北京理工大学半导体物理复习解析
半导体物理题解题技巧
半导体物理题解题技巧导体和绝缘体之间的中间状态，半导体，在电子学领域中起着至关重要的作用。
学习半导体物理是理解和解决电子学问题的基础，但是由于该领域涉及复杂的理论和计算，对许多学生来说可能变得相当困难。
本文将介绍一些半导体物理题解题的技巧，希望能够帮助读者更好地掌握和应用这一领域的知识。
首先，对于半导体材料的基本特性，我们需要熟悉以下概念：掺杂、载流子、空穴和电子。
掺杂是指将杂质原子引入半导体晶体中，从而改变其导电性能。
掺杂分为两种类型：n型和p型，分别表示加入的杂质原子是电子供体或是电子受体。
载流子是指在半导体中传递电荷的粒子，包括电子和空穴。
空穴是半导体中带正电的载流子，它的运动类似于正电子的运动。
因此，理解这些基本概念对于解决半导体物理题目至关重要。
要解决半导体物理题目，我们需要掌握不同杂质浓度下的空穴和电子浓度的计算方法。
根据杂质原子的掺杂类型，我们可以利用三个公式进行计算。
首先是计算n型半导体中的空穴浓度。
在n型半导体中，杂质原子是电子供体。
我们可以使用公式nP = ni^2 / ND来计算空穴浓度nP，其中ni是半导体的本征载流子浓度，ND是掺杂杂质原子的浓度。
这个公式是根据质量动量守恒定律和电荷守恒定律推导出来的。
接下来是计算p型半导体中的电子浓度。
在p型半导体中，杂质原子是电子受体。
我们可以使用公式nN = ni^2 / NA来计算电子浓度nN，其中NA是掺杂杂质原子的浓度。
同样地，这个公式也是由质量动量守恒定律和电荷守恒定律推导出来的。
最后，当我们需要计算非平衡条件下的空穴和电子浓度时，我们可以使用公式n = n0 * exp(qV / (kT))和p = p0 * exp(-qV / (kT))。
其中，n和p分别表示非平衡条件下的电子和空穴浓度，n0和p0是平衡条件下的电子和空穴浓度，q是元电荷，V是外部应用的电压，k是玻尔兹曼常数，T是温度。
提供了这些计算空穴和电子浓度的公式，我们可以开始解决半导体物理题目。
(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。
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答案复习资料一、引言半导体物理是现代电子学中至关重要的一门学科，其涉及电子行为、半导体器件工作原理等内容。
为了帮助大家更好地复习半导体物理，本文整理了一些常见的复习试题及答案，以供大家参考和学习。
二、基础知识题1. 请简述半导体材料相对于导体和绝缘体的特点。
答案：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性。
与导体相比，半导体的电导率较低，并且在无外界作用下几乎不带电荷。
与绝缘体相比，半导体的电导率较高，但不会随温度显著增加。
2. 什么是本征半导体？请举例说明。
答案：本征半导体是指不掺杂任何杂质的半导体材料。
例如，纯净的硅（Si）和锗（Ge）就是本征半导体。
3. 简述P型半导体和N型半导体的形成原理。
答案：P型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量三价元素，如硼（B），使其成为施主原子。
施主原子进入晶格后，会失去一个电子，并在晶格中留下一个空位。
这样就使得电子在晶格中存在的空位，形成了称为“空穴”的正电荷载流子，因此形成了P型半导体。
N型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量五价元素，如磷（P）或砷（As），使其成为受主原子。
受主原子进入晶格后，会多出一个电子，并在晶格中留下一个可移动的带负电荷的离子。
这样就使得半导体中存在了大量的自由电子，形成了N型半导体。
4. 简述PN结的形成原理及特性。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体的结合所形成。
P型半导体和N型半导体在接触处发生扩散，形成电子从N区流向P区的过程。
PN结具有单向导电性，即在正向偏置时，电流可以顺利通过；而在反向偏置时，电流几乎无法通过。
三、摩尔斯电子学题1. 使用摩尔斯电子学符号，画出“半导体”的符号。
答案：半导体的摩尔斯电子学符号为“--..-.-.-...-.”2. 根据摩尔斯电子学符号“--.-.--.-.-.-.--.--”，翻译为英文是什么？答案：根据翻译表，该符号翻译为“TRANSISTOR”。
半导体物理复习资料全
第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯ 倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
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第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。
2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。
3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。
处在这些稳定状态的原子不辐射。
（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。
（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。
（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。
（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。
6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。
半导体物理第七章总结复习_北邮分析
第七章一、基本概念1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。
金属功函数：金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。
