半导体复习提纲

1、第一章、第二章1 .能带理论的基本假定是什么？绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。多粒子问题一多电子问题。平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。周期场近似：单电子问题一单电子在周期场中运动的问题。2 .用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。对于满带（价带），其中能级已被电子占满，在外电场的作用下满带中白电子并不形成电流,对导电没有贡献。对于被电子部分占满的能带,在外电场的作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去,形成了

2、电流，起导电作用，我们称之为导带。金属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到违背电子占据的能级，所以金属是良好的导体。绝缘体和半导体类似,下面都是已被电子占满的满带（价带），中间是禁带,上面是空带（导带），所以在热力学零度时，在外电场的作用下并不导电。当外界条件变化时，就有少量电子被激发到空带上去，使能带处于几乎为满或几乎为空的状态，在半导体中，价带顶产生的空的量子状态也称为至X,相当于正电荷的导电作用，电子和空穴在外场作用下就会参与导电。而绝缘体只是禁带宽度太大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下,激发上去的电子很小，导电性差。口绝绿体

3、金属半金属半导体半导体3.解释直接带隙和间接带隙半导体直接能隙晶体吸收间接能隙晶体透明区也接光子 其正起始吸收透明区光子能量力由导带底价带顶7跃迁过程要求能、动量守恒直接跃迁一直接湎 足能动量守恒导带底片+蛇光子能颦力由间接跃迁一需要启 子参加满足能动量 守恒青光/）二月十芥兰o力=E +息27kck直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子,变成热

4、能释放掉。4 .什么是施主杂质，受主杂质？施主杂质：V族杂质在硅、铺中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质；受主杂质：III族杂质在硅、铺中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称他们为受主杂质会p型杂质。5 .杂质原子在晶体中一般处于什么位置替位式杂质：替代晶格原子而处于晶格点处；间隙式杂质：占据晶格原子间的间隙位置。6 .杂质电离能的意义杂质电离能：是指半导体中杂质原子上的价电子从价键上被激发（热激发或光吸收）到导带或者价带中而成为载流子（电子或者空穴）所需要的能量。掺入杂质后，大大增加了载流子的浓度，杂质能级里价带或者导带都很近，所以电

5、离能小。7 .什么是杂质的补偿作用杂质补偿：当半导体中同时掺入施主和受主两种杂质时，施主能级上的电子要跃迁到受主能级上。对于提供载流子来说，两者有互相抵消的作用，有效掺杂浓度等于两者之差。有效施主浓度（有较掺杂浓度）N=Nd-Na8 .晶体中的主要缺陷点缺陷：一定温度下，少量晶格原子获得足够的能量，克服周围原子束缚，挤入晶格间间隙,形成间隙原子，原位置形成空位。线缺陷位错，面缺陷一一层错。9 .深能级杂质在一般的情况下，在半导体中的作用深能级杂质（非III、V族杂质）原子对其价电子的束缚比较紧，则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处（即比较靠近禁带中央）,陷阱效应，复合中心。作用：4Ed（

6、施主能级到导带底）、Ea（受主能级到价带顶）较大，杂质电离作用较弱，对载流子（导电电子和空穴）浓度影响小；对载流子的复合作用较大（复合中心），降低非平衡载流子的寿命。第三章10 .什么是本征半导体本征半导体：完全不含杂质且无缺陷的纯净半导体。本征激发=当半导体而iT0Kl，iM彳仄而敷发到导带去，一同时价带中产生了空穴。一|ii.什么是费米分布？与玻尔兹曼分布有什么关系？费米分布：热平衡状态下，电子按能量大小，具一定的统计分布规律性。费米能级进入导带，考虑泡利不相容原理，用费米分布考虑导带中电子、价带中空穴分布，称载流子的简并化。绝对温度T下的物体内，电子达到热平衡状态时，一个能量为E的独立量

7、子态，被一个电子占据的几率为f（E）；玻尔兹曼是非简并系统，而费米分布是简并系统,E-E（F）koT,电子系统非简并；E-E（F）电子的费米分布函数1 +e212 .非简并半导体载流子浓度的计算公式(2 成 Tm13 .非简并半导体载流子浓度的关系叩=a , .a r exp -A-7114 .杂质半导体的载流子浓度和费米能级随温度的变化低温弱电离区低温时，费米能级在施主能级以上，导带中电子全部由电离施主杂质提供。no=nD,又 nD1中间电离区当温度升高，当 2NcNd , Ef下降到（Ec+Ed）/2 以下,当 Ef=Ed,exp (Ef-Ed/QT) =1,施主杂质有1/3电离。强电离区

8、（饱和区）当温度升高至大部分杂质都电离时称为强电离。过渡区（）处于饱和区和完全本征激发之间是称为过渡区。 质浓度，po是价带中空穴浓度。no是导带中电子浓度,Nd是全部电离的杂no=N d +p。高温本征激发区（500K T ）继续升高温度，使本征激发产生的载流子浓数远多于杂质电离的载流子数noND,poN d电中性条件：（非简并载流子浓度关系）21QB(M020费米分布函数与温度的关系室温时，kT=0.026eV15 .简并化的条件载流子浓度很高：需要考虑泡利不相容原理。J温度较低：低掺杂的半导体和较高温度下的半导体，都可以认为是非简并半导体。有效质量m*较小。：波动性不明显，则可看成为经典

