固体物理与半导体知识点归纳整理(共10页).doc

《固体物理与半导体知识点归纳整理(共10页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体物理与半导体知识点归纳整理(共10页).doc（9页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上固体物理与半导体物理符号定义: EC导带底的能量 EV导带底的能量 NC导带的有效状态密度 NV价带的有效状态密度 n0导带的电子浓度 p0价带的电子浓度 ni本征载流子浓度 Eg=ECEV禁带宽度 Ei本征费米能级 EF费米能级 EnF电子准费米能级 EpF空穴准费米能级 ND施主浓度 NA受主浓度 nD施主能级上的电子浓度 pA受主能级上的空穴浓度 ED施主能级 EA受主能级 n+D电离施主浓度 p-A电离受主浓度 半导体基本概念: 满带:整个能带中所有能态都被电子填满 空带:整个能带中完全没有电子填充;如有电子由于某种原因进入空带,也具有导电性,所以空带也称导带

2、 导带:整个能带中只有部分能态被电子填充 价带:由价电子能级分裂而成的能带;绝缘体半导体的价带是满带 禁带:能带之间的能量间隙,没有允许的电子能态1什么是布拉菲格子? 答:如果晶体由一种原子组成,且基元中仅包含一个原子,则形成的晶格叫做布拉菲格子2布拉菲格子与晶体结构之间的关系? 答:布拉菲格子+基元=晶体结构3、 什么是复式格子?复式格子是怎么构成? 答:复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类异类);复式格子由两个或多个相同的布拉菲格子以确定的方位套购而成4、 厡胞和晶胞是怎样选取的?它们各自有什么特点? 答:厡胞选取方法:体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取

3、方法不唯一,但它们体积相等,都是最小的重复单元 特点:(1)只考虑周期性,体积最小的重复单元;(2)格点在顶角上,内部和面上没有格点;(3)每个原胞只含一个格点(4)体积: ;(5)原胞反映了晶格的周期性,各原胞中等价点的物理量相同 晶胞选取方法:考虑到晶格的重复性,而且还要考虑晶体的对称性,选取晶格重复单元 特点:(1)既考虑了周期性又考虑了对称性 所选取的重复单元(体积不一定最小) ;(2)体心或面心上可能有格点;(3)包含格点不止一个;(4)基矢用表示5、 如何在复式格子中找到布拉菲格子?复式格子是如何选取厡胞和晶胞的? 答:复式格子中找到布拉菲格子方法:将周围相同的原子找出6、 金刚石

4、结构是怎样构成的? 答:两个由碳原子组成的面心立方沿立方体体对角线位移1/4套购而成7、 氯化钠氯化铯的布拉菲格子是什么结构? 答:氯化钠布拉菲格子是面心立方;氯化铯的布拉菲格子是简单立方8、 密堆积有几种密积结构?它们是布拉菲格子还是复式格子? 答:密堆积有两种密积结构;密积六方是复式格子,密积立方是布拉菲格子98种独立的基本对称操作是什么? 答:8种独立的基本对称操作:107大晶系是什么? 答:7大晶系是:立方四方六方三方正交单斜三斜11、 怎样确定晶列指数和晶面指数? 答:晶列指数确定:以某个格点为原点,以为厡胞的3个基矢则晶格中任一各点的位矢可以表示为:,将化为互质的整数mnp,求的晶

5、列指数m n p,晶列指数可正可负可为零 晶面指数确定:(1)找出晶面在三基矢方向的截距;(2)化截距的倒数之比为互质整数之比;(3)(h1h2h3)晶面指数 12、 通过原点的晶面如何求出其晶面指数?答:晶面指数是指格点分布在一系列相互平行的平面上-晶面,故将原点的晶面沿法线方向平移一段距离,找出晶面在三基矢方向的截距,化截距的倒数之比为互质整数之比,(h1h2h3)晶面指数 13、 晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系? 答:倒数关系14、 倒格子的定义?正倒格子之间的关系?答:倒格子的定义:周期分布点子所组成的格子,描述晶体结构周期性的另一种类型的格子倒格子基矢的定义:设晶格(正格

