半导体物理学复习题

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半导体物理学复习题

一：基本概念

1.离子晶体，共价晶体

离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。共价晶体：由共价键结合而成的晶体叫共价晶体。补充：

晶体的分类（按原子结合力的性质分）

离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。原子晶体：晶格格点上交替排列的是原子，依靠共价键结合而成。

分子晶体：占据晶格中格点位置的是分子，依靠范德瓦耳斯力结合而成。金属晶体：晶格格点上排列着失去价电子的离子实，依靠金属键结合而成。2.布喇菲点阵（七大晶系，14种点阵）布喇菲点阵（格子）：实际晶体中，在基元上取一个等同点，这些点在空间中的分布反映了基元在空间的排列结构，这些等同点在空间规则分布称为布喇菲点阵。（晶体中空间等同点的集合）补充：

立方晶系：简立方(cP)、体心立方(cI)和面心立方(cF六方晶系：简六方(hP)

四方晶系：简四方(tP)和体心四方(tI)三方晶系：有简六方(hP)和R心六方(hR)

正交晶系：简正交(oP)、C心正交(oC)、体心正交(oI)和面心正交(oF)单斜晶系：有简单斜(mP)和C心单斜(mC三斜晶系：简三斜(aP3.原胞，晶胞

原胞：构成布拉菲点阵的最小平行六面体，格点只能在顶点。

晶胞：反映布拉菲点阵对称性的前提下，构成布拉菲点阵的平行六面体。除顶点上外，内部和表面也可以包含格点。4.施（受）主杂质，施（受）主电离能

施主杂质：杂质在硅、锗等半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。

施主电离能：多余的一个价电子脱离施主杂质而成为自由电子所需要的能量。受主杂质：杂质在硅，锗等半导体中能接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心。

受主电离能：使空穴解脱受主杂质成为导电空穴所需要的能量。5.量子态密度，状态密度，有效状态密度

量子态密度：k空间单位体积内具有的量子态数目。状态密度：能量E附近单位能量间隔内的量子态数。

有效状态密度：6.深（浅）杂质能级

深杂质能级：若杂质提供的施主能级距离导带底较远；或提供的受主能能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。

浅杂质能级：寻常状况下，半导体中些施主能级距离导带底较近；或受主能能级距离价带顶较近。这种能级称为浅能级，对应的杂质称为浅能级杂质。7.空穴

空穴：把满带中的空状态假想为的一个带正电的“粒子〞。8.有效质量

有效质量：将晶体中电子的加速度与外加的作用力联系起来，并且包含了晶体中的内力作用效果。补充：

有效质量的意义：

★有效质量概括了晶体中电子的惯性质量以及晶体周期势场对电子的作用。★引入有效质量后，晶体中电子所受的外力与加速度的关系与牛顿其次定律类似，只用用有效质量代替惯性质量即可。决定有效质量大小的因素：

★有效质量与电子所处的状态及能带结构有关;★有效质量反比于能谱曲线的曲率；

★有效质量在能带底附近为正值，能带顶附近为负值;

★有效质量各向异性:一般地,沿晶体不同方向的有效质量不同。只有当等能面是球面时，有效质量各向同性。9.理想半导体（实际半导体）

理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷,也没有晶格振动和电子间的相互碰撞（四ppt25）补充：

★理想的半导体的电阻为零:

★实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。

（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。

（3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。

★实际晶体是不完整性，杂质、缺陷、晶格热振动将对电子产生散射，使电子重新趋于对称分布，电流变为零，即存在电阻。10.直接（间接）复合

直接复合：电子在导带和价带之间直接跃迁而产生复合间接复合：电子和空穴通过禁带的能级进行复合11.复合率，产生率

载流子复合率：单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。载流子的产生率：单位时间单位体积内产生的电子-空穴对数。12.陷阱，陷阱中心

陷阱效应：杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。

陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流

子数目相比较）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。电子陷阱：能收容电子的杂质或缺陷能级。空穴陷阱：能收容空穴的杂质或缺陷能级。13.平衡态，非平衡态，稳定态

