半导体物理知识点梳理
半导体物理知识点
半导体物理知识点1.前两章：1、半导体、导体、绝缘体的能带的定性区别2、常见三族元素：B(硼)、Al、Ga(镓)、In(铟)、TI(铊)。
注意随着原子序数的增大，还原性增大，得到的电子稳固，便能提供更多的空穴。
所以同样条件时原子序数大的提供空穴更多一点、费米能级更低一点常见五族元素：N、P、As(砷)、Sb(锑)、Bi(铋)3、有效质量,m(ij)=hbar^2/(E对ki和kj的混合偏导)4、硅的导带等能面，6个椭球，是k空间中[001]及其对称方向上的6个能量最低点，mt是沿垂直轴方向的质量，ml是沿轴方向的质量。
锗的导带等能面，8个椭球没事k空间中[111]及其对称方向上的8个能量最低点。
砷化镓是直接带隙半导体，但在[111]方向上有一个卫星能谷。
此能谷可以造成负微分电阻效应。
2.第三章载流子统计规律:1、普适公式ni^2 = n*pni^2 = (NcNv)^0.5*exp(-Eg/(k0T))n = Nc*exp((Ef-Ec)/(k0T))p = Nv*exp((Ev-Ef)/(k0T))Nv Nc与 T^1.5成正比2、掺杂时。
注意施主上的电子浓度符合修正的费米分布，但是其它的都不是了，注意Ef前的符号！nd = Nd/(1+1/gd*exp((Ed-Ef)/(k0T)) gd = 2 施主上的电子浓度nd+ = Nd/(1+gd*exp((Ef-Ed)/(k0T)) 电离施主的浓度na = Na/(1+1/ga*exp((Ef-Ea)/(k0T)) ga = 4 受主上的空穴浓度na- = Na/(1+ga*exp((Ea-Ef)/(k0T)) 电离受主浓度3、掺杂时，电离情况。
电中性条件： n + na- = p + nd+N型的电中性条件： n + = p + nd+(1)低温弱电离区：记住是忽略本征激发。
由n = nd+推导，先得费米能级，再代入得电子浓度。
Ef从Ec和Ed中间处，随T增的阶段。
(完整word版)半导体物理知识点及重点习题介绍(良心出品必属精品)
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。
1.3导带与价带1.4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。
1.5本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
1.6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。
1.7空穴是如何引入的，其导电的实质是什么？答：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。
这样引入的空穴，其产生的电流正好等于能带中其它电子的电流。
所以空穴导电的实质是能带中其它电子的导电作用，而事实上这种粒子是不存在的。
1.8 半导体的回旋共振现象是怎样发生的（以n型半导体为例）答案：首先将半导体置于匀强磁场中。
一般n型半导体中大多数导带电子位于导带底附近，对于特定的能谷而言，这些电子的有效质量相近，所以无论这些电子的热运动速度如何，它们在磁场作用下做回旋运动的频率近似相等。
当用电磁波辐照该半导体时，如若频率与电子的回旋运动频率相等，则半导体对电磁波的吸收非常显著，通过调节电磁波的频率可观测到共振吸收峰。
这就是回旋共振的机理。
1.9 简要说明回旋共振现象是如何发生的。
半导体样品置于均匀恒定磁场，晶体中电子在磁场作用下运动运动轨迹为螺旋线，圆周半径为r ，回旋频率为当晶体受到电磁波辐射时， 在频率为 时便观测到共振吸收现象。
半导体物理考研知识点归纳
半导体物理考研知识点归纳半导体物理是研究半导体材料的物理性质及其在电子器件中的应用的学科。
在考研中，半导体物理的知识点主要包括以下几个方面：1. 半导体的基本性质- 半导体材料的分类，包括元素半导体和化合物半导体。
- 半导体的能带结构，包括导带、价带以及禁带的概念。
- 半导体的载流子类型，即电子和空穴。
2. 半导体的掺杂- 掺杂原理，包括n型和p型掺杂。
- 掺杂对半导体电导率的影响。
- 杂质能级和费米能级的移动。
3. 半导体的载流子运动- 载流子的漂移和扩散运动。
- 载流子的迁移率和扩散常数。
- 霍尔效应及其在半导体中的应用。
4. pn结和半导体器件- pn结的形成原理和特性。
- 正向和反向偏置下的pn结特性。
- 金属-半导体接触和肖特基势垒。
5. 半导体的光电效应- 本征吸收和杂质吸收。
- 光生载流子的产生和复合。
- 光电二极管和光电晶体管的工作原理。
6. 半导体的热电效应- 塞贝克效应和皮尔逊效应。
- 热电材料的热电性能。
7. 半导体的量子效应- 量子阱、量子线和量子点的概念。
- 量子效应对半导体器件性能的影响。
8. 半导体的物理量测量技术- 电阻率、载流子浓度和迁移率的测量方法。
