半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)題

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半導(dǎo)體物理學(xué)復(fù)習(xí)題

一：基本概念

1.離子晶體，共價晶體

離子晶體：正負(fù)離子交替排列在晶格格點上，靠離子鍵結(jié)合成。共價晶體：由共價鍵結(jié)合而成的晶體叫共價晶體。補充：

晶體的分類（按原子結(jié)合力的性質(zhì)分）

離子晶體：正負(fù)離子交替排列在晶格格點上，靠離子鍵結(jié)合成。原子晶體：晶格格點上交替排列的是原子，依靠共價鍵結(jié)合而成。

分子晶體：占據(jù)晶格中格點位置的是分子，依靠范德瓦耳斯力結(jié)合而成。金屬晶體：晶格格點上排列著失去價電子的離子實，依靠金屬鍵結(jié)合而成。2.布喇菲點陣（七大晶系，14種點陣）布喇菲點陣（格子）：實際晶體中，在基元上取一個等同點，這些點在空間中的分布反映了基元在空間的排列結(jié)構(gòu)，這些等同點在空間規(guī)則分布稱為布喇菲點陣。（晶體中空間等同點的集合）補充：

立方晶系：簡立方(cP)、體心立方(cI)和面心立方(cF六方晶系：簡六方(hP)

四方晶系：簡四方(tP)和體心四方(tI)三方晶系：有簡六方(hP)和R心六方(hR)

正交晶系：簡正交(oP)、C心正交(oC)、體心正交(oI)和面心正交(oF)單斜晶系：有簡單斜(mP)和C心單斜(mC三斜晶系：簡三斜(aP3.原胞，晶胞

原胞：構(gòu)成布拉菲點陣的最小平行六面體，格點只能在頂點。

晶胞：反映布拉菲點陣對稱性的前提下，構(gòu)成布拉菲點陣的平行六面體。除頂點上外，內(nèi)部和表面也可以包含格點。4.施（受）主雜質(zhì)，施（受）主電離能

施主雜質(zhì)：雜質(zhì)在硅、鍺等半導(dǎo)體中電離時，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心。

施主電離能：多余的一個價電子脫離施主雜質(zhì)而成為自由電子所需要的能量。受主雜質(zhì)：雜質(zhì)在硅，鍺等半導(dǎo)體中能接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)電中心。

受主電離能：使空穴解脫受主雜質(zhì)成為導(dǎo)電空穴所需要的能量。5.量子態(tài)密度，狀態(tài)密度，有效狀態(tài)密度

量子態(tài)密度：k空間單位體積內(nèi)具有的量子態(tài)數(shù)目。狀態(tài)密度：能量E附近單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。

有效狀態(tài)密度：6.深（淺）雜質(zhì)能級

深雜質(zhì)能級：若雜質(zhì)提供的施主能級距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)；或提供的受主能能級距離價帶頂較遠(yuǎn)，這種能級稱為深能級，對應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)。

淺雜質(zhì)能級：尋常狀況下，半導(dǎo)體中些施主能級距離導(dǎo)帶底較近；或受主能能級距離價帶頂較近。這種能級稱為淺能級，對應(yīng)的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)。7.空穴

空穴：把滿帶中的空狀態(tài)假想為的一個帶正電的“粒子〞。8.有效質(zhì)量

有效質(zhì)量：將晶體中電子的加速度與外加的作用力聯(lián)系起來，并且包含了晶體中的內(nèi)力作用效果。補充：

有效質(zhì)量的意義：

★有效質(zhì)量概括了晶體中電子的慣性質(zhì)量以及晶體周期勢場對電子的作用。★引入有效質(zhì)量后，晶體中電子所受的外力與加速度的關(guān)系與牛頓其次定律類似，只用用有效質(zhì)量代替慣性質(zhì)量即可。決定有效質(zhì)量大小的因素：

★有效質(zhì)量與電子所處的狀態(tài)及能帶結(jié)構(gòu)有關(guān);★有效質(zhì)量反比于能譜曲線的曲率；

★有效質(zhì)量在能帶底附近為正值，能帶頂附近為負(fù)值;

★有效質(zhì)量各向異性:一般地,沿晶體不同方向的有效質(zhì)量不同。只有當(dāng)?shù)饶苊媸乔蛎鏁r，有效質(zhì)量各向同性。9.理想半導(dǎo)體（實際半導(dǎo)體）

理想的半導(dǎo)體：無限大的、既沒有雜質(zhì)和缺陷,也沒有晶格振動和電子間的相互碰撞（四ppt25）補充：

★理想的半導(dǎo)體的電阻為零:

★實際半導(dǎo)體與理想半導(dǎo)體間的主要區(qū)別是什么？答：（1）理想半導(dǎo)體：假設(shè)晶格原子嚴(yán)格按周期性排列并靜止在格點位置上，實際半導(dǎo)體中原子不是靜止的，而是在其平衡位置附近振動。

（2）理想半導(dǎo)體是純凈不含雜質(zhì)的，實際半導(dǎo)體含有若干雜質(zhì)。

（3）理想半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是完整的，實際半導(dǎo)體中存在點缺陷，線缺陷和面缺陷等。

★實際晶體是不完整性，雜質(zhì)、缺陷、晶格熱振動將對電子產(chǎn)生散射，使電子重新趨于對稱分布，電流變?yōu)榱?，即存在電阻?0.直接（間接）復(fù)合

直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶和價帶之間直接躍遷而產(chǎn)生復(fù)合間接復(fù)合：電子和空穴通過禁帶的能級進(jìn)行復(fù)合11.復(fù)合率，產(chǎn)生率

載流子復(fù)合率：單位時間單位體積內(nèi)復(fù)合掉的電子-空穴對數(shù)。載流子的產(chǎn)生率：單位時間單位體積內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)。12.陷阱，陷阱中心

陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)或缺陷能收容非平衡載流子的作用稱為陷阱效應(yīng)。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應(yīng)（積累的非平衡載流子數(shù)目可以與非平衡載流

子數(shù)目相比較）的雜質(zhì)或缺陷能級稱為陷阱，而相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷稱為陷阱中心。電子陷阱：能收容電子的雜質(zhì)或缺陷能級?？昭ㄏ葳澹耗苁杖菘昭ǖ碾s質(zhì)或缺陷能級。13.平衡態(tài)，非平衡態(tài)，穩(wěn)定態(tài)

平衡態(tài)：半導(dǎo)體中載流子濃度不隨時間變化且滿足n0p0?ni2

非平衡態(tài)：當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作用(如：光照等)后,載流子分布將與平衡態(tài)相偏離,此時的半導(dǎo)體狀態(tài)稱為非平衡態(tài)。此時載流子濃度不滿足n0p0?ni2

穩(wěn)定態(tài)：當(dāng)半導(dǎo)體受到的外界作用穩(wěn)定一定時間后,載流子濃度將不隨時間變化,此時的半導(dǎo)體的狀態(tài)稱為穩(wěn)定態(tài)。此時載流子濃度也不滿足：n0p0?ni14.費米能級，準(zhǔn)費米能級

準(zhǔn)費米能級：由于同一能帶內(nèi)，電子的躍遷十分迅速和頻繁，因此，即使在非平衡狀態(tài)下，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的電子分布仍滿足費米分布，即各自處于熱平衡態(tài)準(zhǔn)平衡態(tài)。此時導(dǎo)帶上的電子和價帶上的電子有各自的費米能級準(zhǔn)費米能級補充：

★費米分布函數(shù)是用來描述同一量子態(tài)系統(tǒng)中平衡狀態(tài)下的電子按能級的分布的,也即只有平衡狀態(tài)下才可能有“費米能級〞.

★費米能級不是一個真正存在的能級。它只是用于衡量一個系統(tǒng)的能級水平。15.絕緣體，半導(dǎo)體，能帶結(jié)構(gòu)

絕緣體：價帶全部被電子填滿，禁帶上面的導(dǎo)帶是空帶，且禁帶寬度較大。半導(dǎo)體：價帶全部被電子填滿，禁帶上面的導(dǎo)帶是空帶，但禁帶寬度相對較小。能帶結(jié)構(gòu)：原子的價電子，在晶體中成為共有化電子，產(chǎn)生能級分裂而形成的帶狀結(jié)構(gòu)。能帶結(jié)構(gòu)決定了好多物體的基本特性，如電導(dǎo)性、磁學(xué)特性、光學(xué)特性、光電特性、晶格常數(shù)和彈性等補充：

導(dǎo)體：有未被填滿的價帶。16.擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散長度補充：

◆擴(kuò)散系數(shù)反映載流子在有濃度梯度時運動的難易程度◆遷移率反映載流子在外電場作用下運動的難易程度

◆擴(kuò)散長度的意義:非平衡少數(shù)載流子在邊擴(kuò)散邊復(fù)合的過程中，其濃度減少到原值的1/e時擴(kuò)散走過的距離。也表示非平衡載流子深入半導(dǎo)體的平均深度.◆擴(kuò)散長度由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命所決定.尋常材料的擴(kuò)散系數(shù)已有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),因此擴(kuò)散長度作為壽命測量的方法之一.

