半导体物理复习资料

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1、材料学院无机07-3班半导体物理复习资料(修订版)半导体物理复习资料(修订版)写在前面的话：根据金老师的最新答疑课程，对上一版的复习资料进行修订与完善，仅供参考，具体内容请以教材为准。所涉及的知识是根据第七版《半导体物理学》标注的，与第四版的有所不同。第一章半导体中的电子状态1.导体、半导体、绝缘体的划分：Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流；Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生；Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。2.电子的有效质量是，空

2、穴的有效质量是；，电量等值反号，波矢与电子相同能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。3.半导体中电子所受的外力的计算。4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。第二章半导体中杂质和缺陷能级1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED；施主能级很接近于导带底；受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA；受主能级很接近于价带顶。施主能级图受主能级图2.浅能级杂质：杂质的电离能远

3、小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。总结：王钊-6-和谐无机和美三班欢迎提出宝贵意见材料学院无机07-3班半导体物理复习资料(修订版)3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As)掺入Ⅳ族杂质原子(Si)，Si为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。设，；则由，可得p值；①时，近似认为本征半导体，；②时，本征电导；时，杂质能级靠近导带底；第三章

4、半导体中载流子的统计分布1.费米分布函数(简并半导体)(本征)；(杂质)；总结：王钊-6-和谐无机和美三班欢迎提出宝贵意见材料学院无机07-3班半导体物理复习资料(修订版)玻尔兹曼分布函数(非简并半导体)；2.费米能级：；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。费米能级的位置：本征半导体的费米能级位于本征能级(禁带宽度的一半)上，根据杂质离子的不同，费米能级的位置有所不同；3.由得到本征半导体载流子浓度乘积：；4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：低温下，导带中的

5、电子全部由电离施主杂质提供，此时p0=0，，故电中性条件：；由得：，因此：；取对数并化简得：；它与温度、杂质浓度以及掺入何种杂质原子有关。在低温极限T→0K时，；故；即在低温极限T→0K时，费米能级位于导带底和施主能级间的中线处。此外，还需会计算相关电子浓度，及费米能级的位置等。5.有一半导体，，；已知：，；解：①，故半导体1为p型半导体；，故半导体2为本征半导体；②已知：；；，求的关系(费米能级相对本征能级的位置)。总结：王钊-6-和谐无机和美三班欢迎提出宝贵意见材料学院无机07-3班半导体物理复习资料(修订版)第四章半导体的导电性1.载流子散射的概念：所谓自由

6、载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。2.半导体的主要散射机构：Ⅰ电离杂质的散射；Ⅱ晶格振动的散射：①声学波散射；②光学波散射；Ⅲ其他因素引起的散射：①等同的能谷间散射；②中性杂质散射；③位错散射；④合金散射；3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导：设有N个电子以速度v沿某方向运动，N(t)表示在t时刻尚未遭到散射的电子数，按散射概率的定义，在t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为；∴∴；解微分方程：；其中N0是t=0时未遭散射的电子数；∴t到（t+Δt）时间内被散射的电

7、子数为；∴平均自由时间；等于散射概率的倒数。4.电阻率与温度的关系曲线：AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降。BC段：温度继续升高，杂质已全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动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。C段：温度继续升高，本证激发很快增加，大量本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，这时，本证激发成为矛盾的主要方面，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降

8、，表现出同