- 光致发光和电致发光技术。
9. 半导体器件的制造工艺- 晶体生长技术，如Czochralski法和布里奇曼法。
- 光刻、蚀刻和掺杂工艺。
结束语半导体物理是一门综合性很强的学科，它不仅涉及到材料科学、固体物理，还与电子工程和微电子技术紧密相关。
掌握这些基础知识点对于深入理解半导体器件的工作原理和优化设计至关重要。
希望以上的归纳能够帮助考研学子们更好地复习和掌握半导体物理的相关知识。
半导体物理复习资料
第一章 半导体中的电子状态1.导体、半导体、绝缘体的划分：Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。
2.电子的有效质量是*n m ，空穴的有效质量是*p m ；**np m m -=，电量等值反号，波矢k 与电子相同 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。
能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。
3.半导体中电子所受的外力dtdkh f ⋅=的计算。
4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
第二章 半导体中杂质和缺陷能级1.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E D ；施主能级很接近于导带底；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E A ；受主能级很接近于价带顶。
施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。
深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。
深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。
3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。
在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As )掺入Ⅳ族杂质原子(Si )，Si 为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。
设315100.1-⨯=cm N A ，316101.1-⨯=cm N D ；则316100.1-⨯=-=cm N N n A D 由p n n i ⋅=2，可得p 值；①p n ≈时，近似认为本征半导体，i F E E =；②p n μμ=时，本征电导p n σσ=； p n >>时，杂质能级靠近导带底；第三章 半导体中载流子的统计分布1.费米分布函数(简并半导体)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=Tk E E E f F 0exp 11)((本征)；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+=T k E E E f F 0exp 2111)((杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=T k E A E f B0exp )(；2.费米能级：TF N F E ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂==μ；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
半导体物理学复习整理
半导体物理复习整理——电子1402班郑彤杰第一单元1.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因此，电子将可以在整个晶体中运动。
2.单电子近似：即假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场的中运动。
3.能带论：用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论称为能带论。
4.有效质量：电子受到原子核的周期性势场（这个势场和晶格周期相同）以及其他电子势场综合作用的结果。
5.禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。
常用来表示导带价带之间能量密度为0的能量区间。
6.导带：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，形成电流，起导电作用。
7.满带: 电子占据了一个能带中的所有状态，称该能带为满带.8.价带：最上面的一个满带称为价带。
9.杂质缺陷：填隙式杂质、替位式杂质。
