半导体物理考试要点

半导体物理考试要点题型：一、填空题（35分左右）二、大题（65分左右）：简答、计算、证明，共5至6个题第一章1、导体、半导体、绝缘体能带上的区别（课件1.2.3Page45-51）2、空穴的概念（P54）第二章主要考点即课件上的思考题。1、什么是施主杂质、受主杂质？p型半导体n型半导体是如何定义的？掺入半导体的杂质原子向半导体提供导电的电子，并成为带正电的离子，称这种杂质为施主杂质。掺入半导体的杂质原子向半导体提供导电的空穴，并成为带负电的离子，称这种杂质为受主杂质。纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，使价带中的导电空穴增多，增强了半导体的导电能力，通常把主要依靠空穴导电的半导体称为p型半导体。p型半导体中空穴为多数载流子，电子为少数载流子。纯净半导体中掺入施主杂质后，受主杂质电离，使导带中的导电电子增多，增强了半导体的导电能力，通常把主要依靠导带电子导电的半导体称为n型半导体。n型半导体中电子为多数载流子，空穴为少数载流子。2、什么是杂质的补偿，杂质补偿的意义何在？当半导体中同时掺入施主和受主两种杂质时，施主能级上的电子要跃迁到受主能级上。对于提供载流子来说，有着有互相抵消的作用，有效掺杂浓度等于两者之差，这种现象被称为杂质补偿。意义：通过采用杂质补偿的方法来改变半导体某个区域的导电类型或电阻率。3、计算题：用类氢模型计算施主杂质和受主杂质的电离能（Page54、Page77-78）施主杂质的电离能：受主杂质的电离能：其中𝐸0=13.6𝑒𝑉，𝑚𝑛∗为电子的有效质量，𝑚𝑝∗为空穴的有效质量，𝑚0为电子的惯性质量，𝜀r为相对介电常数第三章1、费米分布、玻尔兹曼分布及适用条件对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率𝑓(𝐸)为：称为电子的费米分布函数。当𝐸−𝐸𝐹≫𝑘0𝑇时，称为电子的玻尔兹曼分布函数。2、费米能级的定义及意义费米能级是绝对零度时电子占据的最高能级。费米能级的物理意义是，该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2。费米能级在半导体物理中是个很重要的物理参数，只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。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。3、电子和空穴浓度的表达式电子浓度：其中𝑁𝐶为导带的有效状态密度，并且𝑁𝐶∝𝑇32⁄空穴浓度：其中𝑁𝑉为价带的有效状态密度4、本征载流子浓度的公式及决定因素本征载流子浓度：𝑛𝑖=n0=𝑝0，𝑛𝑖=√n0𝑝05、𝑛0、𝑝0、𝑛𝑖的关系𝑛𝑖2=n0∙𝑝06、电子和空穴占据杂质能级的概率电子占据施主能级的概率：空穴占据受主能级的概率：其中是𝑔𝐷施主能级的基态简并度，𝑔𝐴受主能级的基态简并度，对锗、硅、砷化镓等材料，𝑔𝐷=2,𝑔𝐴=47、不同温度下，电离程度及载流子浓度的计算P828、简并半导体与非简并半导体的概念简并半导体：掺杂浓度高，对于n型半导体，其费米能级𝐸𝐹接近导带或进入导带中；对于p型半导体，其费米能级𝐸𝐹接近价带或进入价带中的半导体。服从费米分布函数。非简并半导体：掺杂浓度较低，其费米能级𝐸𝐹在禁带中的半导体。服从玻尔兹曼分布函数。第四章1、电导率的表达式𝜎=𝑛𝑞𝜇𝑛+𝑝𝑞𝜇𝑝对于n型半导体：𝜎=𝑛𝑞𝜇𝑛对于p型半导体：𝜎=𝑝𝑞𝜇𝑝对于本征半导体：𝜎=𝑛𝑖𝑞(𝜇𝑛+𝜇𝑝)2、迁移率的定义及其与平均自由时间的关系迁移率：单位电场作用下载流子获得的平均速度，反映了载流子在电场作用下输运能力。𝜇=|𝑣𝑑̅̅̅𝜀|=𝑞𝜏𝑚∗3、散射的概念，以及两种重要的散射机制及其它们与温度和杂质浓度的关系散射：载流子与其它粒子发生弹性或非弹性碰撞，碰撞后载流子的速度的大小和方向发生了改变。两种重要的散射机制为电离杂质散射和晶格振动散射。电离杂质散射：𝑃𝑖∝𝑁𝑖𝑇−32，杂质浓度大，收到散射机会多；温度高，平均热运动速度快，可较快的掠过杂质离子，偏转小，不易被散射。P36晶格振动散射：4、本征半导体和杂质半导体的电阻率随温度变化关系P81第五章1、非平衡载流子的产生、复合过程要破坏半导体的平衡态对它施加的外部作用可以是光的，还可以是电或其他能量传递的方式。相应地除了光照还可以用其他方法产生非平衡载流子，最常用的是用电的方法，称为非平衡载流子的电注入。当产生非平衡载流子的外部作用撤除之后，注入的非平衡载流子并不能一直存在下去。光照停止后，原来激发到导带的电子又回到价带，电子和空穴又成对地消失了。最后，载流子浓度恢复到平衡时的值，半导体又回到平衡态，过剩载流子逐渐消失。这一过程称为非平衡载流子的复合。2、非平衡载流子的寿命及复合率非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，用𝜏表示。通常把单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数称为非平衡载流子的复合率，即∆𝑝𝜏⁄。3、准费米能级的提出及在非平衡载流子浓度公式中的应用、相应的计算电子系统的热平衡状态是通过热跃迁实现的。在一个能带范围内，热跃迁十分频繁，极短时间内就能导致一个能带内的热平衡。然而，电子在两个能带之间，例如导带和价带之间的热跃迁就稀少得多，因为中间还隔着禁带。当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，由于上述原因，可以认为，分别就价带和导带中的电子讲，它们各自基本上处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡状态。因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然适用，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的费米能级，称为“准费米能级”。P33非平衡载流子浓度计算公式：4、扩散流密度及电流密度P101扩散流密度：单位时间通过单位面积的粒子数。5、扩散方程及其解的形式（厚样品与薄样品）6、爱因斯坦关系的应用爱因斯坦关系式对平衡和非平衡载流子同样适用。利用爱因斯坦关系式，由已知的迁移率数据可以得到扩散系数。7、连续性方程的一般形式、特定条件下解的形式P136第六章1、pn结的形成过程在一块n型半导体单晶上，用适当的方法（如扩散或离子注入）把p型杂质掺入其中，使其在不同的区域形成p型和n型，在二者的交界面处形成了pn结。2、pn结的内建电势表达式平衡pn结的空间电荷区两端的电势差𝑉𝐷称为pn结的接触电势差或内建电势差。3、pn结的电流电压特性及Js的计算P714、pn结电容的种类及特点（了解）