3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V sm D -=5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。
表面空间电荷区=阻挡层=势垒层6.电子阻挡层：金属功函数大于N 型半导体功函数（Wm>Ws ）的MS 接触中，电子从半导体表面逸出到金属，分布在金属表层，金属表面带负电。
半导体表面出现电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。
电场从半导体指向金属。
取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多，因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。
【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】7.电子反阻挡层：金属功函数小于N 型半导体功函数（Wm<Ws ）的MS 接触,电子从金属流向半导体,半导体表面带负电,金属表面带正电,电场方向指向半导体。
从半导体内到表面，能带下弯曲，半导体表面电子浓度比体内高（N 型反阻挡层）。
8.半导体表面势垒(肖特基势垒)高度:s m s D W W qV qV -=-=9.表面势垒宽度：10.半导体表面势: 取半导体体内为参考电位，半导体表面的势能Vs 。
11 .表面态: 在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应的能级称为表面能级。
表面态一般分为施主型和受主型两种。
若能级被电子占据时呈中性，施放电子后呈正电性，成为施主型表面态；若能级空着的时候为电中性，接收电子后带负电，则成为受主型表面态。
半导体物理课后习题解答说课讲解
半导体物理课后习题解答半导体物理习题解答1－1．（P 32）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 (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0223m k h ；m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。
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；④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
[解] ①禁带宽度Eg根据dk k dEc )(＝0232m kh ＋012)(2m k k h -＝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 h ； 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 ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝20248a m h ＝112828227106.1)1014.3(101.948)1062.6(----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n202022382322m h m h m h dk E d C =+=；∴ m n ＝022283/m dk E d h C= ③价带顶电子有效质量m ’02226m h dk E d V -=，∴0222'61/m dk E d h m Vn-== ④准动量的改变量h △k ＝h (k min -k max )= ah k h 83431=[毕]1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/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。
半导体物理考试重点 (1)剖析
半导体物理考试重点题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分一．名词解释1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。
2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。
3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。
4、多子、少子（1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。
（2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。
5、禁带、导带、价带（1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。
常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。
（2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，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，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带（3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带6、杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。
7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。
（2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级（3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级EF 之差。
10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
