半导体物理基本概念-2014年

半导体物理基本概念:

离子晶体, 共价晶体, 晶胞, 肖脱基缺陷，费仑克尔缺陷，施(受)主杂质, 施(受)主电离能, 直(简)接复合, 复合率, 量子态密度, 状态密度, 有效状态密度, 绝缘体(半导体\导体)能带特点, 深(浅)杂质能级, 费米能级, 平衡态, 非平衡态, 载流子漂移运动，空穴，陷阱, 陷阱中心, 扩散系数, 扩散长度, 散射几率,电离杂质散射，迁移率, 复合中心，直接复合，间接复合, 简并半导体, 非简并半导体, 爱因斯坦关系

离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。

共价晶体：由共价键结合而成的晶体叫共价晶体。

(补充：晶体的分类（按原子结合力的性质分）

离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。

原子晶体：晶格格点上交替排列的是原子，依靠共价键结合而成。

分子晶体：占据晶格中格点位置的是分子，依靠范德瓦耳斯力结合而成。

金属晶体：晶格格点上排列着失去价电子的离子实，依靠金属键结合而成。)

晶胞：反映布拉菲点阵对称性的前提下，构成布拉菲点阵的平行六面体。除顶点上外，内部和表面也可以包含格点。

肖脱基缺陷:晶体结构中的一种因原子或离子离开原来所在的格点位置而形成的空位式的点缺陷

费仑克尔缺陷:指晶体结构中由于原先占据一个格点的原子（或离子）离开格点位置，成为间隙原子（或离子），并在其原先占据的格点处留下一个空位，这样的空位-间隙对就称为弗仑克尔缺陷

施主杂质：杂质在硅、锗等半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。

施主电离能：多余的一个价电子脱离施主杂质而成为自由电子所需要的能量。

受主杂质：杂质在硅，锗等半导体中能接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心。

受主电离能：使空穴挣脱受主杂质成为导电空穴所需要的能量。

直接复合：电子在导带和价带之间直接跃迁而产生复合

间接复合：电子和空穴通过禁带的能级进行复合

载流子复合率：单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。

量子态密度：k空间单位体积内具有的量子态数目。

状态密度：能量E附近单位能量间隔内的量子态数。

有效状态密度：

绝缘体能带特点：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。

半导体能带特点：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。

导体能带特点:

深杂质能级：若杂质提供的施主能级距离导带底较远；或提供的受主能能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。

浅杂质能级：通常情况下，半导体中些施主能级距离导带底较近；或受主能能级距离价带顶较近。这种能级称为浅能级，对应的杂质称为浅能级杂质。

准费米能级：由于同一能带内，电子的跃迁非常迅速和频繁，因此，即使在非平衡状态下，导带中的电子和价带中的电子分布仍满足费米分布，即各自处于热平衡态---准平衡态。此时导带上的电子和价带上的电子有各自的费米能级

费米能级:

平衡态：半导体中载流子浓度不随时间变化且满足200i n p n =

非平衡态：当半导体受到外界作用(如：光照等)后, 载流子分布将与平衡态相偏离, 此时的半导体状态称为非平衡态。此时载流子浓度不满足20

0i n p n = 载流子漂移运动:

空穴：把满带中的空状态假想为的一个带正电的“粒子”。陷阱:

陷阱中心: 有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。

扩散系数: 扩散系数反映载流子在有浓度梯度时运动的难易程度

扩散长度: 扩散长度的意义:非平衡少数载流子在边扩散边复合的过程中，其浓度减少到原值的1/e 时扩散走过的距离。也表示非平衡载流子深入半导体的平均深度.