6、子)厡胞的基矢为,则对应的倒格子厡胞基矢为则 正倒格子之间的关系:(1)原胞体积之间的关系; (2)倒格矢与一族平行晶面之间的关系; (3)正格矢与倒格矢的点积为2的整数倍; (4)正倒格子互为傅里叶变换15、 一维单原子晶格的色散关系?色散关系周期性的物理意义?答:一维单原子晶格的色散关系:色散关系周期性的物理意义:的一个基本周期为,那么周期之外的点q可以用基本周期在内的一个点q来等效即是:16一维双原子晶格的色散关系?答:一维双原子色散关系:17同一厡胞内两种原子有什么振动特点?答:同一厡胞内两种原子振动特点:(1)声学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子倾向于沿同一方向振动长波极限:原胞中

7、两种原子的位相振幅完全一致,长声学波反映的是原胞质心的振动;短波极限:轻原子不振动,重原子振动 (2)光学波的振动:同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动长波极限:原胞内不同原子振动位相相反,长光学波反映的是原胞质心不动;短波极限:重原子不振动,轻原子振动18晶格振动的格波数格波支数及总格波数是如何确定的?答:波矢数(q的取值数)=原胞数N;格波支数=原胞内原子的自由度数3n ;总格波数=晶体内原子的总自由度数3Nn19声子这个概念是怎样引出的?它是怎样描述晶格振动的?答:声子概念由来:独立的简谐振子的振动来表述格波的独立模式声子描述晶格振动: (1)声子是能量携带者,一个声子具有能量为; (2

8、)中的从13Nn,不同表示不同种类的声子,共有3Nn种声子; (3)为声子数,表明能量为的声子有个; (4)频率为的格波能量变化了,这一过程产生了个能量为的声子; (5)声子是玻色子,遵循玻色统计20驻波边界条件与行波边界条件下的状态密度分别怎么表示? 答:驻波边界条件状态密度: 一维: 二维: 三维: 行波边界条件状态密度: 一维: 二维: 三维:21一维二维三维晶格的能级密度如何求出?答:一维晶格的能级密度: 驻波:行波: 其中: 二维晶格的能级密度: 驻波:行波: 三维晶格的能级密度: 驻波:行波:22在什么情况下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述?答:在电子的费米统计可用玻尔兹曼分布

9、来描述;在空穴的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述23布洛赫定理的内容是什么?答:布洛赫定理的内容:在周期性势场中运动的电的波函数子是布洛赫波函数,等于周期性函数与自由平面波因子相乘,即布洛赫波函数函数的周期性与势场周期性相同u(x)表示电子在原胞中的运动; 电子在晶体中共有化运动24禁带出现的位置和禁带宽度与什么有关? 答:禁带出现的位置与晶体结构有关;禁带宽度与周期势场有关25每个能带能容纳的电子数与什么有关?答:每个能带能容纳的电子数为2N,与厡胞数有关26、 如何运用紧束缚近似出的能量公式? 答:紧束缚近似出的能量公式: 找出近邻原子的个数m,以某一个原子为原点,求出矢量,带入能量公式便可

10、得到晶体中电子的能量27、 布洛赫电子的速度和有效质量公式? 答:布洛赫电子的速度公式:;有效质量公式:28、 有效质量为负值的含义?答:有效质量为负值的含义:有效质量概括了晶体内部势场的作用,外力作用不足以补偿内部势场的作用时,电子的真实动量是下降的29、 绝缘体半导体导体的能带结构即电子填充情况有什么不同呢?答:电子填充情况及能带结构不同:绝缘体最高能带电子填满,导体最高能带电子未填满,半导体最高能带电子填满能带导体中一定存在电子未填满的带,绝缘体半导体的能带只有满带和空带绝缘体的能带与价带相互独立,禁带较宽;半导体能带与价带相互独立,禁带较窄,一般在2eV以下;导体价电子是奇数的金属,导

11、带是半满的,价电子是偶数的碱土金属,能带交迭,禁带消失31空穴的定义和性质 答:空穴定义:满带(价带)中的空状态;性质:空穴具有正有效质量,空穴具有正电荷,空穴的速度等于该状态有电子时其电子的速度,空穴的能量是向下增加的,位于满带顶附近32半导体呈本征型的条件?答:半导体呈本征型的条件:高纯无缺陷的半导体或在高温时的杂质半导体33、 什么是非简并半导体?什么是简并半导体?答:非简并半导体:服从玻尔兹曼分布的半导体 简并半导体:服从费米分布的半导体34、 N型和P型半导体在平衡状态下的载流子浓度公式?答:载流子浓度公式:热平衡状态下的非简并半导体的判据式:n0p0=n2i35、 非简并半导体的费

