半導體物理學復習題

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半導體物理學復習題

一：基本概念

1.離子晶體，共價晶體

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

晶體的分類（按原子結合力的性質分）

離子晶體：正負離子交替排列在晶格格點上，靠離子鍵結合成。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構，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，構成布拉菲點陣的平行六面體。除頂點上外，內部和表面也可以包含格點。4.施（受）主雜質，施（受）主電離能

施主雜質：雜質在硅、鍺等半導體中電離時，能夠釋放電子而產生導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而成為自由電子所需要的能量。受主雜質：雜質在硅，鍺等半導體中能接受電子而產生導電空穴，并形成負電中心。

受主電離能：使空穴解脫受主雜質成為導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的量子態(tài)數(shù)。

有效狀態(tài)密度：6.深（淺）雜質能級

深雜質能級：若雜質提供的施主能級距離導帶底較遠；或提供的受主能能級距離價帶頂較遠，這種能級稱為深能級，對應的雜質稱為深能級雜質。

淺雜質能級：尋常狀況下，半導體中些施主能級距離導帶底較近；或受主能能級距離價帶頂較近。這種能級稱為淺能級，對應的雜質稱為淺能級雜質。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.有效質量

有效質量：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力作用效果。補充：

有效質量的意義：

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

★有效質量與電子所處的狀態(tài)及能帶結構有關;★有效質量反比于能譜曲線的曲率；

★有效質量在能帶底附近為正值，能帶頂附近為負值;

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

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

★理想的半導體的電阻為零:

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

（2）理想半導體是純凈不含雜質的，實際半導體含有若干雜質。

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

★實際晶體是不完整性，雜質、缺陷、晶格熱振動將對電子產生散射，使電子重新趨于對稱分布，電流變?yōu)榱悖创嬖陔娮琛?0.直接（間接）復合

直接復合：電子在導帶和價帶之間直接躍遷而產生復合間接復合：電子和空穴通過禁帶的能級進行復合11.復合率，產生率

載流子復合率：單位時間單位體積內復合掉的電子-空穴對數(shù)。載流子的產生率：單位時間單位體積內產生的電子-空穴對數(shù)。12.陷阱，陷阱中心

陷阱效應：雜質或缺陷能收容非平衡載流子的作用稱為陷阱效應。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應（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）的雜質或缺陷能級稱為陷阱，而相應的雜質或缺陷稱為陷阱中心。電子陷阱：能收容電子的雜質或缺陷能級?？昭ㄏ葳澹耗苁杖菘昭ǖ碾s質或缺陷能級。13.平衡態(tài)，非平衡態(tài)，穩(wěn)定態(tài)

平衡態(tài)：半導體中載流子濃度不隨時間變化且滿足n0p0?ni2

非平衡態(tài)：當半導體受到外界作用(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)：當半導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，準費米能級

準費米能級：由于同一能帶內，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)準平衡態(tài)。此時導帶上的電子和價帶上的電子有各自的費米能級準費米能級補充：

★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，半導體，能帶結構

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

導體：有未被填滿的價帶。16.擴散系數(shù)，擴散長度補充：

◆擴散系數(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

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

◆擴散流密度：在濃度梯度方向單位時間內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):描述散射的強弱，它表示單位時間內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.復合中心，表面復合

復合中心：促進復合過程的雜質和缺陷。表面復合：在半導體表面發(fā)生的復合過程補充：

表面復合機理:表面越粗糙,表面包含的雜質或缺陷越多,它們在禁帶中形成復合中心能級(表面電子能級),促進間接復合.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，理想半導體電阻率=0（對）

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

理想的半導體的電阻為零:

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

當雜質濃度較高時(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大于半導體的Eg（對）

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

平衡態(tài)：半導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無關時，處于平衡態(tài)（錯）9，有效狀態(tài)密度與T無關（錯）導帶的有效狀態(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能級為陷阱中心（錯）

陷阱效應：雜質或缺陷能收容非平衡載流子的作用稱為陷阱效應。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應（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）的雜質或缺陷能級稱為陷阱，而相應的雜質或缺陷稱為陷阱中心。電子陷阱：能收容電子的雜質或缺陷能級?？昭ㄏ葳澹耗苁杖菘昭ǖ碾s質或缺陷能級。

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

由于同一能帶內，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)準平衡態(tài)。此時導帶上的電子和價帶上的電子有各自的費米能級準費米能級（五章ppt16）

12，基元是實際晶體的最小重復單元（對）

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

深雜質能級：若雜質提供的施主能級距離導帶底較遠；或提供的受主能能級距離價帶頂較遠，這種能級稱為深能級，對應的雜質稱為深能級雜質。

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

表面復合機理:表面越粗糙,表面包含的雜質或缺陷越多,它們在禁帶中形成復合中心能級(表面電子能級),促進間接復合.

間接復合：電子和空穴通過禁帶的能級進行復合

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，構成布拉菲點陣的平行六面體。除頂點上外，內部和表面也可以包含格點。

16，半導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上也有共價鍵，但上面的電子不是價帶上的電子而是雜質能級上的電子

17，雜質既可以成為復合中心，也可以成為陷阱中心（對）復合中心：促進復合過程的雜質和缺陷。

陷阱和陷阱中心：有顯著陷阱效應（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）的雜質或缺陷能級稱為陷阱，而相應的雜質或缺陷稱為陷阱中心。18，同一半導體，電子的擴散系數(shù)Dn與遷移率相關，與空穴Dp無直接關系（對）19，電子的有效質量與電子的能帶結構有關（對）決定有效質量大小的因素

有效質量與電子所處的狀態(tài)及能帶結構有關;有效質量反比于能譜曲線的曲率；

有效質量在能帶底附近為正值，能帶頂附近為負值;

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

20，空穴的有效質量小于0（錯）空穴具有正的有效質量

21，同一半導體中，空穴有效質量與電子有效質量相等（錯）

在價帶頂部，電子的有效質量是負值，空穴的有效質量為正值mp*?-mn*

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

簡并半導體中，雜質能級擴展為能帶并進入導帶中與導帶相連，形成新的簡并導帶，使能帶邊緣延伸，導致禁帶寬度變窄（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)準動量守恒，聲子動量應和電子動量具同數(shù)量級，即格波波長范圍也應是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，同一半導體中，電子的準費米能級與空穴的準費米能級之差