2022年固体物理与半导体知识点归纳整理3.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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E n F电子准费米能级 E p F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：整个能带中全部能态都被电子填满；空带：整个能带中完全没有电子填充； 如有电子由于

2、某种缘由进入空带,也具有导电性,所以空带也称导带；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,没有答应的电子能态；1、什么是布拉菲格子 . 答：假如晶体由一种原子组成, 且基元中仅包含一个原子, 就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 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 . 可是同类、异类 ；复式格子由两个答

3、：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 ,选取方法不唯独,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；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3每个原胞只含一个格点； 4体积：a1.a2a3；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,而且仍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； 体积不肯定最小 ；2体心或面心上可能有格点；

4、3包含格点不止一个； 4基矢用 a,b,c 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：将四周相同的原子找出；6、金刚石结构是怎样构成的 . 答：两个由碳原子组成的面心立方沿立方体体对角线位移 7、氯化钠、氯化铯的布拉菲格子是什么结构 . 1/4 套购而成；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洁立方；8、密积累有几种密积结构.它们是布拉菲格子仍是复式格子. 答：密积累有两种密积结构；密积六方是复式格子,密积立方是布拉菲格子；9、8 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：C 1、C 2

5、、C 3、C 4、C 6、I、S 410、7 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 a、b、c 为厡胞的 3 个基矢、就晶格中任一各点的位矢可以表示为：Rl m a n b p c,将 m、n、p 化为互质的整数 m、n、p,求的晶列指数 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；3h1h2h3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

6、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；. 答：倒数关系；13、晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系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名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 格子；为倒格子基矢的定义：设晶格正格子 厡胞的基矢为a 1、a2、a3,就对应的倒格子厡胞基矢b 1、b 2、b 3；就b i. aj2ij2当ij0当ij正倒格子之间的关系

7、： 1原胞体积之间的关系*23/；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：qmaxsin1qa色散关系周期性的物理意义：2maxsin1qa 的一个基本周期为/a/a,那么周期之外的点q可以用基本周期2在内的一个点 q 来等效即是：qq2nMn1,2.a16、一维双原子晶格的色散关系. mM2m22Mmcos2qa答：一维双原子色散关系：2Mm17、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

8、的两种原子倾向于沿同一方向振动；长波极限：原胞 中两种原子的位相、振幅完全一样,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 3Nn；19、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

9、模式；声子描述晶格振动：名师归纳总结 1声子是能量携带者,一个声子具有能量为l；第 3 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2l中的 l 从 13Nn, l 不同表示不同种类的声子,共有3Nn 种声子；3ln 为声子数,说明能量为l的声子有ln 个；ln 个能量为l的声子；4频率为l的格波能量变化了lnl,这一过程产生了5声子是玻色子,遵循玻色统计；n le/11. KB T20、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：L1二维：L2三维：L3行波边界条件状态密度：一维：21二维：22三维：23LL

10、L21、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：2 L1dk /dE行波：221dk /dE其中：E2k2L2 m二维晶格的能级密度：驻波：2 L22kdk /dE行波：2222kdk /dEL三维晶格的能级密度：驻波：2 L34k2dk /dE行波：2234k2dk/dEEFEKBT空穴L22、在什么情形下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述. 答：在EEFKBT电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述；在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u kr

11、与自由平面波因子相乘,即Kru K rexp ik. r,uKruK rRe. 电子在布洛赫波函数函数的周期性与势场周期性相同；ux表示电子在原胞中的运动；ik e晶体中共有化运动；24、禁带显现的位置和禁带宽度与什么有关 . 答：禁带显现的位置与晶体结构有关；禁带宽度与周期势场有关；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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；k.m26、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：EE0expm找出近邻原子的个数 m

12、,以某一个原子为原点,求出矢量,带入能量公式便可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i,j. kEk一维情形下：v,1E；有效质量公式：答：布洛赫电子的速度公式：v1k一维：m *112E三维： m *11k i2Eji,jx ,yz2kx2k28、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形有什么不同呢 . 答：电子填充情形及能带结构不同：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；导体中肯

13、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,导带是半满的,价电子是偶数的碱土金属,能带交迭,禁带消逝；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,32、半导体呈本征型的条件 . 空穴的能量是向下增加的, 位于满带顶邻近；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：听从玻

14、尔兹曼分布的半导体；简并半导体：听从费米分布的半导体；名师归纳总结 34、N 型和 P 型半导体在平稳状态下的载流子浓度公式. NVexpEFBEV第 5 页,共 8 页答：载流子浓度公式：n 0NcexpEcBEFp 0KTKT- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 热平稳状态下的非简并半导体的判据式：n0p0=n 2i35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化 . 答：争论 n 型半导体：电中性条件：n0=n + D+p01低温弱电离区：电中性条件： n0=n+ DNC=ND/2e-3/2=0.11ND 时,E FEC2E DKBTlnND22N

15、C在温度 T 肯定范畴内, EF 随温度增大而增大,当温度上升到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=NDE F E C K B T ln N D 在温度 T 肯定时, ND 越N C大,EF就越向导带方向靠近,而在 ND 肯定时,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、散射的缘由是什么 .

16、答：散射的缘由：周期势场遭到破坏；p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. 空穴pqp答：迁移率公式：电子nqn* m n* m p电导率的公式： n 型半导体nnqnp 型半导体：ppqp电子、空穴点同时导电nqnpq本征半导体iniqnp40、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稳状态的标志；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 41、多子的准费米能级偏离平稳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稳费米能级

17、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：DnK B TDpK BTnqpq43、什么是 PN 结的空间电荷区 .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,仍与势垒区宽度有关；一般掺杂以雪崩击

18、穿为主；隧道击穿的机理：当电场E 大到或隧道长度短到肯定程度时,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；重掺杂以隧道击穿为主；45、平稳 PN 结和非平稳 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. XE0EC；47、金属半导体接触的四种类型答n 型. P 型W mW s阻挡层反阻挡层W mW s反阻挡层阻挡层48、金属半导体整流接触特性的定性说明答：金半接触的整流作用：

19、无外场：半 -金电子 =金-半电子,阻挡层无净电流；名师归纳总结 正偏：金正半负半-金电子 金-半电子, I 随 V 变化第 7 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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、在考虑表面态的情形下,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；其他学问点：1、费米能级的物理意义：1打算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、产生非平稳载流子的方法：1电注入； 2光注入3、最有效的复合中心位于禁带中线邻近的深能级4、非

20、平稳载流子的扩散缘由：在载流子浓度不匀称条件下,有无规章的热运动引起；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；6、pn 结载流子的扩散是由于两区费米能级不一样所引起的；能级；7、Pn 结的单向导电性是由于势垒的存在；平稳 p-n 结,具有统一的费米正向偏压下 pn 结的特性：正向电压 V f 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 pn 结的特性：正向电压 子的漂移运动大于扩散运动；V r 与自建厂同向,势垒区加宽,势垒高度增高,载流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、 纯洁表面：没有杂质吸附层和氧化层的抱负表面 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；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页