吉大《半导体光电子学》期末复习纲要
(完整word版)半导体物理知识点总结.doc
一、半导体物理知识大纲核心知识单元 A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）半导体中的电子状态（第 1 章）半导体中的杂质和缺陷能级（第 2 章）核心知识单元 B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的计算方法）半导体中载流子的统计分布（第 3 章）半导体的导电性（第 4 章）非平衡载流子（第 5 章）核心知识单元 C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）半导体光学性质（第10 章）半导体热电性质（第11 章）半导体磁和压阻效应（第12 章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态本章各节内容提要：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。
吉林大学模拟电子电路复习提纲
2015级复习提纲
第一章二极管电路
1）P型、N型半导体特点；单向导电性；特性曲线；
2）理想模型分析，电路输入输出波形。
第二章三极管电路
1）放大条件；输入、输出特性曲线；直流负载线和交流负载线的作用；共发射极和共集电极放大的特点；多级放大中的放大倍数的关系，输入电阻，输出电阻，前后级放大电路之间的关系。
2）共发射极放大和共集电极放大的静态分析：会画直流通路，求解Q点；动态分析：会画交流通路，H参数小信号模型，会求解放大倍数，输入电阻，输出电阻；
3）多级放大电路的求解：放大倍数，输入电阻，输出电阻。
第四章功率放大电路
1）三种类型功放特点；
2）乙类互补放大电路的输出功率、管耗、电源供给的功率、效率、静态功耗；互补管子极限参数的确定。
注意有效值求解。
第五章集成运算放大电路
1）电流源的作用；差分放大电路的作用，对差模信号和共模信号的不同作用；
2）四种类型差分放大电路的求解：差模放大倍数，共模放大倍数，差模输入电阻和输出电阻；
3）多级放大电路的求解：放大倍数，输入电阻，输出电阻。
第六章负反馈放大电路
1）会判断反馈类型：正反馈和负反馈，电压反馈和电流反馈，串联反馈和并联反馈；负反馈的作用和影响；四种类型负反馈的物理量和含义；深度负反馈条件；虚短和虚断；
2）深度负反馈下四种类型负反馈的近似计算：反馈系数，闭环放大倍数，闭环电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。
第七章模拟信号的运算和处理
会利用虚短和虚断计算输出电压。
第八章信号产生电路
1）正弦波产生振荡的条件；基本组成电路；
2）RC桥式正弦振荡电路的各部件的作用分析；可产生振荡的原因和条件；稳幅方法；
振荡频率。
半导体器件物理复习纲要word精品文档5页
第一章 半导体物理基础能带：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？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及引入空穴的意义。
1-4、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：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。
试求：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。
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、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。
空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。
1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。
半导体物理学期末总复习
半导体物理器件在传感与检测领域中的应用
发展趋势
了解半导体物理器件的发展趋势，包括更高性能、更低功耗、更小体积等。
面临的挑战
分析半导体物理器件在发展中面临的挑战，包括工艺复杂度、成本、可靠性等。ຫໍສະໝຸດ 半导体物理器件的发展趋势与挑战
THANK YOU.
谢谢您的观看
半导体激光器
介绍半导体激光器的原理、结构、制造工艺和应用，包括分布反馈式激光器、布拉格光栅激光器等。
半导体物理器件在光电子中的应用
介绍半导体传感器的基本原理、分类、应用和制造工艺，重点了解气体传感器和生物传感器。
半导体传感器