◆擴(kuò)散流密度：在濃度梯度方向單位時間內(nèi)通過單位面積的非平衡載流子數(shù)17.散射幾率

散射幾率(Pi):描述散射的強(qiáng)弱，它表示單位時間內(nèi)一個載流子受到散射的次數(shù)。18.遷移率補充

◆遷移率是半導(dǎo)體材料的重要參數(shù)，它表示電子或空穴在外電場作用下作漂移運動的難易程度。（四章ppt35）

2◆物理意義：表示在單位場強(qiáng)下電子或空穴所獲得的平均漂移速度大小，單位為m2/V·s或cm2/V·s．19.復(fù)合中心，表面復(fù)合

復(fù)合中心：促進(jìn)復(fù)合過程的雜質(zhì)和缺陷。表面復(fù)合：在半導(dǎo)體表面發(fā)生的復(fù)合過程補充：

表面復(fù)合機(jī)理:表面越粗糙,表面包含的雜質(zhì)或缺陷越多,它們在禁帶中形成復(fù)合中心能級(表面電子能級),促進(jìn)間接復(fù)合.表面越粗糙,載流子壽命越短.20.簡并，非簡并補充：

◆低摻雜半導(dǎo)體中，載流子統(tǒng)計分布尋常遵順玻耳茲曼統(tǒng)計分布。這種電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)。

◆高摻雜半導(dǎo)體，載流子聽從費米統(tǒng)計，這樣的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)

二：判斷題

1，量子態(tài)定義—單位E間隔內(nèi)狀態(tài)數(shù)（錯）

解析：量子態(tài)：一個微觀粒子允許的狀態(tài)。對費米子來說，一個量子態(tài)只能容納一個粒子。

狀態(tài)密度：能帶中能量E附近，單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)p582，電子和空穴的移動都能形成電流（對）3，理想半導(dǎo)體電阻率=0（對）

理想的半導(dǎo)體：無限大的、既沒有雜質(zhì)和缺陷,也沒有晶格振動和電子間的相互碰撞（四ppt25）

理想的半導(dǎo)體的電阻為零:

4，T不變，電離雜質(zhì)濃度越高，遷移率u越?。▽Γ?，電離雜質(zhì)濃度不變，T越高，遷移率u越高（錯）

當(dāng)雜質(zhì)濃度較高時(大于1019cm3)，低溫區(qū)，電離散射為主，因此溫度升高，遷移率有所上升。高溫區(qū)，聲學(xué)波散射作用變顯著，遷移率隨溫度升高而下降。（四章ppt80）

6，絕緣體的Eg大于半導(dǎo)體的Eg（對）

絕緣體：價帶全部被電子填滿，禁帶上面的導(dǎo)帶是空帶，且禁帶寬度較大。半導(dǎo)體：價帶全部被電子填滿，禁帶上面的導(dǎo)帶是空帶，但禁帶寬度相對較小。7，平衡態(tài)的n，p與T無關(guān)（錯）

平衡態(tài)：半導(dǎo)體中載流子濃度不隨時間變化且滿足n0p0?ni，本證載流子濃度是Ni的函數(shù)。

8，n，p與T無關(guān)時，處于平衡態(tài)（錯）9，有效狀態(tài)密度與T無關(guān)（錯）導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度Nc?T3/22是溫度的函數(shù)（三章ppt36）

10，能收容非平衡載流子的缺陷或雜質(zhì)能級為陷阱中心（錯）

陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)或缺陷能收容非平衡載流子的作用稱為陷阱效應(yīng)。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應(yīng)（積累的非平衡載流子數(shù)目可以與非平衡載流

子數(shù)目相比較）的雜質(zhì)或缺陷能級稱為陷阱，而相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷稱為陷阱中心。電子陷阱：能收容電子的雜質(zhì)或缺陷能級?？昭ㄏ葳澹耗苁杖菘昭ǖ碾s質(zhì)或缺陷能級。

11，處于非平衡狀態(tài)時，導(dǎo)帶上的電子隨能級分布仍聽從f(E)（對）

由于同一能帶內(nèi)，電子的躍遷十分迅速和頻繁，因此，即使在非平衡狀態(tài)下，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的電子分布仍滿足費米分布，即各自處于熱平衡態(tài)準(zhǔn)平衡態(tài)。此時導(dǎo)帶上的電子和價帶上的電子有各自的費米能級準(zhǔn)費米能級（五章ppt16）

