《半导体物理复习提纲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理复习提纲（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基础知识1. 导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同？并以此说明半导体的导电机理（两种载流 子参与导电）与金属有何不同？h）绝缘体导体能带中一定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带，禁带宽度较宽一般大于2eV； 半导体T=0 K时，能带中只有满带和空带，T0 K时，能带中有不满带，禁带宽度较小，一 般小于2eV。（能带状况会发生变化）半导体的导带没有电子，但其价带中电子吸收能量，会跃迁至导带，价带中也会剩余空 穴。在外电场的情况下，跃迁到导带中的电子和价带中的空穴都会参与导电。而金属中价带 电子是非满带，在外场的作用下直接产生电流。2. 什么是空穴？它有哪些基本特征？以硅为例，对照能带结构和
2、价键结构图理解空穴概念。当满带附近有空状态k时，整个能带中的 电流，以及电流在外场作用下的变化，完全如同 存在一个带正电荷e和具有正有效质量昂甘|、 速度为v（k）的粒子的情况一样，这样假想的 粒子称为空穴。3. 半导体材料的一般特性。（1）电阻率介于导体与绝缘体之间（2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（3）性质与掺杂密切相关4. 费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么？什么情况下费米分布函数可以转 化为玻耳兹曼函数？为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可以用玻耳兹曼分布来描 述？麦克斯韦-玻尔兹曼统计的粒子是可分辨的；费米-狄拉克统计的粒子不可分辨，而且每 个状态只可能占据一
3、个粒子。低掺杂半导体中载流子遵循玻尔兹曼分布，称为非简并性系统; 高掺杂半导体中载流子遵循费米分布，称为简并性系统。费米分布:玻尔兹曼分布:空穴分布函数： （能态E不被电子占据的几率）当- 时有 ，所以 ，则费米分布函数转化为，即玻尔兹曼分布。半导体中常见费米能级 位于禁带中，满足-的条件，因此导带和价带中的所有量子态来说，电子和空穴都可以用玻尔兹曼分布描述。5. 由电子能带图中费米能级的位置和形态（如，水平、倾斜、分裂），分析半导体材料特性。靠近费米能级的能带上的载流子远大于远离费米能级那边，因此将该能带上的载流子称 为多数载流子简称多子。反之则为少数载流子，简称少子。受热不均匀时，费米能级
4、产生倾斜，导致电子从能量高的一侧流向能量低的一侧。费米能级分裂时，有非平衡载流子产生。6. 何谓准费米能级？它和费米能级的区别是什么？当外界有大能量注入，或很多载流子注入时，载流子数量会发生突然的变化。不在遵循费米分布，费米能级暂时失灵，将这种情形下的载流子称为非平衡载流子。非平衡态下，统 一的费米能级分裂为导带费米能级和价带费米能级，称其为准费米能级GaAs能带结构的特点，并说明各自在不同器件中应用的优势。7. 比较Si，Ge，错、硅的导带在简约布里渊区分别存在 四个（8个半个的椭球等能面）和六个能量 最小值，导带电子主要分布在这些极值附件， 称为错、硅的导带具有多能谷结构。硅和错的导带底和
5、价带顶在k空间处于 不同的k值，电子跃迁时伴随着声子的发射 和吸收，称为间接带隙半导体。适用于制作 半导体器件。砷化镓的导带底和价带顶位于k空间的 同一 k值，电子发生跃迁时，仅电子的能量发生变化，称为直接带隙半导体。用于制备发光器件时，其内部量子效率较高。8. 重空穴，轻空穴的概念。当存在极大值相重合的两个价带时，外能带曲率小，对应的有效质量大，称该能带中的 空穴为重空穴；内能带曲率大，对应的有效质量小，称该能带中的空穴为轻空穴。9. 有效质量、状态密度有效质量、电导有效质量概念。有效质量概括了半导体内部势场的作用，使得我们在解决电子的运动规律时不涉及内部 势场作用。有效质量：一一上电导有效
6、质量：一-一一状态密度有效质量：导带底电子能态密度有效质量：一价带顶空穴能态密度有效质量：10. 什么是本征半导体和本征激发？本征半导体：没有杂质和缺陷的纯净半导体。本征激发：T0K时，电子通过热运动从价带激发到导带，同时价带中产生空穴。11. 何谓施主杂质和受主杂质？浅能级杂质与深能级杂质?各自的作用。施主杂质：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。受主杂质：电离时能够获取电子而产生导电空穴，并形成负电中心的杂质。浅能级杂质：电离能小的杂质称为浅能级杂质。所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底， 受主能级靠近价带顶。可以通过控制掺杂杂质数量控制载流子数量，并可以通过补偿掺杂进
