半导体物理学[第十二章半导体磁和压阻效应]课程复习
半导体物理复习试题及答案(复习资料)
半导体物理复习试题及复习资料一、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.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6.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7.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。
A. 直接B. 间接8. 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9. 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1/2B. 小于1/2C. 等于1/2D. 等于1E. 等于010. 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11. 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 0B. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥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 12. 金属和半导体接触分为：（ B ）。
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关系决定。
1.4本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
1.4空穴空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。
设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。
它引起的假想电流正好等于价带中的电子电流。
《半导体物理学》课程教学大纲
《半导体物理学》课程教案大纲一、课程说明（一）课程名称：《半导体物理学》所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）课程性质：专业课学分：学分（二）课程简介、目标与任务：《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。
通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。
本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。
通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。
（四）教材与主要参考书：［］刘恩科，朱秉升，罗晋生. 半导体物理学（第版）［］. 北京：电子工业出版社. .［］黄昆,谢希德. 半导体物理学［］. 北京：科学出版社. .［］叶良修.半导体物理学（第版）［］. 上册. 北京：高等教育出版社. .［］. . , ( .), , , .二、课程内容与安排第一章半导体中的电子状态第一节半导体的晶格结构和结合性质第二节半导体中的电子状态和能带第三节半导体中电子的运动有效质量第四节本征半导体的导电机构空穴第五节回旋共振第六节硅和锗的能带结构第七节族化合物半导体的能带结构第八节族化合物半导体的能带结构第九节合金的能带第十节宽禁带半导体材料（一）教案方法与学时分配课堂讲授，大约学时。
限于学时，第节可不讲授，学生可自学。
（二）内容及基本要求本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。
半导体物理复习25页PPT
3. 偿1个ND=1016cm-3的n-Si样品,需要掺入Zn的浓度为多少?(设 2.某E掺g=施1主.12杂e质V)的非简并Si样品，试求EF=（EC+ED）/2时施主的浓度。.
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
温
区
费米能级
载流子浓度
低 温
E F1 2E C E D 1 2k0 T ln 2 N N D ( C )
n0ND 2NC12e2kE0D T
中 温
EFECk0TlnN N (C D)
n0 ND
高
温
E F E i 1 2 E C E V 1 2k 0 T ln N N V C n0
p0ni
NN e 1 2
浅能级杂质的特点: 浅能级杂质的作用:
载流子浓度=(∫状态密度g(E) ×分布函数f(E)dE)/V
*状态密度=所掺施主杂质的浓度ND(E=ED) *状态密度=所掺受主杂质的浓度NA(E=EA)
重点：n0、p0、EF随掺杂浓度和温度的变化规律 方法： n0、p0、nD、PA + 电中性得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
复习题半导体物理学
复习题：半导体物理学引言：半导体物理学是研究半导体材料的电学和光学性质的科学学科。
半导体材料由于其特殊的能带结构，介于导体和绝缘体之间。
在半导体物理学中，我们研究电子行为、能带理论、掺杂效应和半导体器件等方面的内容。
本文将通过一系列复习题来回顾半导体物理学的相关知识。