散射几率(Pi): 描述散射的强弱，它表示单位时间内一个载流子受到散射的次数。

电离杂质散射:

迁移率: 迁移率是半导体材料的重要参数，它表示电子或空穴在外电场作用下作漂移运动的难易程度。物理意义：表示在单位场强下电子或空穴所获得的平均漂移速度大小，单位为m2/V ·s 或cm2/ V ·s ．复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷。

直接复合:

间接复合:

简并半导体:

非简并半导体:

爱因斯坦关系:

半导体物理学基础知识_图文(精)

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

半导体物理知识点总结

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。

半导体物理学答案刘恩科第七版

第一章习题 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为： E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求：为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1== π （1）禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解：（1） eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 212102220 202 02022210 1202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2*8 3)2(1 m dk E d m k k C nC ===

s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以：准动量的定义： 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=? s a t s a t 137 19 282 1911027.810 10 6.1)0(102 7.810106.1) 0(----?=??-- =??=??-- = ?π π 补充题1 分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图） Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面（b ）(110)晶面

(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结

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

半导体物理学简答题及答案(精)

第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。 6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同；答：在能带底附近，电子的有效质量是正值，在能带顶附近，电子的有效质量是负值。在外电F作用下，电子的波失K不断改变，f=h(dk/dt,其变化率与外力成正比，因为电子的速度与k有关，既然k状态不断变化，则电子的速度必然不断变化。 7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系，为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度? 答：沿不同的晶向，能量带隙不一样。因为电子要摆脱束缚就能从价带跃迁到导带，这个时候的能量就是最小能量，也就是禁带宽度。

固体物理与半导体物理学课程简介

《固体物理与半导体物理学》教学大纲一、课程的教学目的和基本要求教学目的：通过本课程的学习，使学生掌握信息电子技术的晶体材料物理基础理论知识，以及光电子材料的主体——半导体晶体材料的各种电学、光学性质的物理机理和基本概念，为进一步学习半导体光电子器件和集成电路等的物理原理打下基础。基本要求：要求掌握的基本内容如下：晶体结构和晶体的结合；晶格振动与固体的热学性质；晶体中的缺陷；晶体中的电子状态和固体能带理论的基本内容；电导的简单理论；半导体中的电子状态和能级理论；含杂质半导体的能级；半导体中平衡载流子的统计分布和非平衡载流子的产生复合及运动规律；半导体各种界面和表面问题以及金属半导体接触的特性；MIS结构特性；p-n结、异质结及其能带图和电流电压特性；并了解半导体超晶格等现代固体、半导体物理的发展动态等。二、教学相关环节安排和有关说明以课堂教学为主，平均每周安排3－4道习题，共计约64道习题，无单独实验课，第二章、第四章、第七章等部分章节中安排一小时习题课。由于课时的压缩，带*部分内容只要求了解基本概念。三、课程主要内容及学时分配每周5学时，共17周（85学时）。主要内容：（一）晶体结构（11学时） 1．晶体的宏观特性 2．原子的周期性排列 3．晶系和布喇菲原胞 4．晶列指数和晶面指数 5．倒格子 6．简单的晶体结构 7．晶体结合的类型及结合能的计算（二）晶格振动和固体的热学性质（8学时） 1．一维原子链的振动 2．二维晶格的振动与声子的概念 3．晶格比热（三）晶体中的缺陷（3学时） 1．点缺陷及其运动 2．原子扩散 3．线缺陷——位错（四）晶体中的电子状态（12学时） 1．金属中自由电子的状态 2．准自由电子近似 3．能带的各种计算方法

半导体物理学第七版完整课后题答案

第一章习题 1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)与价带极大值附近能量E V (k)分别为: E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。试求：为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1==π (1)禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; (4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解:(1) eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064 30382324 30)(2320212102 2 20 202 02022210 1202==-==<-===-== >=+== =-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 3222* 83)2(1m dk E d m k k C nC ===η

s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3)()()4(6 )3(25104300222* 11-===?=-=-=?=-==ηηηηη所以：准动量的定义： 2、晶格常数为0、25nm 的一维晶格,当外加102V/m,107 V/m 的电场时,试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。解:根据:t k h qE f ??== 得qE k t -?=?η s a t s a t 13719282 1911027.810106.1) 0(1027.810106.1) 0(----?=??--= ??=??-- =?π πηη 补充题1 分别计算Si(100),(110),(111)面每平方厘米内的原子个数,即原子面密度(提示:先画出各晶面内原子的位置与分布图) Si 在(100),(110)与(111)面上的原子分布如图1所示: (a)(100)晶面 (b)(110)晶面

半导体物理知识点梳理

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

半导体物理知识

半导体物理知识整理

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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

半导体物理学复习提纲(重点)

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 '= ?