11、直/间接复合（1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。
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时能带图的变化；理想p-n结的电流电压特性的关系及其物 理含义 。
3. 推导与计算
同质p-n结的接触电势差的表达式 及其计算。
qVD EFn EFp
VD
1 q
(EFn
EFp )
k0T q
ln
NDNA ni2
n(x)
nn0
散电流：
Jn 漂 qn0 xn
Jn 扩
qDn
dn0 x
dx
Jn Jn 漂 Jn 扩 0
n0 x n
Dn
dn0 x
dx
n0 x
Nc
exp EF
qV x
k0T
Ec
dn0 x
dx
n0
x
q k0T
dV x
dx
Dn k0T n q
Dp k0T
p q
同时存在漂移和扩散的电流密度表达式 连续性方程
nq
J J n J p (nqn pq p ) E
nqn pq p
nqn pq p i ni q(n p )
第五章 非平衡载流子
1. 基本概念
非平衡载流子浓度、非平衡载流子寿命、准费米能级、 产生率、复合率、直接复பைடு நூலகம்、间接复合、俄歇复合、陷阱 效应。
2. 基本理论 非平衡载流子的注入理论；非平衡状态的载流子浓度 理论（准费米能级）；复合理论（间接复合的四个过 程）；非平衡载流子的扩散与漂移；半导体的电流连续 性方程。
pn
x
pn0
pn0
exp
qV k0T
1
exp
xn Lp
x
J
p (xn )
qDp
dpn (x) dx
qDp pn0
qV
(e k0T
1)
Lp
x xn
J Jn (xp ) J p (xp ) Jn (xp ) J p (xn )
( qDnni2
qD
p
ni2
)(e
qV k0T
J
Jp
Jn＝q p ( p
E
－ k0T q
d p dx
)
qn
(n
E
k0T q
d n ) dx
p t
Dp
2 p x2
p
E
p x
E
p p x
p
gp
n t
Dn
2n x2
n
E
n x
nn
E x
n
gn
第六章 p-n结
1. 基本概念 空间电荷区、耗尽层、接触电势差、势垒电容、扩
散电容、p-n结的三种击穿机制
半导体物理学
考试时间：1月30日 下午14:00-16:00
考试题型
• 1、填空： 6分 • 2、名词解释：15分 • 3、简答：24分 • 4、画图：10分 • 5、推导：20分 • 6、计算：25分
第一章 半导体的能带理论
1. 基本概念 共价键、闪锌矿结构、纤锌矿结构、共有化运动、
单电子近似、能带、价带、导带、禁带；导体、半导体、 绝缘体的能带；本征激发、空穴、电子空穴对；有效质 量；载流子及载流子浓度。
级在能带中的位置。
第三章 半导体中载流子的统计分布
1. 基本概念
热激发、复合、热平衡状态、热平衡载流子、状态 密度、费米分布函数、费米能级、玻尔兹曼分布函数、 多数载流子、少数载流子、非简并、简并。
2. 基本理论 载流子统计分布理论；杂质半导体的载流子浓度分布
及随温度的变化理论；简并半导体的载流子浓度分布理论； 简并化条件。
1)
导（价）带顶（底）对f(E) gc(E)dE进行积分，得到半导体中导 （价）带的载流子总数 6. 载流子总数/半导体体积=载流子浓度
n0
Nc
exp
EC EF k0T
Nc
exp
EF EC k0T
Nc
2
(2mn*k0T h3
)3
/
2
3
p0
2
2m*p k0T h3
2
exp(EV EF ) k0T
2. 基本理论
晶体中的电子共有化运动；有效质量的物理意义。
第二章 半导体中的杂质与缺陷能级
1. 基本概念 间隙式杂质、替位式杂质、杂质浓度；施主杂质、施
主能级、施主电离能、n型半导体；受主杂质、受主能级、 受主电离能、p型半导体；杂质补偿
2. 基本理论 实际半导体与理想半导体的主要区别；受主、施主能
NV
exp
EFp EV k0T
p0
exp
EF EFp k0T
ni
exp
Ei EFp k0T
n
p
n0 p0 exp
EFn EFp k0T
ni2
exp
EFn EFp k0T
3. 推导与计算 爱因斯坦关系式
• 考虑一处于热平衡的非均匀n型半导体，其中施主杂质浓度
随x增加而下降，则电子浓度n0(x)和空穴浓度p0(x)都是x的 函数，而且由于浓度梯度的存在，载流子会延x方向产生扩
exp
Ecn
E(x) k0T
nn0
exp
qV
(x) k0T
qVD
np0
nn0
exp
qVD k0T
p(x)
pn0
exp
qVD
qV (x) k0T
pp0
pn0
exp
qVD k0T
3. 推导与计算 pn (x理n ) 想ppn0-enx结p kq假0VT 设 p下p0 e肖xp克 q莱Vk方0TqV程D 的, 推导。
pn (xn )
pn (xn )
pn0
pn0
exp
qV k0T
1
Dp
d 2pn dx2
pn pn0
p
0
pn
x
pn
x
pn0
Aexp
x Lp
B exp
x Lp
，• LP =
Dp p
边界条件：
x , pn pn0
x
xn ,
pn ( xn )
pn0
exp
qV k0T
2. 基本理论
3. 推导与计算 载流子浓度和能级结构之间的关系
n0
p0
Nc Nv
exp
Ec Ev k0T
ni2
n0
Nc
exp
EC EFn k0T
p0
NV
exp(
EFp EV k0T
)
n0
Nc
exp
EC EFn k0T
n0
exp
EFn EF k0T
ni
exp
EFn Ei k0T
p0
p0
NV
exp(EV EF k0T
)
3
NV
2
2m*p k0T h3
2
第四章 半导体的导电特性
1. 基本概念 漂移运动、扩散运动、迁移率、扩散系数、电导率、载
流子的散射、声子、平均自由时间
2. 基本理论 半导体中载流子运动的欧姆定律；载流子的散射理论
与散射机构。
3. 推导与计算
vd
E
J nq E
3. 推导与计算
半导体载流子浓度计算关系式的推导：
1. 对导（价）带分为无限多无限小的能量间隔的情况有：E~(E+dE) 2. 量子态数：dZ=gc(E)dE 3. 载流子占据能量为E的量子态的概率f(E) 4. 在能量E~(E+dE)间有载流子数：f(E) gc(E)dE 5. 把所有能量区间中的载流子数相加，即从导（价）带底（顶）到