一、电子行为：1. 什么是载流子？在半导体中有哪两种类型的载流子？在半导体中，带有电荷的粒子称为载流子。
一种是带负电荷的电子，另一种是带正电荷的空穴。
2. 什么是能带？能带理论是用来描述什么的？能带是指具有一定能量范围的电子能级分布。
能带理论用于描述电子在半导体中的分布和运动行为。
3. 什么是禁带宽度？它对半导体的导电性质有什么影响？禁带宽度是指能带中能量差最小的范围，该范围内的能级没有允许态。
禁带宽度决定了半导体的导电性能。
能带中存在禁带宽度时，半导体表现出绝缘体的性质；当禁带宽度足够小的时候，允许电子状态穿越禁带，半导体表现出导体的性质。
二、掺杂效应：1. 什么是掺杂？常见的掺杂元素有哪些？掺杂是指向纯净的半导体中引入少量杂质元素，以改变半导体的导电性质。
常见的掺杂元素有磷、锑、硼等。
2. 控制掺杂浓度的方法有哪些？掺杂浓度可以通过掺杂杂质元素的量来控制。
掺杂浓度越高，半导体的导电性越强。
3. P型和N型半导体有什么区别？P型半导体是指通过掺杂三价元素使半导体中存在过剩的空穴，空穴是主要的载流子。
N型半导体是指通过掺杂五价元素使半导体中存在过剩的电子，电子是主要的载流子。
三、半导体器件：1. 什么是PN结？它的主要作用是什么？PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构。
PN结的主要作用是将半导体材料的导电性质从P型区域传导到N型区域，形成电子流和空穴流。
2. 什么是二极管？它的特点是什么？二极管是PN结的一种常见应用。
它具有单向导电性，允许电流从P区域流向N区域，而阻止电流从N区域流向P区域。
3. 什么是晶体管？它的工作原理是怎样的？晶体管是由三个掺杂不同类型的半导体构成的器件。
半导体物理复习归纳
半导体物理复习归纳一、半导体的电子状态1、金刚石结构（Si、Ge）Si、Ge原子组成，正四面体结构，由两个面心立方沿空间对角线互相平移1/4个空间对角线长度套构而成。
由相同原子构成的复式格子。
2、闪锌矿结构（GaAs）3-5族化合物分子构成，与金刚石结构类似，由两类原子各自形成的面心立方沿空间对角线相互平移1/4个空间对角线长度套构而成。
由共价键结合，有一定离子键。
由不同原子构成的复式格子。
3、纤锌矿结构（ZnS）与闪锌矿结构类似，以正四面体结构为基础，具有六方对称性，由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成。
是共价化合物，但具有离子性，且离子性占优。
4、氯化钠结构（NaCl）沿棱方向平移1/2，形成的复式格子。
5、原子能级与晶体能带原子组成晶体时，由于原子间距非常小，于是电子可以在整个晶体中做共有化运动，导致能级劈裂形成能带。
6、脱离共价键所需的最低能量就是禁带宽度。
价带上的电子激发为准自由电子，即价带电子激发为导带电子的过程，称为本征激发。
7、有效质量的意义a.有效质量概括了半导体内部势场的作用（有效质量为负说明晶格对粒子做负功）b.有效质量可以直接由实验测定c.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。
8、测量有效质量的方法回旋共振。
当交变电磁场角频率等于回旋频率时，就可以发生共振吸收。
测出共振吸收时电磁波的角频率和磁感应强度，就可以算出有效质量。
为能观测出明显的共振吸收峰，要求样品纯度较高，且实验要在低温下进行。
9、空穴价带中空着的状态被看成带正电的粒子，称为空穴。
这是一种假想的粒子，其带正电荷+q，而且具有正的有效质量m p*。
10、轻/重空穴重空穴：有效质量较大的空穴轻空穴：有效质量较小的空穴11、间接带隙半导体导带底和价带顶处于不同k值的半导体。
二、半导体中的杂质和缺陷能级1、晶胞空间体积计算Si晶胞中有8个硅原子，每个原子看做半径为r的圆球，则8个原子占晶胞空间的百分数：立方体某顶角的圆球中心与距此顶角1/4体对角线长度处的圆球中心间的距离为2r，且等于边长为a的立方体体对角线长（a3）的1/4。
半导体物理_第6讲
严谨严格求实求是
物理磁阻效应 • 对于某种速度的载流子，若霍耳电场的作用与 洛仑兹力作用相抵消，则小于此速度的载流子 将沿霍耳电场方向偏转；大于此速度的载流子 将沿相反方向偏转。从而则沿外加电场方向运 动的载流子数目减少，电子率增大。
严谨严格求实求是
物理磁阻效应
• 载流子的运动方向与磁场方向及霍耳电场有关：
严谨严格求实求是
1
2
B
1
0
0
0
B 0 0 0 为零场电导率， B 为横向磁阻系数。
Z
RH 0 0 BZ H BZ
2 2 2
2
严谨严格求实求是
物理磁阻效应
严谨严格求实求是
物理磁阻效应
• 两种载流子时，即使不计入载流子速度的统计分布， 也显示出横向磁阻效应。 • 稳定时，电子和空穴在Y方向上的电流均不为0，而合 成电流仍沿外加电场方向，所以总的合成电流降低， 相当于电导率减少，电阻率增大。
• 取样品长度为l,宽度为b,厚度为d,因为 Ey=VH/b,Jx=Ix/bd ，代入公式中有，
I x Bx VH RH d VH d 有 R H＝ I x Bx
• VH称霍耳电压。测出电压，电流，磁通量及厚度， 就可得出霍耳系数
严谨严格求实求是
霍耳系数实验测量
严谨严格求实求是
两种载流子同时导电
半导体物理学
光源与照明
严谨严格求实求是
第十二章 半导体磁场影响和压阻效应
• 霍耳效应 • 磁阻效应
严谨严格求实求是
§12.1 霍耳效应
