浙江大学2005年研究生入学考试复习提纲450半导体物理学
半导体器件物理复习指导纲要.doc
半导体器件物理复习指导纲要半导体器件物理复习指导纲要说明：1.《半导体器件物理复习指导纲要》（以下简称《纲要》）是为吉林大学电子科学与工程学院本科生准备《半导体器件物理》课程的学期末考试所提供的参考资料。
2.《纲要》也可作为吉林大学微电子学与固体电子学专业攻读硕士学位研究生入学考试参考资料。
作为研究生入学考试将出现百分之五〜百分之十的更高能力考察题，这些题可能出现也可能没有出现在《纲要》中。
3.本科生的学期末考试将不考察《纲要》中所出现的〃更高能力考察题〃（※题）。
4.试题可能在《纲要》原题基础上略加变化。
5.0题-自《纲要》发布起两年内两年（含当年）不考试。
6.为适应不断深入的教学改革的需要，《纲要》的内容可能每年有所变化。
变化将在国家精品课程《半导体器件物理与实验》网站《论坛》中通知。
7.《纲要》仅为参考资料，错误之处请谅解并欢迎指正。
复习内容%1.基本概念与问题解释%1.主要理论推导与命题证明%1.主要图、表%1.重要习题解答%1.更高能力考察问题（包括※题）参考资料%1.孟庆巨刘海波孟庆辉著《半导体器件物理》科学出版社2005.1 第一次印刷〜2007. 3第三次印刷%1.学生课堂笔记%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%1.学生作业%1..历年期末试题%1.历年吉林大学微电子学与固体电子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%1.基本概念与问题解释(37个)PN结同质结异质结。
同型结。
异型结。
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生电流隧道电流产生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利用热平衡费米能级恒定的观点分析PN结空间电荷区的形成。
半导体物理学复习指导
2014-3-19
半导体物理考前复习（第七章）
MS结构、功函数、接触电势差、表面势；
金属-半导体接触后能带结构的变化（n型和p型，Wm>Ws和Wm<Ws）; 阻挡层、反阻挡层、能带弯曲情况（P191-193）；
表面态及类型；
MS结构在偏压下的接触电势差变化和单向导电性（即整流效应）； MS结构扩散理论适用条件（势垒宽度远大于平均自由程）及伏安特性；
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半导体物理考前复习
3、第四章有关计算（载流子浓度、杂质浓度，电导率）：
载流子寿命测量的方法；
热平衡状态的标志——统一的费米能级； 非平衡状态下的费米能级特点——导带和价带费米能级不重合——准费
米能级，但各自适用；
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半导体物理考前复习（第五章）
准费米能级偏移平衡态费米能级的程度受非平衡载流子浓度的影响规
律—多数载流子准费米能级偏离少，少数载流子费米能级偏移多（P132）； 复合理论（概念、分类、产生率、复合率、复合中心、有效复合中心的
极值点代入准动量公式，得准动量变化量；
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半导体物理考前复习
2、第三章有关计算（载流子浓度、温度、杂质浓度）： 判断是否是平衡态，是否满足非简并条件； 判断半导体类型，判断本征浓度是否可忽略； 熟记常用公式； 运用相关公式变形，求出未知量； 1 E f (E) f B ( E ) A exp( ) E EF k0T 1 exp( ) k0T
外加电压下势垒区内载流子的运动方向、能带结构的变化、单向导电性；
理想pn结模型及其电流电压方程：（模型4要点、电流电压计算步骤）； 单向导电性和温度对方向电流的影响（正相关、禁带宽度大，变化快）；
半导体物理学复习纲要
练习1
1。写出三种立方单胞的名称，并分别计算 单胞中所含的原子数。 （简立方，体心立方，面心立方，1，2，4）
2. 计算金刚石型单胞中的原子数。
（8）
练习2
1、简化能带图，指出各符号意义。
2、什么是载流子？金属和半导体中载流子分别是 什么？ 材料中荷载电流的粒子，金属中为电子，半导体 中为电子和空穴
第四章
第四节 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 • 电阻率和杂质浓度的关系 • 电阻率随温度的变化 第六节 强电场下的效应、热载流子 • 欧姆定律的偏移 • 平均漂移速度与电场强度的关系 第七节 多能谷散射 耿氏散射 • 多能谷散射、 体内负微分电导 • 高场畴区及耿氏振荡
练习6
• 图中C是空穴电流方向，问A、B、D中哪个 是电子漂移方向？哪个是电子电流方向？ 哪个是空穴漂移方向？
第1章 半导体中的电子状态
要求1-7节
1.1 半导体的晶格结构和结合性质 1.2 半导体中的电子状态和能带 1.3 半导体中电子的运动 有效质量 1.4 本征半导体的导电机构 空穴 1.5 回旋共振 1.6 硅和锗的能带结构 1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 1.8 Ⅱ-Ⅵ族公合物半导体的能带结构 1.9 SI1-xGex合金的能带 1.10 宽禁带半导体材料
1、T>0K时，电子占据费米能级的概率是（ 1/2 ）。
Chap4 载流子的输运现象
（5-6不要求）
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7
载流子的漂移运动，迁移率 载流子的散射 迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 玻尔兹曼方程 电导率的统计理论 强电场效应 热载流子 耿氏效应 多能谷散射
第五章 非平衡载流子（要求1-7）
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。
半导体物理总复习资料
半导体物理学复习资料
第一章
一、基本概念
1. 能带，允带，禁带，K空间的能带图 能带: 在晶体中可以容纳电子的一系列能级 允带：分裂的每一个能带都称为允带。 禁带：晶体中不可以容纳电子的一系列能级 K空间的能带图：晶体中的电子能量随电子波矢k
2。受主杂质，受主能级，受主杂质电离能
受主杂质：能够能够接受电子而在价带中产生空穴，并形 成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主杂质的半导 体叫P型半导体。
