西安电子科技大学802集成电路与器件物理、半导体物理考试大纲

西安电子科技大学2018考研大纲：半导体物理与器件物理.doc

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

最新尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复习题

尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复 习题

第一章固体晶体结构 (3) 小结 (3) 重要术语解释 (3) 知识点 (3) 复习题 (3) 第二章量子力学初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 第三章固体量子理论初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 知识点 (5) 复习题 (5) 第四章平衡半导体 (6) 小结 (6) 重要术语解释 (6) 知识点 (6) 复习题 (7) 第五章载流子运输现象 (7) 小结 (7) 重要术语解释 (8) 知识点 (8) 复习题 (8) 第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (8) 小结 (8) 重要术语解释 (9) 知识点 (9) 复习题 (10) 第七章pn结 (10) 小结 (10) 重要术语解释 (10) 知识点 (11) 复习题 (11) 第八章pn结二极管 (11) 小结 (11) 重要术语解释 (12) 知识点 (12) 复习题 (13) 第九章金属半导体和半导体异质结 (13) 小结 (13) 重要术语解释 (13) 知识点 (14) 复习题 (14) 第十章双极晶体管 (14)

小结 (14) 重要术语解释 (15) 知识点 (16) 复习题 (16) 第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (16) 小结 (16) 重要术语解释 (17) 知识点 (18) 复习题 (18) 第十二章金属-氧化物-半导体场效应管：概念的深入 (18) 小结 (19) 重要术语解释 (19) 知识点 (19) 复习题 (20)

第一章固体晶体结构 小结 1.硅是最普遍的半导体材料。 2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。晶胞是晶体 中的一小块体积，用它可以重构出整个晶体。三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。 3.硅具有金刚石晶体结构。原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。 二元半导体具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格基本相同。 4.引用米勒系数来描述晶面。这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。密勒 系数也可以用来描述晶向。 5.半导体材料中存在缺陷，如空位、替位杂质和填隙杂质。少量可控的替位杂 质有益于改变半导体的特性。 6.给出了一些半导体生长技术的简单描述。体生长生成了基础半导体材料，即 衬底。外延生长可以用来控制半导体的表面特性。大多数半导体器件是在外延层上制作的。 重要术语解释 1.二元半导体：两元素化合物半导体，如GaAs。 2.共价键：共享价电子的原子间键合。 3.金刚石晶格：硅的院子晶体结构，亦即每个原子有四个紧邻原子，形成一个 四面体组态。 4.掺杂：为了有效地改变电学特性，往半导体中加入特定类型的原子的工艺。 5.元素半导体：单一元素构成的半导体，比如硅、锗。

半导体物理与器件第四版课后习题答案(供参考)

Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ

半导体物理器件期末考试试题(全)

---------------------------------------------------------------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

半导体物理与器件实验报告

课程实习报告 HUNAN UNIVERSITY 题目：半导体物理与器件 学生姓名：周强强 学生学号：20100820225 专业班级：通信二班 完成日期：2012.12.22

运行结果截图： 2.2 函数(),cos(2/)V x t x t πλω=-也是经典波动方程的解。令03x λ≤≤，请在同一坐标中 绘出x 的函数(),V x t 在不同情况下的图形。 (1)0;(2)0.25;(3)0.5;(4)0.75;(5)t t t t t ωωπωπωπωπ =====。 3.27根据式（3.79），绘制出0.2()0.2F E E eV -≤-≤范围内，不同温度条件下的费米-狄拉克概率函数：()200,()300,()400a T K b T K c T K ===。

4.3 画出a （）硅，b （）锗，c （）砷化镓在温度范围200600K T K ≤≤内的本征载流子浓度曲线 （采用对数坐标）。

4.46 已知锗的掺杂浓度为15 3a =310 cm N -?，d =0N 。画出费米能级相对于本征费米能级的位 置随温度变化 200600)K T K ≤≤（的曲线。

5.20硅中有效状态密度为 19 3/2c 2.8 10()300T N =? 193/2 1..0410() 300 T N ν=? 设迁移率为 3/2 n =1350300T μ-?? ? ?? 3/2 =480300T ρμ-?? ? ?? 设禁带宽带为g =1.12V E e ，且不随温度变化。画出200600K T K ≤≤范围内，本征电导率随绝对温度T 变化的关系曲线。