9、的载流子，它们遵从经典的统计分布。在三个以上条件下，载流子即容易出现量子特性，这时的载流子就是简并载流子。需要考虑泡里不相容原理的限制。第四章16.漂移电流的计算表达式漂移电流：1漂=nqsv电流密度：（J）漂=nqv平均漂移速度：v = n E由4】6 H电碣串与温堂三系水件甯n：电子浓度v：平均漂移速度s截面面积pn:电子迁移率（空穴n-p）E：外加电场17 .解释电阻率随温度的变化（图4-16）纯半导体材料电阻率由本征载流子浓度n决定。杂质浓度的桂样品的电阻率和温度的关系，曲线大致分为三段;段温度很低,本征激发可忽略，藏流产主姿由杂质电陶提供，它随温度升高而堆加工散射主要由电离杂质决定,

10、迁移率也随温度升高而增大,所以.电阻率做温度升高而下降.我段温度继续升高（包括室温）.杂质已全部电毫,本征激发还不十分显著.毂浪子基本上不随温堂变化.品格振劭散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大.匚段温度继续升高，本征激发很快增加，大景本征载曲子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，这时，本征激发成为矛W的主要方面,杂质半导体的电阴率将随温度的升高而急剧地下修，表现出同本征半导体相似的特汴很明显杂质浓度越高，进入本证导电占优势的温度也越高I材料的禁带宽度越大归一温度卜的本征囊漉子浓度就越低，进入本征导电的温度也越高，温度高到本征导电起主要作用时，一般器件就

11、不能正常工作，它就是器件的最高工作温度般地说错器件最高匚作湍度为。（,硅为250c,而髀化像可达450c.18 .迁移率与平均自由时间的关系迁移率?平均自由时间和有效质量的关系.通过计算外电场作用下载流子的平均漂移速度，对于有效质量各向同性的电子和空穴，其迁移率分别为=07附/m：和户=叫E口19 .半导体中主要的散射机构电离杂质散射:施主或受主杂质电离后为一个带正电或带负电的离子,在电离施主或受主附近形成一个库仑势场，这一库仑势场局部的破坏了杂质附近的周期性势场，使载流子散射。晶格振动散射：1、声学波散射：（低频）2、光学波散射：（高频）PhNT*PsocT3121 （P散射几率，N杂质浓度

12、。）半-导体中裁流子遭到放射的根本原因；在于品格周期性势场遭到破坏而存在有附加势场，因此凡是能够导致晶格周期性势场遭到破坏的因素都会引发载流子的散射。第五章20 .什么是准费米能级在非简并情况下H岛一律.其中“，和%分别为平衡电子浓度和平衡空穴浓度/是本证载流子浓度，但是有过剩载流子的情况下r上式不在成交.不能够用统一的费米能级.一股引进一个准费米能级来描述电子浓度和空穴浓度冷”和产为非平衡条件下体内或表面空间电荷区中的电子浓度和空穴浓度,它们可以表示为n=.exp。-跖p二四呻仃其中匕.“和Ek成为准费米能级-21 .载流子直接复合与间接复合有何区别直接复合：电子在导带和价带间直接跃迁。间接

13、复合：电子和空穴通过禁带的能级(复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷)进行复合。22.扩散电流的表达式 空穴扩散流密度：=一&d /( V)c/x扩散电流密度：(Jn)扩=qSn (电子) (Jp)扩=qSp (空穴)D:扩散系数， p (x)空穴浓度关于位置的关系，求导得 浓度梯度。23 .爱因斯坦关系kJ对于电子:对于空穴：n-p同时存在扩散和漂移运动时电流密度的方程式:产LTdAn+叫必K第六章25.PN结的能带图（平衡，正偏，反偏）26.PN结接触电势差的推导qi力工e夕相、一产卬27.简述PN结的工作原理28 .影响PN结I-V特性的主要非理想因素表面效应势垒区中的产生及复合大注入条件

14、串联电阻效应（二）偏置PN结及其LV特性正斛因对于弗M加正电出，此时两侧的电岩第要低于热平雨时的值，反褊：PN结的n区相材于p区和正电压,从血使p区与n区之间势空的大小超过热平衙状态.囊薄注入：外加的医时.PN结内载流于穿过空间电荷区进入p区域n区的过程.空间电荷区复合产生电麓:当存在高的先阱乂言中心时,少子将不再无变化地通过耗尽区口正向偏置为复合电流,反向偏置时为产生电流,对PN结总电流贡献是在理想电流基础上电流兽加.更号也端,穿越空间电荷区时发生复合的电子。空穴产生的正偏N结电流&产生电流：PN结空间比荷区内山广电心空穴对热产生效应而形成的反偏电流.反向增和电漉*PN络体内的理想反向电流,

15、29 .pn结的势垒电容，扩散电容势垒电容：（多子，反向电压促进）PN结交界处的势垒区的空间电荷量随结两端电压变化而引发改变，从而显现电容效应。扩散电容：（少子，正向电压促进）由于扩散区的电荷数随外加电压而变化产生的电容。第七八章30 .什么是金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子,由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量31 .比较肖特基二极管与pn二极管的异同同：具有相似的电压，I-V特性曲线，都具有单向导电性。异：pn结正向导通时主要有少子积累，后靠扩散形成电流，（具电容效应）高频性能不好;肖特、主要、多子进入金属形成，高频特性好。相同势垒高度肖特基的电流比pn结的反响饱和电流大得多，即同一电流，肖有较低的导通电压。32 .影响MIS结构的平带电压的主要因素影响因素：金属与半导体功函数差；界面电荷。13n型率导体Ml$转构的GV薄枝测战期奉对MI5玷构性却喻34.解释MIS结构的表面场效应，并画出能带图，电荷分布图。MIS表面场效应：表面态和体内电子态之间交换电子；功函数不同的金属和半导体接触时，形成接触电势差；使半导体表面外吸附某种带电离子。形成表面电场MIS结构中由于金属、半导体功函数不同，