半导体复习提纲.docx

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半导体复习提纲

第一章、第二章

1.能带理论的基本假定是什么？

①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→多电子问题。

②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。

③周期场近似：

单电子问题→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的电子并不形成电流,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空穴，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。

3.解释直接带隙和间接带隙半导体

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、锗中电离时，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、锗中电离时，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。

8.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——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：

△ED（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：

当半导体的温度T>0K时，有电子从价带激发到导带去，同时价带中产生了空穴。

11.什么是费米分布？

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）<

12.非简并半导体载流子浓度的计算公式

13.非简并半导体载流子浓度的关系

14.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nD<>1

●中间电离区

当温度升高，当2NC>ND，EF下降到（EC+ED）/2以下，当EF≈ED,exp（EF-ED/kOT）=1,施主杂质有1/3电离。

●强电离区（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。

no是导带中电子浓度，ND是全部电离的杂质浓度，po是价带中空穴浓度。

no=ND+po

●高温本征激发区（500K↑）

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no>>ND,po>>ND

电中性条件：

（非简并载流子浓度关系）

15.简并化的条件

①载流子浓度很高：

需要考虑泡利不相容原理。

②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。

③有效质量m*较小。

：

波动性不明显，则可看成为经典的载流子，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：

I漂=—nqsvn：

电子浓度v：

平均漂移速度s截面面积

电流密度：

（J）漂=—nqv

平均漂移速度：

v=μnEμn：

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）

①纯半导体材料电阻率由本征载流子浓度n决定。

②

18.迁移率与平均自由时间的关系

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）

（P散射几率，N杂质浓度。

）

第五章

20.什么是准费米能级

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：

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

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：

24.连续性方程

第六章

25.PN结的能带图（平衡，正偏，反偏）

平衡时：

加正向偏电压V：

加反向偏电压V：

26.PN结接触电势差的推导

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

1　表面效应

2　势垒区中的产生及复合

3　大注入条件

4　串联电阻效应

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

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。

33.解释MIS结构的高频C-V和低频C-V特性

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，或绝缘层存在带电离子或界面态的原因表面会有表面场效应。

平带能带图：

能带、电荷分布图：

p型n型（△）

1.1

3.133.173.19

4.14.64.134.17

5.25.95.17

6.46.11

8.18.48.7