半导体物理器件

半导体物理器件 名词解释 ．．．． 1 光电效应；在光的照射下，电路中产生电流或电流变化。分两类，一是光照下能使物体电阻值改变称“内阻效应”或光导效应，二是在光照下能够产生一定的方向的电动势，称‘阻挡层光电效应’或光伏效应。 2 压阻效应；对半导体施加应力时，出产生变形外，能带结构也要发生变化，因而，半导体的发生改变，这种由于应力的作用使电阻率发生改变的现象。 3 热电效应；把热能转换成电能的过程，其中最重要的是温差电现象。 4 单晶体；在三维空间里由全同结构也要发生单元，无间隙的周期的排列这中无限的重复的结构遍及整个晶体称单晶。 5 非晶体；在三维空间中只是短程序或者就是无序的排列结构的晶体。 6多晶体；由多个单晶体构成的晶体。 7晶胞：由于晶体是由全部结构单元周期性地、无间隙地无限重复构成的，而研究晶体时研究最简结构称晶胞。原胞；由于晶体是由全同结构单元，周期性地无间隙无限重复构成的而研究晶体时研究最简结构或非最简结构单元称初基晶 8 格点；研究晶体中原子，分子或离子的排列，把这些粒子的重心作为一个几何点。 9 空间点阵；晶体中有无限多个在空间按一定规律分布的格点。 10 晶列 直线上一定有无数个格点，这样的直线称晶列。 11 晶格；在空间点阵中，不同的三个晶列族分空间为无数格子称晶格。 12 晶面；通过不在同一晶列的三个格点作一平面在这平面上必须包含无数个格点这样的平面叫做晶面。 13 点阵常数；在晶体中选三个互不平行的特定的晶列方向为晶轴，以晶轴上两相邻的格点见得距离为单位，这单位称为点阵常数 14 晶向指数 的，每个方向则用三个最小整数u v w来表示记为【u v w】表示晶向的这组数据称为晶向指数。 15面间距：在晶体中的同一族晶面中，相邻两晶面的距离称为面间距。 16面密度：在晶体中单位面积中的原子数称为面密度，单位面积中的化学键数称为键密度。 17晶格缺陷 周期性的、无限重复的由规则性的排列，但在自然界的晶体物质不会有那么完美的结构，晶格排列中的任何不规则的地方，就是晶格的缺陷。 18弗兰克缺陷：在晶体中总有少数部分原子会脱离正常的晶格点，而跑到晶格空隙中，成为自间隙原子，这种作用又使得原先的晶格上没有任何原子占据成为晶格的空位，这样一对间隙与空位称为弗兰克缺陷。 19肖特基缺陷：当晶格原子扩散到晶体最外层时，这使得晶格中仅残留空位而没有自间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。 20位错：当晶体中的晶格缺陷沿着一条直线对称时，这种缺陷称为位错。1 位错包括（刃位错）（螺旋位错）和（位错环） 21非平衡运动：当位错的运动需要借助原子及晶格原位运动时，称为非平衡运动。 22晶界：是两个或多个不同结晶方向是的单晶交界处，晶界是可以弯曲的，但在热平衡状态下，为了减少晶界的能量，他们通常是平面状的。 晶体是由全同结构单元周期地、无间隙地无重复构成的 23 电子公有化运动：晶体原子的内壳层由于基本上没有重叠，电子依然围绕原子核运动，而外壳层发生能级重叠，电子不再局限于一个原子，而可从一个原子壳层转到相邻的另一个原子壳层上去，并可以从邻近的原子再转移到更远的原子上去，像这种的电子可以在整个晶体中运动，为晶体内所有原子共有的现象。

半导体物理与器件公式以及全参数

半导体物理与器件公式以及参数 KT =0.0259ev N c =2.8?1019N v =1.04?1019 SI 材料的禁带宽度为：1.12ev. 硅材料的n i =1.5?1010 Ge 材料的n i =2.4?1013 GaAs 材料的n i =1.8?106 介电弛豫时间函数：瞬间给半导体某一表面增加某种载流子，最终达到电中性的时间，ρ(t )=ρ(0)e ?(t /τd )，其中τd =?σ，最终通过证明这个时间与普通载流子的寿命时间相比十分的短暂，由此就可以证明准电中性的条件。 E F 热平衡状态下半导体的费米能级，E Fi 本征半导体的费米能级，重新定义的E Fn 是存在过剩载流子时的准费米能级。 准费米能级：半导体中存在过剩载流子，则半导体就不会处于热平衡状态，费米能级就会发生变化，定义准费米能级。 n 0+?n =n i exp (E Fn ?E Fi kT )p 0+?p =n i exp [?(E Fp ?E Fi )kT ] 用这两组公式求解问题。 通过计算可知，电子的准费米能级高于E Fi ，空穴的准费米能级低于E Fi ，对于多子来讲，由于载流子浓度变化不大，所以准费米能级基本靠近热平衡态下的费米能级，但是对于少子来讲，少子浓度发生了很大的变化，所以费米能级有相对比较大的变化，由于注入过剩载流子，所以导致各自的准费米能级都靠近各自的价带。

