半导体物理学复习指导

半导体物理考前复习（第一章）金刚石的结构特点；导体、半导体和绝缘体的能带图，相关能带结构名词、固体导电的原因、半导体导电性从能带方面解释；本征激发的概念；有效质量的概念及其意义、有效质量的计算、电子空穴有效质量的特点、能带宽度与有效质量的关系、能量（有效质量，速度、加速度）与波矢之间的变化关系图；准动量的概念和计算；等能面的概念及其种类；回旋共振的原理和主要理论公式、该方法的主要作用；硅、锗等能面的特点、能带结构；禁带宽度的概念；1/23/20241直接（间接）带隙的概念；半导体物理考前复习（第一章）禁带宽度随随温度变化的规律；窄（宽）禁带宽度半导体的概念及分界标准1/23/20242半导体物理考前复习（第二章）杂质的来源和其在半导体中存在的类型；施主杂质、施主能级的概念及其形成过程、特点，及相关名词，n型半导体；施主杂质能级图、分立能级的特点；受主杂质、受主能级的概念及其形成过程、特点，及相关名词，p型半导体；施主杂质能级图、分立能级的特点；浅能级杂质和深能级杂质；浅能级杂质电离能的概念及其简单计算（类氢模型）；杂质的补偿作用；深能级杂质能级的特点（可同时产生施主和受主能级）；杂质的双性行为；1/23/20243缺陷的来源与分类；点缺陷的概念和种类、热缺陷；位错的概念和种类，各种位错的主要特点；禁带宽度与位错引起体积改变的关系式及各量含义；半导体物理考前复习（第二章）1/23/20244量子态（关于波矢的形式和关于能量的形式）；电子能量与波矢的关系式；状态密度定义；k空间量子态密度（恒值）；利用波矢与能量的关系及k空间量子态密度计算状态密度函数（受等能面形状的影响）；费米分布函数的表达式、其含义和表达式中各物理量的含义；费米分布函数的性质（）；玻尔兹曼分布函数的表达式；玻尔兹曼分布函数和费米分布函数的联系和主要区别；半导体物理考前复习（第三章）1/23/20245简并性系统与简并半导体和非简并性系统与非简并半导体的；导带中电子浓度的计算方法和步骤（①判断系统内行②计算能量关于波矢表达式，反解出波矢k③计算状态密度函数④将状态密度函数与电子分布函数相乘，且在整个能量范围进行积分）；平衡态下电子的浓度表达式导带有效状态密度表达式及其与温度的关系，其值的大小及量纲；价带有效状态密度表达式及其与温度的关系，其值的大小及量纲；载流子浓度乘积的特点及其表达式；载流子浓度乘积的决定因素温度和禁带宽度，与杂质浓度无关）；载流子浓度乘积结论的适用范围（非简并状态下热平衡情况）；半导体物理考前复习（第三章）1/23/20246本征半导体概念及其特点；本征半导体中费米能级与禁带中线相对位置；本征载流子浓度的影响因素（温度和禁带宽度）；杂质能级被电子或空穴占据的概率表达式、相对于费米能级（玻尔兹曼能级的区别）；施主能级上的电子浓度及电离杂质浓度表达式和受主杂质能级上空穴浓度和电离施主浓度表达式；电中心条件、低温弱电离区下电中性条件及该条件下的电子空穴浓度；中间电离区及其特点；强电流区及其特点（①未电离施主占施主杂质的百分数②一定温度下杂质浓度上限的计算③一定浓度下全部电离时温度的计算）；半导体物理考前复习（第三章）1/23/20247过渡区及其特点；高温本征激发区及其特点；杂质能级对费米能级位置的影响、费米能级相对于禁带中线和杂质能级的位置（P75-76图3-13）。一般情况下的载流子浓度的计算（以电中性条件为桥梁注意点中心条件中个带电粒子的含义）；简并半导体的概念及特点、服从的概念分布、杂质能级和费米能级相对于非简并情况下的不同之处；简并条件P75

；低温速冻效应和禁带变窄效应；半导体物理考前复习（第三章）1/23/20248欧姆定律及其相关物理量含义和量纲；电流密度的定义及量纲；欧姆定律的微分形式；电子在电场下的运动（漂移、漂移速度、迁移率等各概念的含义和量纲）电导率的公式半导体中电导率和迁移率；散射的概念、散射产生的根本原因（周期性势场遭到破坏）；自由载流子、（平均）自由程、（平均）自由时间等概念的含义；散射的产生机构（主要机构和次要机构）；平均自由时间与散射概率的关系（倒数）；电导率、迁移率与平均时间的关系P104