10.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的纯净，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。
11.本征激发：当有能量大于禁带宽度的光子照射到半导体表面时，满带中的电子吸收这个能量，跃迁到导带产生一个自由电子和自由空穴，这一过程称为本征激发。
12.施主杂质：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。
N型半导体：主要依靠导带电子导电的半导体13.受主杂质：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。
P型半导体：主要依靠价带空穴导电的半导体14.浅能级杂质：在半导体中，能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。
15.深能级杂质：在半导体中，能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。
16.两性杂质：在半导体中既起施主作用尤其受主作用的杂质，称为两性杂质。
半导体物理学[第六章pn结]课程复习(精)
![半导体物理学[第六章pn结]课程复习(精)](https://img.taocdn.com/s3/m/efd3f45d336c1eb91a375dba.png)
山东大学《半导体物理》期末复习知识点第六章 pn结6．1 理论概要与重点分析(1)pn结是将同种半导体材料的n型和p型两部分紧密结合在一起，在交界处形成一个结，即称为pn结。
为使性能优越，一般采用合金法、扩散法、外延生长法和离子注入法等，改变其掺杂性质来实现这种“紧密接触”的。
pn结是重要半导体器件，如结型晶体管及其相应的集成电路的工作核心。
设两种杂质的交界面为xj，如果杂质有一个较宽的补偿过度阶段，为缓变结，较深的扩散法一般属此种情况。
(2)由于在结的两边两种载流子相差悬殊而发生扩散。
n区中的电子流入p区，在结附近留下不可以移动的电离施主；同样p区中的空穴流入n区在结的附近留下不可移动的电离受主，形成一个n区为正，p区为负的电偶极层，产生由n区指向p区的自建电场，此电场的作用是阻止载流子进一步相互扩散。
或者说产生了一个与扩散相反的载流子漂移，当两者达到平衡时，载流子通过结的净流动为零，达到平衡。
建立起一个稳定的空间电荷区和一个稳定的自建电场。
n型的一边带正电，电动势高；p型一边带负电，电势低，所产生电动势差称为pn结接触电动势差。
这个电动势差对n型区的电子和p型区的空穴各自向对方，运动都形成势垒，使整个结构在结区形成能带弯曲，其弯曲的高度称为势垒高度，它恰恰补偿了原来两边半导体中费米能级的高度差，使两边达到等高的统一费米能级。
山东大学《半导体物理》期末复习知识点(3)pn结上加正向电压V(p型一端接正，n型一端接负)时，外加电压电场与内建电场的方向相反，使内建电场减弱，势垒区变窄，势垒高度由平衡时的q VD变为q(VD-V)。
两区的费米能级分开为EnF-EpF=qV这时由内建电场引起载流子的漂移减弱，扩散相对增强。
于是有一个净的扩散电流从p区通过结流入n区，这便是pn结的正向电流。
随外加电压V的增加，势垒高度越来越小，载流子漂移越来越小，扩散进一步增加。
因此随外加正向电压的增加，正向电流迅速增大。
半导体物理知识要点及总结
例题2
• 某一半导体材料，在400K时，费米能级位于Ev上方0.27eV 处，已知300K时的Nv=1.04*1019cm-3。求400K时导带顶Ev 被空穴占据的概率以及空穴浓度的大小。 • 解：此时EF-Ev=0.27eV，k0T=0.026/300*400=0.0347eV， 可见分布函数可以用空穴波尔兹曼分布函数。
第三章01 12
思考题
• 分析下图载流子浓度曲线随温度的变化过 程
第三章01
13
例题4
• 若锗的电离能为0.01eV，Nc=1.05*1019cm-3， 如果室温下电离要超过90%（强电离）， 则掺杂浓度不能超过多少？ n n N ED EF k0T • 解：强电离时，
0 D D
EF Ec k0T ln(
ND ) NC
14
例题5
• 若室温下，锗的电离能为0.01eV， Nc=1.05*1019cm-3，如果已知77K时电子的 浓度n0=1017cm-3，则掺杂浓度为多少？ （只有施主掺杂） 3 77 2 18 • 解： Nc ' N 1.365 10 c
即：
116 3 ln T 9.2 T 2
通过计算机编程序可计算得到最终 T=533
第三章02 18
(2) 50%电离时不能利用上式， 由题意：电离施主nD
ND x * ND ED EF 1 2exp k T 0
所以
1 E EF 1 2exp D k0T
3 D _ Nc 116 D _ 2 10 T 1015 ∴ ln ln( ) ln( D _T 2) T 2ND 2ND ND 第三章02 15 3 2