过剩载流子的寿命： 半导体材料：半导体材料多是单晶材料，单晶材料的电学特性不仅和化学组成相关而且还与原子排列有关系。半导体基本分为两类，元素半导体材料和化合物半导体材料。 GaAs主要用于光学器件或者是高速器件。 固体的类型：无定型（个别原子或分子尺度内有序）、单晶（许多原子或分子的尺度上有序）、多晶（整个范围内都有很好的周期性），单晶的区域成为晶粒，晶界将各个晶粒分开，并且晶界会导致半导体材料的电学特性衰退。 空间晶格：晶格是指晶体中这种原子的周期性排列，晶胞就是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，晶胞的结构可能会有很多种。原胞就是可以通过重复排列形成晶体的最小晶胞。三维晶体中每一个等效的格点都可以采用矢量表示为r=pa?+qb?+sc?，其中矢量a?，b?，c?称为晶格常数。晶体中三种结构，简立方、体心立方、面心立方。 原子体密度=每晶胞的原子数每晶胞的体积

半导体物理器件

半导体物理 1、半导体的五大基本特性 答：(1)负电阻温度系数：温度升高，电阻减小。 (2)光电导效应：由辐射引起的被照射材料的电导率改变的现象。 (3)整流效应：加正向电压时，导通；加反向电压时，不导通。 (4)光生伏特效应：半导体和金属接触时，在光照射下产生电动势。 (5)霍尔效应：通有电流的导体在磁场中受力的作用，在垂直于电 流和磁场的方向产生电动势的现象。 2、简述肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的异同之处。 答：（1）共同点：都是热缺陷（本征缺陷）。 （2）不同点：弗伦克尔缺陷：空位和间隙原子成对出现，晶体体积不发生改变；肖特基缺陷：正离子和负离子空位成比例出现，伴随体积的增加而增加，并且只形成空位而无间隙原子。 3、什么是施主杂质？什么是受主杂质？以Si为例说明。 答：Ⅴ族元素在硅中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称此类杂质为施主杂质；Ⅲ族元素在硅中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称此类杂质为受主杂质。 4、什么是本征激发？什么是本征半导体？本征半导体的特征是什么？ 答: （1）电子从价带直接向导带激发，成为导带电子的过程就是本征激发。 （2）完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

（3）电子浓度等于空穴浓度，载流子少，导电性差，温度稳定性差。 5、在半导体中掺入杂质的作用：掺入杂质可以改变半导体的导电性能，半导体中杂质对电阻的影响非常大。掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生杂质能级，使得电阻大大下降，从而导电性大大提升。 6、阐述深能级杂质的特点。 答：（1）不容易电离，对载流子浓度影响不大； （2）一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级，也产生受主能级； （3）能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低。 7、浅能级杂质和深能级杂质对半导体性质的影响是什么？ 答：深能级杂质主要是产生复合中心，缩短少数载流子的寿命； 浅能级杂质主要是提供载流子，能够改变半导体的导电性，决定半导体的导电类型。 这两种杂质都能散射载流子，使迁移率减小。 8、解释费米能级及其物理意义。 答：（1）费米能级是半导体中大量电子构成的热力学系统的化学势。 （2）费米能级的意义：在各种温度下，在该能级上的一个状态被电子占据的几率正好是1/2。代表了电子的填充能级高低。（当系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统增加一个电子所引起的系统自由能的变化，等于系统的化学能。）