平衡态：半导体中载流子浓度不随时间变化且满足n0p0?ni2

非平衡态：当半导体受到外界作用(如：光照等)后,载流子分布将与平衡态相偏离,此时的半导体状态称为非平衡态。此时载流子浓度不满足n0p0?ni2

稳定态：当半导体受到的外界作用稳定一定时间后,载流子浓度将不随时间变化,此时的半导体的状态称为稳定态。此时载流子浓度也不满足：n0p0?ni14.费米能级，准费米能级

准费米能级：由于同一能带内，电子的跃迁十分迅速和频繁，因此，即使在非平衡状态下，导带中的电子和价带中的电子分布仍满足费米分布，即各自处于热平衡态准平衡态。此时导带上的电子和价带上的电子有各自的费米能级准费米能级补充：

★费米分布函数是用来描述同一量子态系统中平衡状态下的电子按能级的分布的,也即只有平衡状态下才可能有“费米能级〞.

★费米能级不是一个真正存在的能级。它只是用于衡量一个系统的能级水平。15.绝缘体，半导体，能带结构

绝缘体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。半导体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。能带结构：原子的价电子，在晶体中成为共有化电子，产生能级分裂而形成的带状结构。能带结构决定了好多物体的基本特性，如电导性、磁学特性、光学特性、光电特性、晶格常数和弹性等补充：

导体：有未被填满的价带。16.扩散系数，扩散长度补充：

◆扩散系数反映载流子在有浓度梯度时运动的难易程度◆迁移率反映载流子在外电场作用下运动的难易程度

◆扩散长度的意义:非平衡少数载流子在边扩散边复合的过程中，其浓度减少到原值的1/e时扩散走过的距离。也表示非平衡载流子深入半导体的平均深度.◆扩散长度由扩散系数和材料的寿命所决定.寻常材料的扩散系数已有标准数据,因此扩散长度作为寿命测量的方法之一.

◆扩散流密度：在浓度梯度方向单位时间内通过单位面积的非平衡载流子数17.散射几率

散射几率(Pi):描述散射的强弱，它表示单位时间内一个载流子受到散射的次数。18.迁移率补充

◆迁移率是半导体材料的重要参数，它表示电子或空穴在外电场作用下作漂移运动的难易程度。（四章ppt35）

2◆物理意义：表示在单位场强下电子或空穴所获得的平均漂移速度大小，单位为m2/V·s或cm2/V·s．19.复合中心，表面复合

复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷。表面复合：在半导体表面发生的复合过程补充：

表面复合机理:表面越粗糙,表面包含的杂质或缺陷越多,它们在禁带中形成复合中心能级(表面电子能级),促进间接复合.表面越粗糙,载流子寿命越短.20.简并，非简并补充：

◆低掺杂半导体中，载流子统计分布寻常遵顺玻耳兹曼统计分布。这种电子系统称为非简并性系统。

◆高掺杂半导体，载流子听从费米统计，这样的电子系统称为简并性系统

二：判断题

1，量子态定义—单位E间隔内状态数（错）

解析：量子态：一个微观粒子允许的状态。对费米子来说，一个量子态只能容纳一个粒子。

状态密度：能带中能量E附近，单位能量间隔内的量子态数p582，电子和空穴的移动都能形成电流（对）3，理想半导体电阻率=0（对）

理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷,也没有晶格振动和电子间的相互碰撞（四ppt25）

理想的半导体的电阻为零:

4，T不变，电离杂质浓度越高，迁移率u越小（对）5，电离杂质浓度不变，T越高，迁移率u越高（错）

当杂质浓度较高时(大于1019cm3)，低温区，电离散射为主，因此温度升高，迁移率有所上升。高温区，声学波散射作用变显著，迁移率随温度升高而下降。（四章ppt80）

6，绝缘体的Eg大于半导体的Eg（对）

绝缘体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。半导体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。7，平衡态的n，p与T无关（错）