；半导体物理考前复习（第四章）1/23/20249迁移率与杂质和温度的关系；多种散射机构存在情况下的总散射概念及其与平均自由时间的关系；电阻率与电导率之间的关系（互为倒数）、电阻率杂质和温度的关系；电阻率（电导率）结合杂质浓度的计算；半导体物理考前复习（第四章）1/23/202410非平衡状态和非平衡载流子（过剩载流子）；非平衡载流子的表示、数量关系、非平衡多数载流子和少数载流子；非平衡载流子产生的两种方式；小注入的概念及其满足条件；非平衡载流子复合；少数载流子的寿命、少数载流子衰减曲线单指数形式的推导；载流子寿命测量的方法；热平衡状态的标志——统一的费米能级；非平衡状态下的费米能级特点——导带和价带费米能级不重合——准费米能级，但各自适用；半导体物理考前复习（第五章）1/23/202411准费米能级偏移平衡态费米能级的程度受非平衡载流子浓度的影响规律—多数载流子准费米能级偏离少，少数载流子费米能级偏移多（P132）；复合理论（概念、分类、产生率、复合率、复合中心、有效复合中心的条件）；陷阱效应（形成过程、陷阱中心等概念、最有利于陷阱作用的能级位置（P144））；载流子的扩散运动：浓度梯度、扩散流密度、扩散系数、扩散定律、扩散长度、稳态扩散方程及其通解、稳态方程在不同情况下的具体解（样品足够厚或厚度一定）；爱因斯坦关系式及其作用（非简并情况下扩散系数与迁移率的关系）；连续性方程（各单项表示的过程和含义、牵引长度的含义）；半导体物理考前复习（第五章）1/23/202412半导体物理考前复习（第六章）pn结的结构、形成方法、分类及各自的特点（突变结、线性缓变结）；稳定的空间电荷区（稳定内建电场）的形成过程及相关概念P160）；pn结能带图的结构特点；接触电势差（内建电势差）、势垒高度、接触电势差的影响因素（杂质浓度、温度、材料的禁带宽度）；势垒区中载流子的分布函数、耗尽层；外加电压下势垒区内载流子的运动方向、能带结构的变化、单向导电性；理想pn结模型及其电流电压方程：（模型4要点、电流电压计算步骤）；单向导电性和温度对方向电流的影响（正相关、禁带宽度大，变化快）；实际情况下影响电流电压特性的主要因素（四点）；1/23/202413pn结来源及其分类（势垒电容和扩散电容）；两类电容的形成原因和过程；微分电容的定义；电容的计算步骤（泊松方程→一次积分→二次积分→电容表达式→具体情况下的简化）；pn结击穿的概念、原因、和种类（雪崩、隧道、热电）及各类击穿形成的过程；

pn结隧道效应（负阻特性、隧道结、隧道结能带随外加偏压变化而变化的简单能带图）；隧道结器件特点：①利用多子隧道效应工作，噪声低②温度影响小，工作范围大③频率高；半导体物理考前复习（第六章）1/23/202414MS结构、功函数、接触电势差、表面势；金属-半导体接触后能带结构的变化（n型和p型，Wm>Ws和Wm<Ws）;阻挡层、反阻挡层、能带弯曲情况（P191-193）；表面态及类型；MS结构在偏压下的接触电势差变化和单向导电性（即整流效应）；MS结构扩散理论适用条件（势垒宽度远大于平均自由程）及伏安特性；MS结构热电发射理论适用条件（势垒宽度远小于平均自由程）及伏安特性；肖特基势垒二极管概念、特性；欧姆接触的概念、作用、制作方式；半导体物理考前复习（第七章）1/23/202415MIS结构；表面态的形成原因、种类；MIS结构在外加偏压下表面层电荷的分布情况（多数载流子的堆积状态、多数载流子的耗尽状态和少数载流子的反型状态）；深耗尽状态概念、特点、形成原因；MIS结构电容组成部分（绝缘层电容和半导体空间电荷层电容）及等效关系；影响MIS电容-电压特性的因素（功函数差和绝缘层中的电荷）；硅-二氧化硅系统电荷和能量形式类型（可动离子、固定电荷、表面态、电离陷阱电荷）；快界面态概念和分类；半导体物理考前复习（第八章）1/23/202416半导体物理考前复习考试类型：填空题：30空，每空1分，共30分；选择题：5题，每题2分，共10分；简答题：4题，每题5分，共20分；计算题：4题，每题10分，共40分；1/23/202417143导体、半导体、绝缘体能带图及其导电性解释P10施主杂质、受主杂质、n型p型半导体P38-3911有效质量的定义、特点、意义P10-14244杂质的补偿作用和双性行为P41，491费米分布函数和波尔兹曼分布函数P60-6251/23/2024181简并半导体形成原因、特点及载流子的分布函数P8261低温载流子冻析效应P8571禁带宽度变窄效应P86849准费米能级的概念及作用P131410陷阱效应P1431/23/2024191空间电荷区的形成过程P160111平衡状态下pn结中能带图的形成过程和能带特点P160121理想pn结模型的限制要点P166131pn结击穿、分类和各类击穿的原因与过程P18314415MIS结构中空间电荷层电荷随外加偏压的变化类型16深耗尽状态P2181/23/202420半导体物理考前复习计算题常见考点与答题思路：1、电子有效质量的计算：

一次求导，得极值点位置；

极值点代入，得禁带宽度；

二次求导，按有效质量定义求得有效质量；极值点代入准动量公式，得准动量变化量；1/23/202421半导体物理考前复习2、第三章有关计算（载流子浓度、温度、杂质浓度）：

判断是否是平衡态，是否满足非简并条件；判断半导体类型，判断本征浓度是否可忽略；熟记常用公式；运用相关公式变形，求出未知量；1/23/202422半导体物理考前复习1/23/202423半导体物理考前复习1/23/202424半导体物理考前复习3、第四章有关计算（载流子浓度、杂质浓度，电导率）：n型半导体n>>p