半导体物理与器件复习

半导体物理与器件复习 一、选择填空 1. 非平衡载流子寿命公式 2. 本征载流子浓度公式 3. 本征半导体概念 4. 半导体功函数概念 5. 单位晶胞中原子占据的百分比，原子的数目 6. N型半导体，P型半导体的概念 7. 载流子的迁移率和扩散系数，爱因斯坦关系式，影响载流子的迁移率的因素，两种散射机制 8. PN结击穿的类型，机制 9.金属、半导体、绝缘体的本质区别，半导体的几种类型 二、名词解释和简答题 1. 空间电荷区，存储时间，费米能级，准费米能级，肖特基接触，非本征半导体，简并半导体，直接带隙半导体，电子有效质量，雪崩击穿，单边突变结，电子有效质量，双极输运，欧姆接触，本征半导体，非简并半导体，间接带隙半导体 2. 什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 3.为什么随着掺杂浓度的增大，击穿电压反而下降？ 4. 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 5.漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移

率和扩散系数之间满足什么关系？ 6. 什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？ 7. 画出肖特基二极管和pn结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。 8. 空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 9. 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。 10. 什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 11. 何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 12. 何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 13. 什么是声子? 它对半导体材料的电导起什么作用? 三计算题 作业题：3-37，3-40，4-47，7-8，8-6 最后一门学位课，一定要认真复习。

半导体物理与器件基础知识

9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图： 电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 附常规npn截面图 造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。2.一片半导体材料上要做很多的双极型晶体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。 通常情况下，BE结是正偏的，BC结是反偏的。称为正向有源。附图： 由于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。 附基区中电子浓度示意图： 电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区，

半导体物理与器件第四版课后习题答案

Chapter 3 3.1 If o a were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal. If o a were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator. _______________________________________ 3.2 Schrodinger's wave equation is: ()()()t x x V x t x m ,,2222 ψ?+?ψ?- ()t t x j ?ψ?=, Assume the solution is of the form: ()()??? ????????? ????? ??-=ψt E kx j x u t x exp , Region I: ()0=x V . Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: ()??? ????????? ????? ??-?????-t E kx j x jku x m exp 22 ()????????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp ()???????????? ????? ??-???? ??-=t E kx j x u jE j exp which becomes ()()???????????? ????? ??-???-t E kx j x u jk m exp 22 2 ()??????? ????? ????? ??-??+t E kx j x x u jk exp 2 ()?? ??????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp 22 ()???????????? ????? ??-+=t E kx j x Eu exp This equation may be written as ()()()()0222222 =+??+??+-x u mE x x u x x u jk x u k Setting ()()x u x u 1= for region I, the equation becomes: ()()() ()0212 21212=--+x u k dx x du jk dx x u d α where 222 mE =α Q.E.D. In Region II, ()O V x V =. Assume the same form of the solution: ()()??????? ????? ????? ??-=ψt E kx j x u t x exp , Substituting into Schrodinger's wave equation, we find: ()()??? ????????? ????? ??-???-t E kx j x u jk m exp 222 ()??? ????????? ????? ??-??+t E kx j x x u jk exp 2 ()?? ??????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp 2 2

半导体物理与器件第四版课后习题答案

Chapter 3 3、1 If were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal、 If were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator、 _______________________________________ 3、2 Schrodinger's wave equation is: Assume the solution is of the form: Region I: 、 Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: which bees This equation may be written as Setting for region I, the equation bees: where Q、E、D、 In Region II, 、 Assume the same form of the solution: Substituting into Schrodinger's wave equation, we find: This equation can be written as: Setting for region II, this equation bees where again Q、E、D、 _______________________________________ 3、3 We have Assume the solution is of the form: The first derivative is and the second derivative bees Substituting these equations into the differential equation, we find bining terms, we obtain We find that Q、E、D、 For the differential equation in and the proposed solution, the procedure is exactly the same as above、 _______________________________________ 3、4 We have the solutions for and for 、 The first boundary condition is which yields The second boundary condition is which yields The third boundary condition is which yields