平衡态：半导体中载流子浓度不随时间变化且满足n0p0?ni，本证载流子浓度是Ni的函数。

8，n，p与T无关时，处于平衡态（错）9，有效状态密度与T无关（错）导带的有效状态密度Nc?T3/22是温度的函数（三章ppt36）

10，能收容非平衡载流子的缺陷或杂质能级为陷阱中心（错）

陷阱效应：杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。

陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流

子数目相比较）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。电子陷阱：能收容电子的杂质或缺陷能级。空穴陷阱：能收容空穴的杂质或缺陷能级。

11，处于非平衡状态时，导带上的电子随能级分布仍听从f(E)（对）

由于同一能带内，电子的跃迁十分迅速和频繁，因此，即使在非平衡状态下，导带中的电子和价带中的电子分布仍满足费米分布，即各自处于热平衡态准平衡态。此时导带上的电子和价带上的电子有各自的费米能级准费米能级（五章ppt16）

12，基元是实际晶体的最小重复单元（对）

基元：实际晶体都包含一个最小的重复单元，整个晶体可以看作是这个重复单元在空间的平衡堆积形成。这个最小的重复单元称谓基元。13，靠近价带顶的杂质能级是深杂质能级（错）

深杂质能级：若杂质提供的施主能级距离导带底较远；或提供的受主能能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。

浅杂质能级：寻常状况下，半导体中些施主能级距离导带底较近；或受主能能级距离价带顶较近。这种能级称为浅能级，对应的杂质称为浅能级杂质。14，表面复合是间接复合（对）

表面复合机理:表面越粗糙,表面包含的杂质或缺陷越多,它们在禁带中形成复合中心能级(表面电子能级),促进间接复合.

间接复合：电子和空穴通过禁带的能级进行复合

15，对同一个布拉菲点阵，原胞体积不会超过晶胞体积（对）原胞：构成布拉菲点阵的最小平行六面体，格点只能在顶点。

晶胞：反映布拉菲点阵对称性的前提下，构成布拉菲点阵的平行六面体。除顶点上外，内部和表面也可以包含格点。

16，半导体共价键上的电子就是价带上的电子（错）未电离的施主或受主杂质上也有共价键，但上面的电子不是价带上的电子而是杂质能级上的电子

17，杂质既可以成为复合中心，也可以成为陷阱中心（对）复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷。

陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比较）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。18，同一半导体，电子的扩散系数Dn与迁移率相关，与空穴Dp无直接关系（对）19，电子的有效质量与电子的能带结构有关（对）决定有效质量大小的因素

有效质量与电子所处的状态及能带结构有关;有效质量反比于能谱曲线的曲率；

有效质量在能带底附近为正值，能带顶附近为负值;

有效质量各向异性:一般地,沿晶体不同方向的有效质量不同。只有当等能面是球面时，有效质量各向同性。

20，空穴的有效质量小于0（错）空穴具有正的有效质量

21，同一半导体中，空穴有效质量与电子有效质量相等（错）

在价带顶部，电子的有效质量是负值，空穴的有效质量为正值mp*?-mn*

22，费米分布函数不为0的能量，一定有电子占领（错）23,半导体的费米能级只能处于禁带中（错）24，禁带宽度与浓度无关（错）

简并半导体中，杂质能级扩展为能带并进入导带中与导带相连，形成新的简并导带，使能带边缘延伸，导致禁带宽度变窄（三章P132）

25,周期性势场中运动的电子，其能量是波矢的周期函数（对）

因此在K空间中电子的能量是波矢的周期函数，周期是倒格子空间的基矢（二章ppt28）

26,半导体晶格震动的长波对电子的散射比短波更显著（对）

根据准动量守恒，声子动量应和电子动量具同数量级，即格波波长范围也应是10-8m．晶体中原子间距数量级为10-10m,因此起主要散射作用的是波长在几十个原子间距的长波。（四章ppt45）

27，同一半导体中，电子的准费米能级与空穴的准费米能级之差