固体物理学和半导体物理学

固体物理学第一章 1.晶体结构=晶格+基元 2.原胞和晶胞的区别：原胞只需要考虑周期性；晶胞要考虑周期性和对称性。 3.对于简单格子，有三种结构：简立方、体心立方和面心立方。 4.X光晶体衍射实验，测量晶体结构证明题： 1.证明面心立方和体心立方互为倒格子。步骤：（1）写基矢a1、a2、a3 （2）套倒格子公式 2. (那个长度不用求) 3.给出晶体判断其是晶胞还是原胞（是晶胞），为什么？并从中提取原胞，写出基矢，并从体积的角度证明自己的选取是对的。解：原胞的判断：格点只出现在顶角，且一个原胞只含有一个原子（简立方既是原胞也是晶胞）体心立方：含有8×1/8+1=2个原子固体物理学原胞只要求含有1个原子。 a1=–(a/2)i+(a/2)j+(a/2)k =a/2(–i+j+k) 同理： a2=a/2(i–j+k) a3=a/2(i+j–k)

体心立方固体物理学原胞体积的计算体心立方结构，固体物理学原胞的体积是晶体学原胞的体积的1/2. 面心立方：含有8×1/8+6×1/2=4个原子 a1=a/2(j+k) a2=a/2(k+i) a3=a/2(i+j) 固体物理学原胞体积： V=a1·a2×a3 原胞中只含有一个原子，体积是晶体学原胞的四分之一。第二章 1.主要的晶体有：晶体的典型结合形式有金属结合、共价结合、离子结合、范德瓦尔斯结合和氢键结合五种形式。金属晶体由金属键结合，金属晶体有良好的导电性和导热性，有较好的延展性，硬度大，熔点高。共价晶体由共价键结合，共价晶体不能弯曲、没有明显的弹性和范性，具有相当高的强度和硬度，熔点高， 2331101()()484 110 i j k a a a V a j k i j k → →→ →→→→→→=?=+-++=原胞中只含有一个原子.2212311 111(22)44111i j k a a v a a a a a k j →→→→→→→ =??=?-=?+-3 33 3()(22) 8 ()()4 (11) 4 2 a v i j k k j a i j k k j a a →→→→→→→→→→=-++?+=-++?+=+=

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，

半导体物理基础总复习

掌握熟悉了解第一章半导体物理基础一、能带理论 1、能带的形成、结构：导带、价带、禁带 ?当原子结合成晶体时，原子最外层的价电子实际上是被晶体中所有原子所共有，称为共有化。 ?共有化导致电子的能量状态发生变化，产生了密集能级组成的准连续能带---能级分裂 ?价带：绝对0度条件下被电子填充的能量最高的能带；结合成共价键的电子填充的能带。 ?导带：绝对0度条件下未被电子填充的能量最低的能带 2、导体、半导体、绝缘体的能带结构特点 ?禁带的宽度区别了绝缘体和半导体；而禁带的有无是导体和半导体、绝缘体之间的区别；绝缘体是相对的，不存在绝对的绝缘体。 3、导电的前提：不满带的存在二、掺杂半导体 1、两种掺杂半导体的能级结构。

2、杂质补偿的概念三、载流子统计分布 1、费米函数、费米能级：公式1-7-9和1-7-10，及其简化公式1-7-11 和1-7-12 2、质量作用定律，只用于本征半导体：公式1-7-27 3、用费米能级表示的载流子浓度：公式1-7-28和1-7-29 4、杂质饱和电离的概念（本征激发） 5、杂质半导体费米能级的位置：公式1-7-33和1-7-37。意义（图 1-13，费米能级随着掺杂浓度和温度的变化）。 6、杂质补充半导体的费米能级四、载流子的运输 1、（1.8节）载流子的运动模式：散射－漂移－散射。平均弛豫时间的概念 2、迁移率，物理意义：公式1-9-4和1-9-5（迁移率与电子自由运动时间和有效质量有关），迁移率与温度和杂质浓度的关系 3、电导率，是迁移率的函数：公式1-9-10和1-9-11 4、在外电场和载流子浓度梯度同时存在的条件下，载流子运输公式：1-9-24～1-9-27 5、费米势：公式1-10-5：电势与费米能级的转换