• Hall effect • 如图所示，把通过电流的半导体放在均匀磁场中，设 电场沿x方向，电场强度为Ex;磁场方向和电场垂直， 沿Z方向，磁感应强度为BZ，则将产生一个新的横向 电场Ey，此电场垂直于电场及磁场的＋y或-y方向。 这一现象称之为霍耳பைடு நூலகம்应。
半导体物理导论复习资料
半导体物理导论复习资料半导体物理导论复习资料半导体物理是现代电子学的基础，理解半导体物理的原理对于电子工程师和科学家来说至关重要。
本文将回顾半导体物理的一些重要概念和原理，帮助读者复习和加深对这一领域的理解。
1. 半导体的基本特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，具有一些独特的物理特性。
首先，半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，这意味着它既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。
其次，半导体的电导率可以通过控制外界条件（如温度、施加电场等）来调节，这使得半导体具有可调控性和可变性。
2. 禁带和载流子半导体中的电子和空穴是半导体中的两种载流子。
禁带是指半导体中的能带结构，它将电子的能级分成导带和价带。
导带是电子能量较高的能级，而价带是电子能量较低的能级。
禁带宽度是导带和价带之间的能量差，决定了半导体的导电性能。
3. pn结和二极管pn结是由n型半导体和p型半导体结合而成的。
n型半导体中的电子浓度较高，p型半导体中的空穴浓度较高。
当两者结合时，电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽层。
耗尽层中没有可自由移动的载流子，因此形成了一个电势垒。
这个电势垒可以阻止电流的流动，从而实现了二极管的整流功能。
4. 势垒高度和反向击穿势垒高度是指pn结中电势垒的高度，它决定了二极管的导电性能。
当外加电压使势垒高度增加时，二极管的导电性能会减弱。
反向击穿是指当外加电压超过一定值时，势垒高度会被突破，电流会快速增加。
这种现象可以用来制作稳压二极管和击穿二极管等电子元件。
5. MOSFET和CMOS技术MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的缩写，是现代集成电路中最常用的晶体管结构。
MOSFET的导电性能可以通过调节栅极电压来控制，因此具有高度可调控性和低功耗特性。
CMOS技术是一种基于MOSFET的集成电路制造技术，被广泛应用于数字电路和微处理器的制造。
6. 光电效应和光电器件光电效应是指当光照射到半导体材料上时，会激发出电子和空穴，产生电流。
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第十二章半导体磁和压阻效应
12．1 理论概要与重点分析
(1)把通有电流的半导体放在磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上会产生横向电场，这个现象称为霍尔效应。
横向电场称为霍尔电场。
霍尔效应的实质是带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力作用的结果。
实验测定表明：霍尔电场Ey与电流密度j
x 和磁感应强度B
z
成正比，即
E
y -R
H
j
x
B
z
(12．1)
比例系数R
H 称为霍尔系数。
对于不同的材料，其弱场霍尔系数R
H
如表12-1所示。
利用霍尔效应可以判断半导体材料的导电类型，测量半导体的载流子浓度和迁移率。
低温下霍尔效应试验还是研究半导体材料补偿度和杂质电离的有效方法。
利用霍尔效应可制成霍尔器件，且由于霍尔器件可在静止状态下感受磁场，多数载流子工作，响应频率宽、寿命长、可靠性高，因而得到广泛的应用。
(2)在磁场的作用下，半导体的电阻要增大，这种效应称为磁阻效应。
它可分为两种，一种是半导体的电阻率随磁场增大而增大，这种效应称为物理磁阻效应。
另一种磁阻效应与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，这种效应称为几何磁阻效应。
若磁场和外加电场相互垂直时，产生的磁阻效应称为横向磁阻效应。
通常用电阻率的相对改变形容磁阻。
(4)光磁电效应：用能被半导体强烈吸收的光照射，在半导体表面薄层产生光生载流子，电子和空穴均向内部做扩散运动，再把样品置于与入射光垂直的磁场中，在垂直于磁场和载流子扩散方向产生横向电场，这种现象称为光磁电效应。
产生电场的原因是磁场使向同一方向扩散的电子和空穴，分别向横向两端偏转形成的。
光磁电效应，可用来测量短寿命半导体的非子寿命和制作红外探测器。
(5)压阻效应是指应变引起半导体的电阻率变化。
其物理原因在于，应变使
半导体能带结构发生变化。
对于导带为多能谷的半导体材料(如n-Si，n-Ge的导带，极值点分别在<100>和<111>的多个对称方向上，极值附近的等能面为多个旋转椭球面)，单轴应力引起晶体各向异性应变，使导带中各个等同能谷相对位置发生变化，引起电子在各能谷中的重新分布，从而改变载流子的迁移率，即改变了半导体电阻率。
半导体在液体静压强作用下，晶体对称性不受影响，仅使能带极值发生移动而使禁带宽度发生变化。
禁带宽度的变化引起载流子浓度的变化，因而使电阻率变化。
p型硅中观察到较显著的压阻效应，是由于各向异性应力解除了能带简并，使轻、重空穴带中载流子重新分布。
由于轻、重空穴迁移率不同，重新分布后的总迁移率发生变化，即使空穴总数保持不变，也会使电阻率发生变化。
利用半导体的压阻效应可以制作各种力敏感器件，而得到广泛应用。