半导体物理与器件7

第七章 光电器件
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本章内容
辐射跃迁与光的吸收 发光二极管 半导体激光 光探测器 太阳能电池
7.1 辐射跃迁和光的吸收
辐射跃迁
光子和固体内的电子之间有三种主要的相互作用过程：吸收、自 发辐射、受激辐射。如图为在一个原于内的两个能级E1和E2，其 中E1 相当于基态，E2相当于激发态，则在此两能态之间的任何跃 迁 ， 都 包 含 了 光 子 的 辐 射 或 吸 收 ， 此 光 子 的 频 率 为 ν12 ， 而 hν12=E2-E1。 室温下，固体内的 大多数原子处于基态。 此时若有一能量恰好等 于hν12的光子撞击此系 统，则原本处于基态的 原子将会吸收光子的能 量而跑到激发态。这一 过程称为吸收过程。
之前 之后
在激发态中的原子是很不稳定的，经过短暂的时间后，不需要外来 的激发，它就会跳回基态，并放出一个能量为hν12的光子，这个过程即 称为自发辐射[图(b)]。
hυ12
E2 E1 (a ) 吸收
当一能量为hν12 的光子撞击 一原本在激发态的原子时[图c]， 此原子被激发后，会转移到基态 ，并且放出一个与入射辐射同相 位、能量为hν12 的光子。这个过 程即称为受激辐射。由受激辐射 所造成的辐射是单色的，因为每 一个光子具有的能量都是hν12 。 同时，此辐射也是相干的，因为 所有的光子都是同相位发射。
光的吸收
如图显示的是半导体中的基本跃迁．当半导体被光照射后，如果光 子的能量等于禁带宽度(即hν=Eg)，则半导体会吸收光子而产生电子-空 穴对，如(a)所示．若hν大于Eg，则除了会产生电子-空穴对之外，多余 的能量(hν-Eg)将以热的形式耗散，如(b)所示。 以上(a)与(b)的过程皆称为本征跃迁， 或称为能带至能带的跃迁。 另一方面，若hν小于Eg，则只有在禁 带中存在由化学杂质或物理缺陷所造 成的能态时，光子才会被吸收，如(c) 所示，这种过程称为非本征跃迁。
EC Et (c)
发光二极管的主要工作过程是自发辐射， 激光二极管则是受激辐射， 光探测器和太阳能电池的工作过程则是吸收。
hυ
(a)
(b)
Eg
因 为 光 的 本 征 吸 收 在 hνλc时变得微不足道 截止波长
EV
λc =
1.24 ( μm) Eg
1

半导体物理与器件复习资料

非平衡载流子寿命公式： 本征载流子浓度公式： 本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料 半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差 电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。 Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应 载流子的迁移率 扩散系数 爱因斯坦关系式 两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散 迁移率受掺杂浓度和温度的影响 金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。 空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。 存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。 费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。 准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。 肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。 非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。 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）的半导体。 直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。 电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。 雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程 1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ ①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度 。 2、为什么随着掺杂弄得的增大，击穿电压反而下降？ 随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，分离能级就会扩展成微带，会使原奶的导带往下移，造成禁带宽度变宽，不如外加电压时，能带的倾斜处隧长度Δx 变得更短，当Δx 短到一定程度，当加微小电压时，就会使p 区价带中电子通过隧道效应通过禁带而到达N 区导带，是的反响电流急剧增大而发生隧道击穿，所以。。。。。。 3、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主导作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体相比较影响并不大，所以这时随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加下，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。 对于一般掺杂半导体，由于杂质浓度低，电离杂子散射基本可以忽略，其主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越小。 4、漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移率和扩散系数之间满足什么关系？ 漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均，导致载流子从浓度高的地方向浓度低的地方定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力是载流子的分布引起的。 关系为：T k D 0 //εμ= 5、什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？ 描述大量粒子的分部规律的函数。 ①麦克--滋曼分布函数：经典离子，粒子可区分，而且每个能态多容纳的粒子数没有限制。 ②波色--斯坦分部函数：光子，粒子不可区分，每个能态所能容纳的粒子数没有限制。 ③费米狄拉克分布函数：晶体中的电子，粒子不可分辨，而且每个量子态，只允许一个粒子。 6、画出肖特基二极管和pn 结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。 两个重要的区别：反向饱和电流密度的数量级，开关特性； 两种器件的电流输运机构不同：pn 结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，而肖特基势垒二极管中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差而形成的。 肖特基二极管的有效开启电压低于pn 结二极管的有效开启电压。 7、（a ）5个电子处于3个宽度都为a=12A °的三维无限深势阱中，假设质量为自由电子质量，求T=0k 时费米能级（b ）对于13个电子呢？ 解：对于三维无限深势阱 对于5个电子状态，对应nxnynz=221=122包含一个电子和空穴的状态 ev E F 349.2)122(261.022=++?= 对于13个电子……=323=233 ev E F 5.742)323(261.0222=++?= 8、T=300k 时，硅的实验测定值为p 0=2×104cm -3,Na=7*1015cm -3, (a)因为P 0