12、米能级随温度和杂质浓度的变化?答:讨论n型半导体:电中性条件:n0=n+D+p0 (1)低温弱电离区:电中性条件:n0=n+D在温度T一定范围内,EF随温度增大而增大,当温度上升到NC=(ND/2)e-3/2=0.11ND时,EF随温度增大而减小(2)强电离区(饱和电离区):电中性条件:n0=ND在温度T一定时,ND越大,EF就越向导带方向靠近,而在ND一定时,温度越高,EF就越向本征费米能级Ei方向靠近(3)高温电离区:电中性条件:n0=ND+p0 Ei=EF(呈本征态) 36半导体在室温下全部电离下的电中性条件?答:n型:n0=ND;p型:p0=NA37、 由于简并半导体形成的杂质能带,能

13、带结构有什么变化呢?答:杂质电离能变小,禁带宽度变窄38、 散射的原因是什么?答:散射的原因:周期势场遭到破坏(原子的热振动;杂质原子和缺陷的存在)39、 载流子的迁移率和电导率的公式?答:迁移率公式:电导率的公式:n型半导体 p型半导体: 电子空穴点同时导电 本征半导体40、 什么是准费米能级?答:准费米能级是导带和价带的局部费米能级统一的费米能级是热平衡状态的标志41、 多子的准费米能级偏离平衡费米能级与少子的偏离有什么不同? 答:多数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级不多,少数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级显著42、 爱因斯坦关系式? 答:爱因斯坦关系式: 43什么是PN结的空间电荷

14、区?自建场是怎样建立起来的?答:PN结的空间电荷区:在n型区和p型交界面的两侧形成了带正负电荷的区域自建场:空间电荷区中的正负电荷形成电场,电场方向由n区指向p区44、 雪崩击穿和隧道击穿的机理答:雪崩击穿的机理:碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应导致载流子倍增效应,使势垒区单位时间内产生大量载流子,致使反向电流速度增大,从而发生p-n结击穿雪崩击穿除与电场有关,还与势垒区宽度有关一般掺杂以雪崩击穿为主隧道击穿的机理:当电场E大到或隧道长度短到一定程度时,将使p区价带中大量的电子通过隧道效应穿过势垒到达n区导带中去,使反向电流急剧增大,于是p-n结发生隧道击穿隧道击穿主要取决于外场重掺杂以隧道

15、击穿为主45平衡PN结和非平衡PN结的能带图46什么是功函数?什么是电子亲和能?答:功函数:电子从费米能级到真空能级所需的最小能量电子亲和能:半导体导带底的电子逸出体外所需要的最低能量,即47金属半导体接触的四种类型?答n型P型阻挡层反阻挡层反阻挡层 阻挡层48金属半导体整流接触特性的定性解释?答:金半接触的整流作用:无外场:半-金电子=金-半电子,阻挡层无净电流正偏:金正半负 半-金电子金-半电子,I随V变化反偏:金负半正 半-金电子金-半电子,金属中势垒高且不变,I随V不变49在考虑表面态的情况下,怎样形成欧姆接触?答:用高掺杂的半导体和金属接触在半导体上形成欧姆接触其他知识点:1费米能级

16、的物理意义:(1)决定各个能级上电子统计分布的参量;(2)直观反映了电子填充能级的水平2产生非平衡载流子的方法:(1)电注入;(2)光注入3最有效的复合中心位于禁带中线附近的深能级4非平衡载流子的扩散原因:在载流子浓度不均匀条件下,有无规则的热运动引起5漂移电流是多子的主要电流形式,扩散电流是少子的主要电流形式6p-n结载流子的扩散是由于两区费米能级不一致所引起的;平衡p-n结,具有统一的费米能级7P-n结的单向导电性是因为势垒的存在正向偏压下p-n结的特性:正向电压Vf与自建厂反向,势垒高度降低,势垒宽度变窄,载流子的扩散运动大于漂移运动反向偏压下p-n结的特性:正向电压Vr与自建厂同向,势垒区加宽,势垒高度增高,载流子的漂移运动大于扩散运动8势垒电容:势垒区的空间电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应(发生在势垒区) 扩散电容:扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应(发生在扩散区) 反偏时:势垒电容为主,扩散电容很小; 正偏时:既有势垒电容,也有扩散电容;9 纯净表面:没有杂质吸附层和氧化层的理想表面实际表面:与体内晶体结构不同的原子层表面能级:表面存在而产生的附加电子能级,对应的电子能态为表面态表面态:(1)从能带角度,当晶体存在表面,在垂直表面方向成了半无限周期势场 (2)从化学键角度,表面是原子周期排列终止的地方专心-专注-专业