗的价带结构 重空穴比轻空穴有较强的各向异性。 2半导体中杂质和缺陷能级 缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等 1.替位式杂质间隙式杂质 2.施主杂质：能级为E(D,被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C低ΔE(D,施主能级位于离导带底近的禁带中。 3. 受主杂质：能级为E(A,被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V高ΔE(A,受主能级位于离价带顶近的禁带中。 4.杂质的补偿作用 5.深能级杂质： ⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。 ⑵这些深能级杂质能产生多次电离。 6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现。 肖特基缺陷：只在晶体内部形成空位而无间隙原子。 空位表现出受主作用，间隙原子表现出施主作用。 3半导体中载流子的分布统计 电子从价带跃迁到导带，称为本征激发。 一、状态密度 状态密度g(E是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。 首先要知道量子态，每个量子态智能容纳一个电子。 导带底附近单位能量间隔内的量子态数目，随电子的能量按抛物线关系增大，即电子能量越高，状态密度越大。 二、费米能级和载流子的统计分布 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2015半导体物理器件期末考试试题(全) 半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师：陈建萍一、简答题（共 6 题，每题 4 分）。 代表试卷已出的题目1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。 2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏 Fpn 结的电容。 3、Pn 结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流迅速增大的现象。 4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触。 5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应：随 C-E 结电压或 C-B 结电压的变化，中性基区宽度的变化。 8、截止频率：共发射极电流增益的幅值为 1 时的频率。 9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象） 10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系： 12、扩散电容：正偏 pn 结内由于少子的存储效应而形成的电容。 1/ 11 13、空间电荷区：冶金结两侧由于 n 区内施主电离和 p 区内受主电离 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的 pn 结。 15、界面态：氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射：当载流子在源极和源漏极漂移时，氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿。 20、内建电场：n 区和 p 区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由 n 区指向 p 区。 21、齐纳击穿：在重掺杂 pn 结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由 p 区的价带直接隧穿到 n 区的导带的现象。 22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应； (3)发射结电流集边效应。 它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。 3/ 11 半导体物理考试重点 题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分 一．名词解释 1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。 2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。 3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。 4、多子、少子 （1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。 （2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。 5、禁带、导带、价带 （1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。 （2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带 （3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带 6、杂质补偿 施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。 7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能 8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。 （2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级 （3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级 9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级之差。 10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。 11、直/间接复合 （1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。 （2）间接复合：电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行的复合方式称为间接复合。 12、（1）非平衡载流子：半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。 （2）非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的平均生存时间。 13、载流子热运动 14、小注入条件：当注入半导体材料的非平衡载流子的浓度远小于平衡时多数载流子的浓度时，满足这个条件的注入称为小注入。 15、（1）载流子迁移率：单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。 （2）载流子产生率：单位时间内载流子的产生数量 16、深/浅能级 （1）浅能级杂质：在半导体中，能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。（2）深能级杂质：在半导体中，能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。17、同/异质结 （1）同质结：由同一种半导体材料形成的结称之为同质结，包括结、结、结。 （2）异质结：由不同种半导体材料形成的结称之为异质结，包括结、结、结、结。 半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。（重点掌握）在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。（重点掌握）在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。（重点掌握）在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。（理解即可）在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构。（掌握能带结构特征）在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构。