《半导体物理复习》课件
第3章复习题
判断题 答案：正确。 题目：论述半导体中载流子的传输机制。
题目：在半导体中，空穴的运动速度通常比电子慢。
论述题
答案：在半导体中，载流子的传输主要通过扩散和漂移 两种机制进行。扩散是由于浓度梯度引起的自然扩散， 而漂移则是由于电场引起的定向运动。
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半导体的定义是指那些在一定温度下，其导电性能介于金属与绝 缘体之间的材料。根据导电性能的不同，半导体可以分为n型和p 型两种类型。
半导体中的电子状态
总结词
了解半导体中的电子状态是理解半导体物理的关键，它决定了半导体的导电性 能。
详细描述
在半导体中，电子的状态可以通过能带模型来描述。在满带和空带之间有一个 禁带，电子需要吸收或释放能量才能从满带跃迁到空带，形成导电的电子和空 穴。
太阳能电池
总结词
太阳能电池是一种利用太阳能转换为电能的装置，是可再生能源利用的重要形式 之一。
详细描述
太阳能电池的基本原理是光伏效应，即当光照射在半导体材料上时，光子能量会 激发电子从价带跃迁到导带，形成光生电流。太阳能电池的转换效率取决于半导 体的材料、质量和纯度，以及光照条件和电池的结构设计。
02
半导体中的输运现象
半导体中的热平衡
热平衡状态
在绝对零度以上，半导体内部原子或分子的运动速 度不会完全相同，而是按照一定的分布规律随机运 动，达到热平衡状态。
热平衡下的载流子浓度
在热平衡状态下，半导体内部的载流子浓度是一定 的，与温度和材料有关。
热平衡下的费米能级
在热平衡状态下，费米能级是一个固定的值，它决 定了半导体内部载流子的分布情况。
光敏器件
总结词
光敏器件是一种能够将光信号转换为电信号 的传感器件，广泛应用于光电检测、自动控 制和通信等领域。
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半导体物理知识点梳理
1.半导体材料的能带结构：半导体材料的能带结构是理解其物性的基础。
在二维的能带图中，包含导带和价带之间的能隙。
导带中的电子可以
自由移动，而价带中的电子需要外加能量才能进入导带。
2.纯半导体和杂质半导体：纯半导体指的是没有杂质掺杂的半导体材料，其导电能力较弱。
而杂质半导体是通过引入适量的杂质原子来改变半
导体材料的导电性质，其中掺入的杂质原子被称为施主或受主。
3.载流子输运：半导体中的电导主要是由自由载流子贡献的，包括n
型半导体中的电子和p型半导体中的空穴。
当施主杂质掺杂进入p型半导
体时，会产生附加的自由电子；相反，当受主杂质掺杂进入n型半导体时，会产生附加的空穴。
这些自由载流子通过材料中的散射、漂移和扩散等方
式进行输运。
4. pn结和二极管：pn结是由p型半导体和n型半导体结合而成的电
子器件。
在pn结中，发生了空穴从p区向n区的扩散和电子从n区向p
区的扩散，导致p区和n区的空间电荷区形成。
当正向偏置时，电流可以
通过pn结，而反向偏置时，电流很小。
这种特性使得二极管可以用作整
流器件。
5.晶体管：晶体管是一种三层结构的半导体器件，由一个n型区和两
个p型区或一个p型区和两个n型区构成。
晶体管可以用作放大器和开关，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电极电流。
6.MOSFET：金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，即MOSFET，是一种
三层结构的半导体器件。
MOSFET具有较高的输入阻抗和较低的功耗，广
泛应用于集成电路中。
MOSFET的工作原理是通过调节栅极电压来调节通道中的电荷密度。
7.光电二极管和光电导：光电二极管和光电导是基于光电效应的半导体器件。
光电二极管是将光信号转换为电压信号的器件，而光电导则是将光信号转换为电流信号。
这两种器件在通信和光电探测等领域有广泛的应用。
8.半导体激光器：半导体激光器是一种利用半导体材料的发光原理来产生激光束的器件。
半导体激光器具有体积小、效率高和工作电流低等优势，广泛应用于光通信和光存储等领域。
9.太阳能电池：太阳能电池是利用半导体材料的光电效应将太阳能转化为电能的器件。
常见的太阳能电池包括硅基太阳能电池和化合物半导体太阳能电池。
太阳能电池是可再生能源的重要组成部分，被广泛应用于光伏发电系统中。
10.半导体材料的缺陷和控制：半导体材料的缺陷如晶格缺陷、点缺陷和边界缺陷对其性能和可靠性都有重要影响。
通过控制半导体材料的生长过程和杂质掺杂方式，可以有效地控制和减少缺陷的产生。
以上是半导体物理的一些关键知识点，这些知识点是理解和应用半导体器件的基础。
随着科技的进步，半导体物理研究发展迅速，不断涌现新的材料和器件。
对于从事半导体领域研究和应用的人员来说，深入理解这些知识点是非常重要的。