《固体物理与半导体物理学》.docx

《固体物理与半导体物理学》 Solid state physics and semiconductor physics Teaching program First, the teaching purpose and basic requirements of the course Teaching purpose: through this course, the physical basis of crystal material theoretical knowledge to enable students to master the information of electronic technology, as well as the physical mechanism of various electrical and optoelectronic materials 一一the main semiconductor crystal optical properties and basic concepts, lay the foundation for further study the physical principle of semico nductor opto electronic devices and integrated circuits. Basic requirements: the basic contents are as follows: binding requires knowledge of the crystsl structure and the lattice vibration and thermal properties; solid; crystal defects: the basic con tent of crystal in the elec tronic state and solid band theory; simple theory of conductance; semiconductor electronic states and the energy level impurity semiconductor theory; generation and movement of the composite; the statistical distribution of equilibrium carriers in semiconductors and non equilibrium carriers; a variety of interface and surface properties of semiconductor and metal semiconductor contact: MIS structure; p-n junction and heterojunction and the energy band diagram and current voltage characteristics: and to understand the modern semiconductor superlattice, solid semiconductor physics development etc??

半导体物理学(刘恩科)第七版-完整课后题答案

eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 2121022 20 202 02022210 1202== -==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2*8 3)2(1 m dk E d m k k C nC ===η s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- ==ηηηηη所以：准动量的定义： 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=?η

半导体物理学重点概念个人总结

Si：导带：硅的导带极小值位于k空间[100]方向的布里渊区中心到布里渊区边界的0.85处；导带极小值附近的等能面是长轴沿[100]方向的旋转椭球面；在简约布里渊区共有6个这样的椭球。价带：价带具有一个重空穴带，一个轻空穴带和由于自旋-轨道耦合分裂出来的第三个能带；价带极大值位于布里渊区的中心；重空穴有效质量为0.53m0，轻空穴有效质量为0.16m0；第三个能带的裂距为0.04eV。Ge：导带：锗的导带极小值位于k空间的[111]方向的简约布里渊区边界；导带极小值附近的等能面是长轴沿[111]方向旋转的8个椭球面；每个椭球面有半个在简约布里渊区内，因此，在简约布里渊区内共有4个椭球。价带：价带具有一个重空穴带，一个轻空穴带和由于自旋-轨道耦合分裂出来的第三个能带；价带极大值位于布里渊区的中心；重空穴有效质量为0.36m0，轻空穴有效质量为0.044m0；第三个能带的裂距为0.29eV。主要特征：禁带宽度E g随温度增加而减小E g：Si0.7437eV Ge1.170ev 间接能隙结构。本征激发：当温度一定时，价代电子受到激发而成为导带电子的过程称为本征激发。（温度升高，载流子浓度增大，空穴密度增大，本征激发加剧）有效质量意义：它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用；特别是有效质量可以直接由实验测定，因而可以很方便地解决电子的运动规律。性质：1.电子的有效质量概况了半导体内部的势场作用；2.在能带底部附近，电子的有效质量是正值；在能带顶部附近，电子的有效质量是负值；对于带顶和带底的电子，有效质量恒定；3.有效质量与能量函数对于k 的二次微商成反比，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大。内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。因此，外层电子在外力作用下可以获得较大的加速度。特点：决定于材料；与电子的运动方向有关；与能带的宽窄有关。空穴：空穴是几乎充满的能带中未被电子占据的空量子态。价带电子被激发到导带后，价带中存在空着的状态。这种空着的状态将价带电子的导电作用等效为带正电荷的准粒子的导电作用。特征：1.带正电：+q；2.空穴浓度表示为p； 3.E p= -E n； 4.m p* = -m n*。浅能级杂质：将很接近于价带顶的受主能级和很接近于导带底的施主能级称为浅能级。将产生浅能级的杂质称为浅能级杂质。其特点为：施主电离能：ΔE D<