介绍半导体检测器的基本原理、分类、应用和制造工艺，包括光电检测器、热电检测器等。
半导体二极管及其特性
半导体二极管伏安特性
半导体二极管的伏安特性曲线反映了二极管在不同电压下的电流密度和电阻率，从而表现出单向导电性。
半导体二极管温度特性
半导体二极管的温度系数表示温度对二极管电压的影响，温度升高会使二极管正向电压降低。
双极型晶体管结构
01
双极型晶体管由三个半导体材料区域组成，两个P型区域和一个N型区域，通过三个区域的组合和连接形成NPN或PNP结构。
双极型晶体管及其特性
双极型晶体管的电流放大效应
02
双极型晶体管的基极电流对集电极电流的控制作用称为电流放大效应，这种效应是双极型晶体管的核心特性。
双极型晶体管的击穿特性
03
双极型晶体管在特定电压和电流条件下会发生击穿，导致电流突然增加，失去单向导电性。
场效应晶体管结构
场效应晶体管的电压控制特性
场效应晶体管的频率特性
双极型晶体管的模型与仿真
场效应晶体管的模型与仿真
光电子复习提纲汇总
《光电子学》复习讲义2014第一部分：光电物理基础【1】基本概念1)本征吸收：半导体吸收一个能量大于禁带宽度Eg的光子，电子由价带跃迁到导带，这样的过程称为本征吸收。
2)激子吸收：在半导体中受激电子与空穴构成的新系统可以看成一种“准粒子”，并称之为激子。
激子可以通过所含电子和空穴的复合而辐射光子和声子，其中能发射光子的激子复合过程对提高发光效率有很大的实用意义。
3)杂质吸收：杂质吸收有三种情况，1：从杂质中心的基态到激发态的激发可以引起线状吸收谱。
2：电子从施主能级到导带或从价带到受主能级的吸收跃迁。
3：从价带到施主能级或从被电子占据的受主能级到导带的吸收跃迁。
4)费米能级的概念：P225)热平衡状态下本征和杂质半导体的费米能级图1-14 P246)非平衡态载流子的产生、复合图1-157)直接复合：自由电子直接由导带回价带与空穴复合8)间接复合：自由电子和空穴通过晶体中的杂质、缺陷在禁带中复合9)非本征吸收：包括杂质吸收自由载流子吸收激子吸收晶格吸收10)本征发光：导带电子和价带空穴复合所产生的发光现象11)激子发光：激子在运动过程中，将能量从晶体的一处运输到另一处，电子空穴复合发光的过程称为激子发光。
12)杂质发光：杂质发光有三种发光方式，1：电子从导带到施主能级或从受主能级到价带的跃迁，主要是无辐射跃迁。
2:电子从导带到受主能级或从施主能级到价带。
3：施主受主对的辐射跃迁13)内光电效应：表现为光电导和光生伏特效应。
14)外光电效应：即光电子发射效应（金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出的现象）15)金属逸出功：电子从金属中逸出需要的最小能量16)电子亲和势：导带体上的电子向真空逸出时所需要的最小能量17)光电发射第二定律：光电发射体发射的光电子最大动能随入射光频率的增大而线性增加，与入射光强无关。
18)辐射度量:与物理学对电磁辐射度的规定完全一致，适用于整个电磁波段19)光度量：以人的视觉特性为基础建立，只适用于可见光波段20)偏振光及偏振度：振动方向与传播方向不对称性叫做偏振，具有偏振性的光叫做偏振光。
半导体器件物理复习指导纲要.doc
4•导出NPN缓变基区晶体管：
1）基区的缓变杂质分布引入的自建电场:
2）基区内电子分布（3-55）：
3）电流（3-56）：
4）基区输运因子（3-59）：
解:1•教材P112-113推导
2•学习指导
5.利用和Z间的关系证明：o
证明：
比较，有：
06.根据基区电荷控制方程导出：（3-98）。
解：详见学习指导
%1.《半导体器件物理学习指导》孟庆巨编 吉林大学国家精品课程 网站一半导体器件物理
四•学生作业
五…历年期末试题
六.历年吉林大学微电了学与固体电了学专业攻读硕士学位研究生入 学试题及复试试题
第二章PN结
一.基本概念与问题解释(37个)
PN结同质结异质结O同型结O异型结O高低结金属-半导体结 突变结线性缓变结单边突变结空间电荷区中性区耗尽区耗尽 近似势垒区少子扩散区扩散近似正向注入反向抽取正偏复合 电流反偏产牛电流隧道电流产纶隧道电流的条件隧道二极管的 主要特点过渡电容(耗尽层电容)扩散电容等效电路反向瞬变 电荷贮存贮存电荷隧道击穿雪崩击穿 临界电场雪崩倍增因子 雪崩击穿判据
※乞导出基区穿通电压
解：见学习指导
三重要图、表（8个）
1.画出图3.6并根据图3-6说明BJT的放大作用。
解:教材P98-99
2.画出BJT电流分量示意图3.7,写出各极电流及极电流之间关系公 式。（3T）~ （3-4）。
解：教材P100
3.解释图3.13中的电流增益随集电极电流的变化。
解答：1•学习指导
2.学生作业
2-19（补）解答:学生作业。
五更高能力考察问题（3个）
1.利用少子分布示意图2-22定性解释PN结反向瞬变现象。
半导体复习提纲.