12，基元是實際晶體的最小重復(fù)單元（對）

基元：實際晶體都包含一個最小的重復(fù)單元，整個晶體可以看作是這個重復(fù)單元在空間的平衡堆積形成。這個最小的重復(fù)單元稱謂基元。13，靠近價帶頂?shù)碾s質(zhì)能級是深雜質(zhì)能級（錯）

深雜質(zhì)能級：若雜質(zhì)提供的施主能級距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)；或提供的受主能能級距離價帶頂較遠(yuǎn)，這種能級稱為深能級，對應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)。

淺雜質(zhì)能級：尋常狀況下，半導(dǎo)體中些施主能級距離導(dǎo)帶底較近；或受主能能級距離價帶頂較近。這種能級稱為淺能級，對應(yīng)的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)。14，表面復(fù)合是間接復(fù)合（對）

表面復(fù)合機(jī)理:表面越粗糙,表面包含的雜質(zhì)或缺陷越多,它們在禁帶中形成復(fù)合中心能級(表面電子能級),促進(jìn)間接復(fù)合.

間接復(fù)合：電子和空穴通過禁帶的能級進(jìn)行復(fù)合

15，對同一個布拉菲點陣，原胞體積不會超過晶胞體積（對）原胞：構(gòu)成布拉菲點陣的最小平行六面體，格點只能在頂點。

晶胞：反映布拉菲點陣對稱性的前提下，構(gòu)成布拉菲點陣的平行六面體。除頂點上外，內(nèi)部和表面也可以包含格點。

16，半導(dǎo)體共價鍵上的電子就是價帶上的電子（錯）未電離的施主或受主雜質(zhì)上也有共價鍵，但上面的電子不是價帶上的電子而是雜質(zhì)能級上的電子

17，雜質(zhì)既可以成為復(fù)合中心，也可以成為陷阱中心（對）復(fù)合中心：促進(jìn)復(fù)合過程的雜質(zhì)和缺陷。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應(yīng)（積累的非平衡載流子數(shù)目可以與非平衡載流子數(shù)目相比較）的雜質(zhì)或缺陷能級稱為陷阱，而相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷稱為陷阱中心。18，同一半導(dǎo)體，電子的擴(kuò)散系數(shù)Dn與遷移率相關(guān)，與空穴Dp無直接關(guān)系（對）19，電子的有效質(zhì)量與電子的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)（對）決定有效質(zhì)量大小的因素

有效質(zhì)量與電子所處的狀態(tài)及能帶結(jié)構(gòu)有關(guān);有效質(zhì)量反比于能譜曲線的曲率；

有效質(zhì)量在能帶底附近為正值，能帶頂附近為負(fù)值;

有效質(zhì)量各向異性:一般地,沿晶體不同方向的有效質(zhì)量不同。只有當(dāng)?shù)饶苊媸乔蛎鏁r，有效質(zhì)量各向同性。

20，空穴的有效質(zhì)量小于0（錯）空穴具有正的有效質(zhì)量

21，同一半導(dǎo)體中，空穴有效質(zhì)量與電子有效質(zhì)量相等（錯）

在價帶頂部，電子的有效質(zhì)量是負(fù)值，空穴的有效質(zhì)量為正值mp*?-mn*

22，費米分布函數(shù)不為0的能量，一定有電子占領(lǐng)（錯）23,半導(dǎo)體的費米能級只能處于禁帶中（錯）24，禁帶寬度與濃度無關(guān)（錯）

簡并半導(dǎo)體中，雜質(zhì)能級擴(kuò)展為能帶并進(jìn)入導(dǎo)帶中與導(dǎo)帶相連，形成新的簡并導(dǎo)帶，使能帶邊緣延伸，導(dǎo)致禁帶寬度變窄（三章P132）

25,周期性勢場中運動的電子，其能量是波矢的周期函數(shù)（對）

因此在K空間中電子的能量是波矢的周期函數(shù)，周期是倒格子空間的基矢（二章ppt28）

26,半導(dǎo)體晶格震動的長波對電子的散射比短波更顯著（對）

根據(jù)準(zhǔn)動量守恒，聲子動量應(yīng)和電子動量具同數(shù)量級，即格波波長范圍也應(yīng)是10-8m．晶體中原子間距數(shù)量級為10-10m,因此起主要散射作用的是波長在幾十個原子間距的長波。（四章ppt45）

27，同一半導(dǎo)體中，電子的準(zhǔn)費米能級與空穴的準(zhǔn)費米能級之差