（掌握能带结构特征）本章重难点： 重点： 1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点； 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同：孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动，自由电子是在恒定为零的势场中运动，而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动（共有化运动），单电子近似认为，晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点： ①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。 一、填空题 1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。 2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。 10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。 11．指出下图各表示的是什么类型半导体？ 12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数，电子占据（E F +kT ）能级的几率 B 。 A ．等于空穴占据（E F +kT ）能级的几率 B ．等于空穴占据（E F －kT ）能级的几率 C ．大于电子占据E F 的几率 D ．大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C ．价带顶 D ．费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C ．经过一极小值趋近E i D ．经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D ＿。 A ．不含施主杂质 B ．不含受主杂质 C ．不含任何杂质 D ．处于绝对零度 第一章 半导体中的电子状态 §1.1 锗和硅的晶体结构特征 金刚石结构的基本特征 §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 导带底和价带顶附近的E(k)~k 关系()()2 * 2n k E k E m 2h -0= ； 半导体中电子的平均速度dE v hdk = ； 有效质量的公式：2 2 2 * 11dk E d h m n = 。 §1.4本征半导体的导电机构 空穴 空穴的特征：带正电；p n m m ** =-；n p E E =-；p n k k =- §1.5 回旋共振 §1.6 硅和锗的能带结构 导带底的位置、个数； 重空穴带、轻空穴 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 杂质的双性行为 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：() () 3/2 * 1/2 3 2()4n c c m g E V E E h π=-； 价带顶附近的状态密度：() () 3/2 *1/2 3 2()4p v V m g E V E E h π=- §3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi 分布函数：()01 ()1exp /F f E E E k T = +-???? ； 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F E 是系统的化学势；2）F E 可看成量子态是否被电子占据的一个界限。3）F E 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：0()F E E k T B f E e --=； 导带底、价带顶载流子浓度表达式： 0()()c c E B c E n f E g E dE '= ? 基本概念题： 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。 答： 能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。 单电子近似： 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似： 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案： 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k 一、选择题 1.与绝缘体相比，半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 （ B ）。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供（ B ），施主杂质电离后向半 导体提供（ C ），本征激发向半导体提供（ A ）。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料，在温度一定时，减小掺杂浓度，费 米能级会（ B ）。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时，P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数，它和（ B ）有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.· 6.MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型 （ B ）。 A.相同 B.不同 C.无关 7.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 8.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。 A. 直接 B. 间接 9. 将Si 掺杂入GaAs 中，若Si 取代Ga 则起（ A ）杂质作 用，若Si 取代As 则起（ B ）杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 10. 在热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 （ D ），当温度大于热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为（ A ）。 · A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 11. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中，AB 段代表 （ A ），CD 段代表（B ）。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 12. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??= i D S n N q T k V ln 0 D. ???? ??≥i D S n N q T k V ln 20 13. - 14. 金属和半导体接触分为：（ B ）。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 第一章、 半导体中的电子状态习题 1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说 明之。 1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。 1-3、试指出空穴的主要特征。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 能带底和能带顶的有效质量。 题解： 1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成 为导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。 1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温 度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。 