7、行追加式的浓度控制。深能级杂质：非III、V族元素在硅、错的禁带中产生的施主能级距离导带底较远和受 主能级距离价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。深能级能起到减少非平衡载流子寿 命的作用。12. 何谓杂质补偿？举例说明有何实际应用。半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主和受主之间有相互抵消的作用。利用杂 质的补偿作用，根据扩散或离子注入的方法来改变半导体某一区域的导电类型，制成各种器 件。在一块n型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，由于杂质的补偿作用，该区就 成为p型半导体。13. 金原子的带电状态与浅能级杂质的关系？不容易电离，对载流子浓度影响不大。深能级杂质能够产生多次电离，
8、每次电离均对应一个能级，甚至既产生施主能级也产生 受主能级。深能级杂质的复合作用比浅能级杂质强，可作为复合中心。14画出）本征半导体、（b）n型半导体、（c）p型半导体的能带图，标出费米能级、导 带底、价带顶、施主能级和受主能级的位置15.重掺杂的半导体其能带结构会发生何种变化？在重掺杂的简并半导体中，杂质浓度很高。杂质原子相互靠近，被杂质原子束缚的电子的波函数显著重叠，这时电子作共有化运动。那么，杂质能级扩展为杂质能带。杂质能带中的电子，可以通过杂质原子间共有化运动参加导电-杂质带导电。大量杂质中心的电势会影响晶体周期势场，从而对能带产生扰动，使得在禁带中靠近导 带或价带处出现带尾。当杂质能
9、带展宽，并与导带底或价带顶连接上时，相当于禁带宽度变窄。16. 何谓非简并半导体、简并半导体？简并化条件？非简并半导体：可用玻尔兹曼分布近似费米分布的半导体。简并半导体：不可用玻尔兹曼分布近似费米分布的半导体。当掺杂浓度很高时，会使ef接近或进入了导带一半导体简并化了。EC-EF2k0T非简并0Ec-Ef 2k0T弱简并ec-Ef p= p0+A p 代入得：Ud= r(n0+p0) Ap+r( Ap)2非平衡载流子寿命：t=L A小注入情况下Ap (n0+p0)，则有：t=4 3. 了解间接复合的净复合率公式中各参量代表的意义，并从间接复合的净复合率公式出发 说明深能级是最有效的复合中心。K
10、 时双曲函数 h 有最小值，此时净复合率U取最大值，非平衡载流子的寿命达到极小值。这意味着复合中心能级Et的位置越靠近禁带中央，复合中心的复合作用越强。 因此，通过掺入深能级杂质来降低非平衡载流子寿命是确实有效的。4. 已知间接复合的非平衡载流子寿命公式的一般形式，会化简不同费米能级位置下的寿命 公式。 ttt 弓萤n型区(Et Ef Ec): t t 弱 n 型区(E. Ef Et): t t -弱 p 型区(Et Ef E.)：t t 强 p 型区(Ev EFEt): t t 5. 半导体的主要散射机制？温度对它们的影响，原因？晶格振动（声子）散射:OC温度升高散射增加。温度越高电子热运动
11、速度越大或者声子数目越多，电子遭声学波声子散射的概率越大。电离杂质散射：8-，温度升高散射减少。温度越高载流子热运动的平均速度越大，于是可以很快掠过杂质中心，偏转小，受到电离杂质的影响小。对于杂质半导体，温度低时，电离杂质散射起主要作用；温度高时，晶格振动散射起 主要作用6. 何谓漂移运动？半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动。7. 迁移率的定义、量纲。影响迁移率的因素。漂移速度：因电场加速而获得的平均速度。迁移率：单位电场下，载流子的平均漂移速度（cm2/Vs）口 E影响因素：有效质量、散射8. 解释迁移率与杂质浓度、温度的关系。掺杂很轻（忽略电离杂质散射）：TTT晶格振动散射TTI1
12、J一般情况低温：TTT电离杂质散射JT.T一般情况高温：TTT晶格振动散射TT 口9. 解释电阻率随温度的变化关系。低温：TTT电离杂质散射T|dTTpJipln （未全电离）：TT nTTpJ中温：TT 晶格振动散射TT|iTpTpTn （全电离）：n=ND饱和高温：TT 晶格振动散射TiiJTpTplln （本征激发开始）：TT nTTpll10. 强电场下Si、Ge和GaAs的漂移速度的变化规律，并解释之。无电场时：载流子与晶格散射，交换的净能量为零，载流子与晶格处于热平衡状态。弱电场时：载流子从电场获得能量，与声子作用过程中，一部分通过发射声子转移给晶 格，其余部分用于提高载流子的漂移
13、速度。但漂移速度很小，仍可认为载流子系统与晶格系 统近似保持热平衡状态。电场较强时：载流子从电场获得很多能量，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因 而载流子系统与晶格系统不再处于热平衡状态。电场很强时：载流子从电场获得的能量与晶格散射时，以光学波声子的方式转移给了晶 格。所以获得的大部分能量又消失，故平均漂移速度可以达到饱和。GaAs特殊性：因为GaAs的多能谷结构决定的。卫星能谷的曲率比中心能谷要小，因此 有效质量大。当电场不强时，导带电子都集中在中心能谷，但是随着电场强度的增加，能谷 1中的电子从电场中获得足够能量后开始转移到卫星能谷中，发生能谷间的散射。由于卫星 能谷有效质量大，所以电子转移的结果使平均迁移率下降，从而出现电场强度增加漂移速度 下降，即电