第一章、第二章1.能带理论的基本假定是什么？①绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。
多粒子问题→多电子问题。
②平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。
③周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动的问题。
2.用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。
对于满带（价带）,其中能级已被电子占满,在外电场的作用下满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献。
对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，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，形成了电流，起导电作用，我们称之为导带。
金属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到违背电子占据的能级，所以金属是良好的导体。
绝缘体和半导体类似，下面都是已被电子占满的满带（价带），中间是禁带，上面是空带（导带），所以在热力学零度时，在外电场的作用下并不导电。
当外界条件变化时，就有少量电子被激发到空带上去，使能带处于几乎为满或几乎为空的状态，在半导体中，价带顶产生的空的量子状态也称为空穴，相当于正电荷的导电作用，电子和空穴在外场作用下就会参与导电。
而绝缘体只是禁带宽度太大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下，激发上去的电子很小，导电性差。
3.解释直接带隙和间接带隙半导体直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。
性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。
间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。
性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子，变成热能释放掉。
4.什么是施主杂质，受主杂质？施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质；受主杂质：III族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称他们为受主杂质会p型杂质。
2010年博士《半导体光电子学》考试复习大纲
2010年博士《半导体光电子学》考试复习大纲
一、考试性质
《半导体光电子学》是研究在半导体中电子与光子相互作用、电子与光子能量相互转换以及由此所产生的对光信息科学和激光科学有重要意义的光电子器件。
《半导体光电子学》是光子学、半导体科学和电子学等多学科的交叉与综合，也是应用较广的一门科学。
考生应对《半导体光电子学》的基础理论，半导体激光器，半导体光探测器的基本原理、性能等方面的知识和概念有清晰的了解。
二、考试形式与试卷结构
1．答卷方式：闭卷、笔试
2．答题时间：150分钟
3．考试内容范围：
本课程的指定参考书为黄德修编著的《半导体光电子学》（1989年电子科技大学出版社第一版第一次印刷，1994年第二次印刷）。
除该书第6章免考外，其它七章均应在考试范围之内。
考试内容以阐明有关物理概念为主，同时也应掌握能说明重要概念、原理的教学表达式。
攻读博士学位的考生应对本教材有更深刻的理解。
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第一章：
基本概念与名词解释
1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等；
2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率；
3、原子、分子的微观结构，固体的能带；
4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式；
5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射；
6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽；
第二章：
基本概念与名词解释
１、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、
负温度、激活介质、增益饱和；
２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程；
３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。
理论推导与证明
1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）；
2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）；
3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）；
4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
第三章：
基本概念与名词解释
１、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度；
２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔；
３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间
烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。
理论推导与证明
1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）；
2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）；
3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）；
4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9）
5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。
第四章：
基本概念与名词解释
１、光波导的几个基本概念：平板波导、矩形波导、光纤、
导模、辐射模、阶跃型光纤、渐变型光纤、子午线、子午面、斜光线、吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗、材料色散、波导
色散、模间色散。
理论推导与证明
1、全反射的相移（式4-1-9，4-1-10）；
2、模方程（式4-2-5）；
3、导模的截止条件，包括模式数量、截止频率、截止厚度、单模的厚度条件（式4-2-9，4-2-10，4-2-11，4-2-13）；
4、阶跃型光纤的数值孔径（式4-5-7）；
5、阶跃型光纤中子午线的最大时延差（式4-5-14）；
6、渐变型光纤的数值孔径（式4-5-31）；
7、光纤中的群速度与时延差（式4-7-9）；
8、光纤中的材料色散导致的时延差（式4-7-17）。
第五章:
基本概念与名词解释
１、有关光吸收的几个基本概念：本征吸收、晶格振动吸收、自由载流子吸收、激子吸收、杂质吸收；
２、光探测的一些基本效应：光电效应、光热效应、外光电效应、光电导效应、光电导驰豫、逸出功、电子亲和势、光伏效应、热释电效应、测辐射热计效应、温差电效应、帕尔帖效应、塞贝克效应、汤姆逊效应。
第六章：
氦氖激光器的工作原理
第八章：
基本概念与名词解释
1、光波调制的几个基本概念：介电张量、双折射、折射率椭球、线性电光调制；
2、声光效应的几个基本概念：应力二阶张量、应变二阶张量、喇曼奈斯衍射、布拉格衍射。
3、磁光效应的基本概念
理论推导与证明
1、推导电场作用下晶体的折射率椭球方程和在新主轴坐标系下的主折射率；
2、电光相位延迟；
3、横向和纵向振幅调制的推导。