1-3、 解：空穴是价带中未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量 电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ； B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； （2） GaAs ： a ）E g （300K ）= 1.428eV ，Eg (0K) = 1.522eV ； b ）直接能隙结构； c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ； 1-5、 解： （1） 由题意得： [][] )sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002 22 0ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE +=-= 半导体物理考点归纳 一· 1.金刚石 1) 结构特点： a. 由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成 b. 属面心晶系，具立方对称性，共价键结合四面体。 c. 配位数为4，较低，较稳定。(配位数：最近邻原子数) d. 一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。 2) 代表性半导体：IV 族的C ，Si ，Ge 等元素半导体大多属于这种结构。 2.闪锌矿 1) 结构特点： a. 共价性占优势，立方对称性； b. 晶胞结构类似于金刚石结构，但为双原子复式晶格； c. 属共价键晶体，但有不同的离子性。 2) 代表性半导体：GaAs 等三五族元素化合物均属于此种结构。 3.电子共有化运动： 原子结合为晶体时，轨道交叠。外层轨道交叠程度较大，电子可从一个原子运动到另一原子中，因而电子可在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。 4.布洛赫波： 晶体中电子运动的基本方程为： ，K 为波矢，uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数， 5.布里渊区： 禁带出现在k=n/2a 处，即在布里渊区边界上； 允带出现在以下几个区： 第一布里渊区:－1/2a 电子科技大学二零零 七 至二零零 八 学年第 一 学期期 末 考试 一、选择填空（22分） 1、在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（ B ）， 对应的有效质量（ C ），称该能带中的空穴为( E )。 A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大； D. 小； E. 重空穴； F. 轻空穴 2、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ）。 A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D.陷阱 F. 两性杂质 3、在通常情况下，GaN 呈（ A ）型结构，具有（ C ），它是（ F ）半导体材料。 A. 纤锌矿型； B. 闪锌矿型； C. 六方对称性； D. 立方对称性； E.间接带隙； F. 直接带隙。 4、同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数εr 是乙的3/4， m n */m 0值是乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ）。 A.甲的施主杂质电离能是乙的8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/4 B.甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9 C.甲的施主杂质电离能是乙的16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3 D.甲的施主杂质电离能是乙的32/9，的弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8 5、.一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e 2 ； D.1/2 6、对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够高、n i >> /N D -N A / 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 7、在室温下，非简并Si 中电子扩散系数D ｎ与ＮＤ有如下图 （C ） 所示的最恰当的依赖关系： Ｄｎ Ｄｎ Ｄｎ Ｄｎ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 8、在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（ A ）移动；当掺 ＮＤ ＮＤ ＮＤ ＮＤ 912半导体物理考试大纲 考试内容 1、半导体晶体结构和半导体的结合性质（1-1主要的几种结构）； 2、半导体中的电子状态： （1）半导体能带的形成（1-2共有化运动）， （2）Ge、Si、GaAs能带结构（1-6,1-7，主要是导带和价带的结构），（3）有效质量、空穴（1-3,1-4定义要求） （4）杂质和缺陷能级（2-1施主杂质，施主能级，受主杂质，受主能级，杂质的补偿，深能级和浅能级杂质）； 3、热平衡下半导体载流子的统计分布： （1）状态密度、费米能级、（3-1,3-2理解定义） （2）本征半导体（3-3）和杂质半导体的载流子浓度（3-4浓度与温度的关系图），（3）简并半导体和重掺杂效应(3-6定义要求)； 注意：计算主要在这一章 4、半导体的导电性： （1）半导体导电原理（载流子的漂移和扩散运动）， （2）载流子的漂移运动、迁移率、散射机构（4-1,4-2定义要求）， （3）半导体电阻率(电导率)随温度和杂质浓度的变化规律（关系图）， （4）强电场效应、热载流子，负阻效应（4-6,4-7定义要求）； 5、非平衡载流子： （1）非平衡载流子与准费米能级，非平衡载流子注入与复合（5-1,5-2,5-3定义要求） （2）复合理论（5-4复合的分类） （3）非平衡载流子寿命，爱因斯坦关系，载流子漂移、扩散运动（5-6,5-7定义要求）， （4）缺陷效应（定义要求5-5）， （5）连续性方程（5-8计算题可能）； 6、pn结： （1）平衡与非平衡pn结特点及其能带图（6-1能带图和载流子的分布图）， （2）pn结的I-V特性（6-2J-V曲线，反向饱和电流的定义） （3）电容特性（6-3势垒电容和扩散电容的定义） （4）开关特性（单向导电性） （5）击穿特性（6-4雪崩击穿，隧道击穿和热击穿）； 7、金属和半导体接触： （1）半导体表面态（了解） 半导体物理 绪 论 一、什么是半导体 导体 半导体 绝缘体 电导率ρ <10- 9 3 10~10- 9 10> cm ?Ω 此外，半导体还有以下重要特性 1、 温度可以显著改变半导体导电能力 例如：纯硅（Si ） 若温度从 30C 变为C 20时，ρ增大一倍 2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力 例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C 27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω 3、 光照可以明显改变半导体的导电能力 例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。 另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。 综上： ● 半导体是一类性质可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。 二、课程内容 本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。 预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构 晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体 固体 非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料） 晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里（6 10-m ）按一定方式规则排列——称为长程有序。 单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。 多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。 非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距）存在结构有 序——短程有序。 §1 化学键和晶体结构 1、 原子的负电性 化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。 电离能：失去一个价电子所需的能量。 亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。(ⅡA 族和氧除外) 原子负电性=（亲和能+电离能）18.0? （Li 定义为1） ● 负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。 ● 价电子向负电性大的原子转移 ⅠA 到ⅦA ，负电性增大，非金属性增强 半导体物理知识整理 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 基础知识 1.导体,绝缘体和半导体的能带结构有什么不同?并以此说明半导体的导电机理（两种载流子参与导电）与金属有何不同？ 导体：能带中一定有不满带 半导体：T=0K，能带中只有满带和空带；T>0K,能带中有不满带 禁带宽度较小，一般小于2eV 绝缘体：能带中只有满带和空带 禁带宽度较大，一般大于2eV 在外场的作用下，满带电子不导电，不满带电子可以导电 总有不满带的晶体就是导体，总是没有不满带的晶体就是绝缘体 半导体不时最容易导电的物质，而是导电性最容易发生改变的物质，用很方便的方法，就可以显著调节半导体的导电特性 金属中的电子，只能在导带上传输，而半导体中的载流子：电子和空穴，却能在两个通道：价带和导带上分别传输信息 2.什么是空穴?它有哪些基本特征?以硅为例，对照能带结构和价键结构图理解空穴概念。 当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流，以及电流在外场作用下的变化，完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v(k’)的粒子的情况一样，这样假想的粒子称为空穴 3.半导体材料的一般特性。 电阻率介于导体与绝缘体之间 对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降；适当波长的光照可以改变半导体的导电能力） 性质与掺杂密切相关（微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力） 4.费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么？什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数。为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可以 一、填空题 1．纯净半导体Si 中掺错误！未找到引用源。族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。 2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。 10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。 11．指出下图各表示的是什么类型半导体？ 12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数，电子占据（E F +kT ）能级的几率 B 。 A ．等于空穴占据（E F +kT ）能级的几率 B ．等于空穴占据（E F －kT ）能级的几率 C ．大于电子占据E F 的几率 D ．大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C ．价带顶 D ．费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C ．经过一极小值趋近E i D ．经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D ＿。 A ．不含施主杂质 B ．不含受主杂质 C ．不含任何杂质 D ．处于绝对零度 电子科技大学二零九至二零一零学年第一学期期末考试 半导体物理课程考试题 A卷（ 120分钟）考试形式：闭卷考试日期 2010年元月 18日 课程成绩构成：平时 10 分，期中 5 分，实验 15 分，期末 70 分 一、选择题（共25分，共 25题，每题1 分） 1、本征半导体是指（ A ）的半导体。 A. 不含杂质和缺陷 B. 电阻率最高 C. 电子密度和空穴密度相等 D. 电子密度与本征载流子密度相等 2、如果一半导体的导带中发现电子的几率为零，那么该半导体必定（ D ）。 A. 不含施主杂质 B. 不含受主杂质 C. 不含任何杂质 D. 处于绝对零度 3、对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级随温度上升而（ D ）。 A. 单调上升 B. 单调下降 C. 经过一个极小值趋近 D. 经过一个极大值趋近 4、如某材料电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料为（ C ）。 A. 金属 B. 本征半导体 C. 掺杂半导体 D. 高纯化合物半导体 5、公式*/m q τμ=中的τ是半导体载流子的（ C ）。 A. 迁移时间 B. 寿命 C. 平均自由时间 D. 扩散时间 6、下面情况下的材料中，室温时功函数最大的是（ A ） A. 含硼1×1015 cm -3 的硅 B. 含磷1×1016 cm -3 的硅 C. 含硼1×1015 cm -3 ，磷1×1016 cm -3 的硅 D. 纯净的硅 7、室温下，如在半导体中，同时掺有1×1014 cm -3 的硼和1.1×1015 cm -3 的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级为（ G ）。将该半导体由室温度升至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级为（ I ）。（已知：室温下，≈1.5×1010 cm -3 ；570K 时，≈2×1017 cm -3 ） A 、1×1014 cm -3 B 、1×1015 cm -3 C 、1.1×1015 cm -3 D 、2.25×105 cm -3 E 、1.2×1015 cm -3 F 、2×1017 cm -3 G 、高于 H 、低于 I 、等于 第七章 一、基本概念 1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。 金属功函数：金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差 2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。 3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws 4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V s m D -= 5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。表面空间电荷区=阻挡层=势垒层 6.电子阻挡层：金属功函数大于N 型半导体功函数（Wm>Ws ）的MS 接触中，电子从半导体表面逸出到金属，分布在金属表层，金属表面带负电。半导体表面出现电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。电场从半导体指向金属。取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多，因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。 【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】 7.电子反阻挡层：金属功函数小于N 型半导体功函数（Wm半导体物理学基础知识_图文(精)
半导体物理器件期末考试试题(全)
半导体物理考试重点
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半导体物理期末试卷含部分答案
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(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结
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半导体物理笔记总结 对考研考刘恩科的半导体物理很有用 对考研考刘恩科的半导体物理很有用
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