半导体物理学刘恩科第七版课后习题解第1章习题解

半导体物理学第一章习题 (公式要正确显示，请安装字体MT extra) 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为： ........................................................................................... 1 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 (3) 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为： 2 20122021202236)(,)(3Ec m k m k k E m k k m k V - =-+= 0m 。试求：为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1== π （1）禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化

解：109 11010 314.0＝-?= =π π a k （1） J m k m k m k E k E E m k k E E k m dk E d k m k dk dE J m k Ec k k m m m dk E d k k m k k m k dk dE V C g V V V V c C 17 31 210340212012202 1210 12202220 21731 2 103402 12102 02022210120210*02.110 108.912)1010054.1(1264)0()43(6)(0,0600610*05.310108.94)1010054.1(4Ec 430 382324 3 0)(232------=????==-=-== =<-===-==????===>=+== =-+= 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2* 8 3)2(1 m dk E d m k k C nC === s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.71010054.14 3 10314.0210625.643043)()()4(6)3(2510349 3410 4 3 222 * 1 ----===?=???= ?? ??=-=-=?=-==ππ 所以：准动量的定义：

固态电子论半导体物理固体物理部分名词解释(精)

固态电子论名词解释库 (个人意见,仅供参考 <固体物理部分 > 晶体:构成粒子(原子,分子,集团周期性排列的固体,具有长程有序性,有固定的熔点,具有自限性, 各向异性和解理性特点的固体。布拉伐点阵:晶体的周期性结构可以看作相同的点在空间周期性无限分布所形成的系统,称为布拉伐点阵。布拉伐格子:在空间点阵用三组不共面平行线连起来的空间网格称为布拉伐格子。基元:布拉伐格子中的最小重复单位称为基元。原胞:在布拉伐格子中的最小重复区域称为原胞。晶胞:为了同时反应晶体的周期性和对称性,常常选取最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种单元称为晶胞。倒格子:分别以 b1,b2,b3, 作为基矢,构成的网格称作倒格子,其中布里渊区:在倒格子中,以某个倒格点作为原点,作出它到其他所有倒格点的矢量的垂直平分面,这些面将倒空间分割成有内置外的相等区域,称为布里渊区。五种晶体结合力方式: 离子结合和离子晶体: 共价结合和共价晶体:能把两个原子结合在一起的的一对为两个原子自旋相反配对的电子结构称为共价键。金属结合和金属晶体:作用力来自带正电原子实和负电电子云的吸引力,电子云重叠产生强烈的排斥作用的排斥力结合的称为金属晶体。

氢键结合和氢键晶体:氢原子同时与两个电负性较大的原子想结合,一个属于共价键,另一个通过库仑作用结合的称为氢键。范德瓦耳斯结合和分子晶体:靠电偶极矩的相互作用而结合的力称作范德瓦耳斯力。主要的晶体结构类型: 声子:晶格振动的一个频率为 wq 的格波等价于一个简谐振子的振动,其能量也可以表示为以下, Enl=(0.5+nhwq.能量单元是 hwq, 它是格波的能量量子,称之为声子。点缺陷:在一个或几个原子尺寸范围内的微观区域内,晶格结构发生偏离严格周期性而形成的畸变区域。面缺陷:如果晶体中周期性遭到破坏的区域形成一条线,称这种一维缺陷为线缺陷。刃型位错: 螺型位错: 半导体物理部分电子有效质量:在一维模型下,数学表达式 ,有效质量包含了内部势场各个方向的作用,内层电子能带越窄,有效质量越大,外层电子能带越宽,有效质量越小。有效质量的引进概括了半导体内部势场的作用,使得在解决电子在外力作用下运动规律时不涉及到内部势场的作用。空穴:空穴是在几乎被电子填满的的能带中,未被电子占据的少数空量子态,这些少的空量子态总是处于能带顶附近,空穴具有正的有效质量,带有正电荷,是一种载流子。