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 2

k 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 p

m n ；E n

E p ；k p

k 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 E

c；

h

2m*p

3/2

价带顶附近的状态密度：

1/2 g v(E) 4 V

3

E V E

h

§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/k0T

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 F

k0T

Boltzmann分布函数：fB(E)e ；

导带底、价带顶载流子浓度表达式：

E c

n0f B(E)g c(E)dE

E c

* 3 2

n0N c

E F E c

，N c

2 m n kT

导带底有效状态密度exp 2

h3

k0T

3

2

p0N v

E v E F

N v

2 m p k0T

exp

k0T

， 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 exp

E g的适用范

围。

k0T k0T

§3.3. 本征半导体的载流子浓度本征半导体概念；

n i n01 E g

本征载流子浓度：p0(N C N V)2exp ；

2k0T

载流子浓度的乘积n0 p0

2

n i；它的适用范围。

§3.4杂质半导体的载流子浓

度

电子占据施主杂质能及的几率

是f D(E)

1

1 E D E F

1 exp

2 k0T

空穴占据受主能级的几率是f A(E)

1

1 E F E A

1 exp

2k0T

施主能级上的电子浓度n D为：n D N D f D(E)

N D

1 E D E F

1 exp

2 k0T 受主能级上的空穴浓度p A为p A N A f A(E)

N A

1 E F E A

exp

1

2 k0T

电离施主浓度n D为：n D N D n D 电离受主浓度p A为：p A N A p A 费米能级随温度及杂质浓度的变化

§3.5一般情况下的载流子统计分布

§3.6.简并半导体

1、重掺杂及简并半导体概念；

2、简并化条件(n型)：E C E F0，具体地说：1）ND 接近或大于N

C

时简并；2）ΔE小，

D

则杂质浓度N D较小时就发生简并；3）杂质浓度越大，发生简并的温度范围越

宽；4）简并

时杂质没有充分电离； 5）简并半导体的杂质能级展宽为能带，带隙宽度会减小。

3、杂质能带及杂质带导电。

第四章半导体的导电性

§4.1载流子的漂移运动迁移率

欧姆定律的微分形式：J E；

漂移运动；漂移速度v d E；迁移率，单位m2/V s或cm2/V s；

不同类型半导体电导率公式：nq n pq p

§4.2. 载流子的散射.

半导体中载流子在运动过程中会受到散射的根本原因是什么？

主要散射机构有哪些？

电离杂质的散射：P i N i T 32

3

晶格振动的散射：P s T 2

§4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系

描述散射过程的两个重要参量：平均自由时间，散射几率P。他们之间的关系， 1

；

p 1、电导率、迁移率与平均自由时间的关系。