固体物理与半导体知识点归纳整理

《固体物理与半导体知识点归纳整理》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（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、固体物理与半导体物理符号定义：Ev导带底的能量Nv价带的有效状态密度po价带的电子浓度Eg=EcEv禁带宽度Ef费米能级EPF空穴准费米能级Na受主浓度Pa受主能级上的空穴浓度Ea受主能级Pa电离受主浓度Ec导带底的能量Nc导带的有效状态密度no导带的电子浓度ni本征载流子浓度Ei本征费米能级EnF电子准费米能级Nd施主浓度nD施主能级上的电子浓度Ed施主能级n+D电离施主浓度半导体基本概念：如有电子由于某种原因进入空带满带：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；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

2、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+基元二晶体结构。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，选取方法不唯一,但它们体积相等，都是最小的重复单元。特点：只考虑周期性，体积最小的重复单元；格

3、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。体积：门二ai.(a2as);(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：将周围相同的原子找出。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1/4套购

4、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。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：CC2、C3、C4、C“匚、I、S410、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、则晶格中任一各点的位矢可以表示为：=manbpc，将m、n、p化为互质的整数m、n、p，求

5、的晶列指数mnp，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(正格子

6、)厡胞的基矢为aa?、a3，则对应的倒格子厡胞基矢-2兀当i=j为R、b2、b3。则瞰=2叭。当i；j(4) 正倒格子之间的关系：(1)原胞体积之间的关系门*=(2二)3/;(2)倒格矢与一族平行晶面之间的关系；正格矢与倒格矢的点积为2n的整数倍；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：国皿maxsin(丄qa)色散关系周期性的物理意义：21=maxSin(qa)的一个基本周期为-兀/acqn/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：qq红n=1，2.a16、一维双原子晶格的色散关系？R.答：一维双

7、原子色散关系：(M+m)土、M2+m2+2Mmcos(2qa)一Mm17、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;格波支数二原胞内原子的

8、自由度数3n;总格波数二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I；i中的丨从13Nn,丨不同表示不同种类的声子，共有3Nn种声子;(3)ni为声子数，表明能量为.的声子有ni个；频率为，i的格波能量变化了n，i，这一过程产生了ni个能量为-i的声子；1声子是玻色子，遵循玻色统计。ni二-e120、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)二二维：(二)工三维：(二厂LLL行波边界条

9、件状态密度：一维：(兰)二维：(三厂三维：(兰尸LLL21、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：兀“一2兀fA2k2驻波：2(-)dk/dE行波：2()dk/dE其中：ELL2m二维晶格的能级密度：驻波：2(厂2二kdk/dE行波：2()2：kdk/dELL三维晶格的能级密度：驻波：2()；Mk2dk/dE行波：2()4:k2dk/dELL22、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E-EfKBT电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述；在Ef-EKBT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

10、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,r)与自由平面波因子相乘，即九()二UK(r)exp(ik.r),UK(r)二叶(R)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；eikr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：E=E-aexp（-k.m）m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

11、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:v=-kE（k）一维情况下：v=1;有效质量公式:一维：m*1?E2丸三维：(m*J)i,j1 ?E2 ；ki；:kji,j二x,y,z28、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

12、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

13、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：却-普）EE吕)热平衡状态下的非简并半导体的判据式：nopo=n2i35、非简并半导体的费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：n=n+d+Po（1）低温弱电离区：电中性条件：no=n+DEfECEd(KbTNd)222NC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随温度增大而减小高温电离区：电中性条件：n0=ND+p0Ei=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

14、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。（原子的热振动；杂质原子和缺陷的存在）38、散射的原因是什么？答：散射的原因：周期势场遭到破坏。39、载流子的迁移率和电导率的公式？答：迁移率公式：电子幕二先1mn*mp电导率的公式：n型半导体二n=nqSp型半导体：匚p=pqp空穴p电子、空穴点同时导电二=nqnpqp本征半导体匚i=niq（n幕）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

15、能级显著。42、爱因斯坦关系式？答：爱因斯坦关系式：“二垣巳二空AnqPpq43、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，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

16、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X二E。-Ec。47、金属一半导体接触的四种类型？答n型P型州叩阻挡层反阻挡层WnWs反阻挡层阻挡层48、金属一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

17、-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。6、pn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。7、Pn结的单向导电

18、性是因为势垒的存在。正向偏压下pn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pn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。