受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能 级EA，受主能级位于离价带低很近的禁带中。 受主杂质电离能：价带顶EV与受主能级EA的能量之差 EA=EV-EA就是受主杂质的电离能。受主杂质未电离时是 中性的，电离后成为负电中心
Байду номын сангаас
3.电子的有效质量
（1） 晶体中的电子在外加电场作用下，电子除受外电场 的作用力，还受到内部原子核和其它电子的作用力，但 内部势场的作用力难以精确确定。电子的有效质量将晶 体导带中电子的加速度与外加作用力联系起来，电子有 效质量概括了晶体中内部势场对电子的作用力。这样仍 能用经典力学的方法来描述晶体中电子运动规律。即：
4. 半导体的电阻率（或电导率）与那些因素有关
n型半导体 p型半导体 本征半导体
nqn ,
1
nq n
pq p ,
1
pq p
ni qn
半导体物理学复习提纲(重点)教学提纲
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*2nk E k E m 2h -0=； 半导体中电子的平均速度dEv hdk=； 有效质量的公式：222*11dk Ed 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*1/232()4ncc m g E VE E h π=-；价带顶附近的状态密度：()()3/2*1/232()4p v Vm g E V E E hπ=-§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。
半导体物理学复习提纲（重点）
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E(k)~k 关系Ek h 2k 2 导带底和价带顶附近的 -E0= * ； 2m n 半导体中电子的平均速度 v dE ；hdk 1 1 2有效质量的公式： dE* 2 2。
m n h dk §1.4本征半导体的导电机构空穴空穴的特征：带正电；m pm n ；E nE p ；k pk n§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。
§2.2Ⅲ—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 ；*3/2导带底附近的状态密度：2m n1/2 g c(E) 4 V 3 E Ec；h2m*p3/2价带顶附近的状态密度：1/2 g v(E) 4 V3E V Eh§3.2费米能级和载流子的浓度统计分布Fermi分布函数：f(E)1；1exp EE F/k0TFermi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E F是系统的化学势；2）E F可看成量子态是否被电子占据的一个界限。
3）E F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。
E E Fk0TBoltzmann分布函数：fB(E)e ；导带底、价带顶载流子浓度表达式：E cn0f B(E)g c(E)dEE c* 3 2n0N cE F E c，N c2 m n kT导带底有效状态密度exp 2h3k0T32p0N vE v E FN v2 m p k0Texpk0T， 2 3 价带顶有效状态密度h载流子浓度的乘积n0p0N C N V exp E C E V N C N V expE g的适用范围。
半导体物理考试复习资料
半导体物理考试复习资料半导体物理考试复习资料概念题：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。
③导带与价带间的能隙（Energy gap ）称为禁带（forbidden band ）.禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。
④当原⼦数很⼤时，导带、价带内能级密度很⼤，可以认为能级准连续。
4、晶体中电⼦运动状态的数学描述：⾃由电⼦的运动状态：对于波⽮为k 的运动状态，⾃由电⼦的能量E ，动量p ，速度v 均有确定的数值。
因此，波⽮k 可⽤以描述⾃由电⼦的运动状态，不同的k 值标志⾃由电⼦的不同状态，⾃由电⼦的E 和k 的关系曲线呈抛物线形状，是连续能谱，从零到⽆限⼤的所有能量值都是允许的。
晶体中的电⼦运动：服从布洛赫定理：晶体中的电⼦是以调幅平⾯波在晶体中传播。
这个波函数称为布洛赫波函数。
求解薛定谔⽅程，得到电⼦在周期场中运动时其能量不连续，形成⼀系列允带和禁带。
⼀个允带对应的K 值范围称为布⾥渊区。
5、⽤能带理论解释导带、半导体、绝缘体的导电性。
6、理解半导体中求E （k ）与k 的关系的⽅法：晶体中电⼦的运动状态要⽐⾃由电⼦复杂得多，要得到它的E （k ）表达式很困难。
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1．考研建议参考书目
刘恩科等著《半导体物理学》，国防工业出版社; 或西安交通大学出版社ISBN 7-5605-1010-8/TN.54。
2．基本要求
（1）掌握半导体中的电子状态和能带；本征半导体中的导电机构和空穴；半导体中电子的运动和有效质量；硅和锗的能带结构和Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体的能带结构。
（2）掌握半导体中杂质和缺陷能级；重点掌握硅、锗晶体中的杂质能级和Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级。
（3）掌握半导体中载流子的统计分布理论以及简并半导体的基础理论；并掌握本征半导体和杂质半导体的载流子浓度和一般情况下的载流子统计分布。
（4）掌握半导体的导电性理论；载流子的散射；迁移率、电阻率及其杂质浓度和温度的关系；强电场下的热载流子效应和耿氏效应。
（5）掌握非平衡载流子的注入、复合、寿命；准费米能级；复合理论。
并掌握载流子的扩散运动；漂移运动和爱因斯坦关系式及连续性方程。
（6）掌握p-n结及其能带图，p-n结电流电压特性，p-n结电容和p-n结击穿与隧道效应的基础知识。
（7）掌握金属与半导体的接触及其能带图；金属半导体接触整流理论基础知识。
（8）掌握半导体表面和表面电场效应；MIS结构的电容－电压特性，硅－二氧化硅系统的性质。
掌握异质结及其能带图，异质结的电流输运机构基础知识。