第一章半导体中的电子状态
1.分类说明半导体材料的晶格结构与结合特性。 答：金刚石结构特点：每个原子周围有四个最邻近的原子，组成一个正四面体结构，配位数
是4. 夹角109°28′。金刚石结构可以看成是两个面心立方晶包沿立方体的空间对角线相
互位移四分之一对角线套构而成。
闪锌矿结构特点：双原子复式结构，它是由两类原子各自组成的面心立方晶胞沿立方体的空
间对角线相互位移四分之一对角线套构而成。以共价键为主，结合特性具有不同程度的离子性，称为极性半导体。 2.什么是电子共有化运动？原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同？
答：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一
个原子转移到相邻的原子上去。因而，电子可以在整个晶体上运动。因为个原子中相似壳层
上的电子才有相同能量，电子只能在相似壳层上转移，因此共有化运动的产生是由于不同原子的相似壳层之间的交叠。由于内外层交叠程度很不相同，所以只有最外层电子的共有化运
动才显著。 3.说明能级分裂成能带的根本原因以及内外层能带有何不同？
答：根本原因，当周围n个原子相互靠近时，每个原子中的电子除受到本身原子的势场作用
外，还要受到其他原子的作用，其结果是每一个n度简并的能级都分裂为n个彼此相距很近的能级；·内壳层原来处于低能级，共有化运动很弱，能级分裂的很小，能带窄。外壳层电
子原来处于高能级，共有化运动显著，能带分裂的厉害，能带宽。 4.原子中的电子自由电子和晶体中电子受势场作用情况有何不同？自由电子和晶体中电子
运动情况有何不同？
答: 孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动， 自由电子是在恒定为零的势场中运动， 晶体中的电子是在严格周期性重复排列的势场中运动 5.导体、半导体和绝缘体能带的区别？
答：金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的
导电体。绝缘体禁带宽度大，常温下激发到导带的电子很少，导电性差。
第四章 金属-半导体结
4-1． 一硅肖脱基势垒二极管有0.01 cm2
的接触面积，半导体中施主浓度为1016
cm3−
。
设V7.0
0=ψ，VV
R3.10=
。计算 （a）耗尽层厚度，（b）势垒电容，（c）在表面
处的电场
4-2． （a）从示于图4-3的GaAs肖脱基二极管电容-电压曲线求出它的施主浓度、自建电
势势垒高度。
(b) 从图4-7计算势垒高度并与（a）的结果作比较。
4-3． 画出金属在P型半导体上的肖脱基势垒的能带结构图，忽略表面态，指出（a）
smφφ>
和（b）
smφφ<
两种情形是整流节还是非整流结，并确定自建电势和势垒高度。
4-4． 自由硅表面的施主浓度为153
10cm−
，均匀分布的表面态密度为1221
10
ssDcmeV−−
=
，
电中性级为0.3
VEeV+
，向该表面的表面势应为若干？提示：首先求出费米能级与
电中性能级之间的能量差，存在于这些表面态中的电荷必定与表面势所承受的耗尽
层电荷相等。
4-5． 已知肖脱基二极管的下列参数：V
m0.5=φ
，eV
s05.4=χ
，319
10−
=cmN
c，
315
10−
=cmN
d，以及k=11.8。假设界面态密度是可以忽略的，在300K计算：
（a）零偏压时势垒高度，自建电势，以及耗尽层宽度。
(b)在0.3v的正偏压时的热离子发射电流密度。
4-6．在一金属-硅的接触中，势垒高度为eVq
b8.0=φ
,有效理查逊常数为
222
/10*KcmAR⋅=
，eVE
g1.1=
，316
10−
=cmN
d，以及319
10−
==cmNN
vc。
（a）计算在300K零偏压时半导体的体电势
nV和自建电势。
（b）假设scmD
p/152
=
和umL
p10=
，计算多数载流子电流对少数载流子电流的注
入比。
4-7． 计算室温时金-nGaAs肖脱基势垒的多数载流子电流对少数载流子电流的比例。已知
施主浓度为10153−
cm
，umL
p1=
，6
10
psτ−
=
，以及RR068.0*
=
。
4-8． 在一金属-绝缘体势垒中，外电场ε
1
半导体器件物理复习题
三． P-N结：
概念题：
1. 什么是均匀掺杂P-N结？
半导体的一个区域均匀掺杂了受主杂质，而相邻的区域均匀掺杂了施主杂质。值得注意这种结称谓同质结。
2. 冶金结？
P-N结交接面称谓冶金结。
3. 空间电荷区或称耗尽区？
冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。该区内不存在任何可移动的电子或空穴。N区内的空间电荷区由于存在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。
4. 空间电荷区的内建电场？
空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。
5. 空间电荷区的内建电势差？
空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。
6. P-N的反偏状态？
P-N结外加电压（N区相对于P区为正，也即N区的电位高于P 2
区的电位）时，称P-N结处于反偏状态。外加反偏电压时，会增加P-N的势垒高度，也会增大空间电荷区的宽度，并且增大了空间电荷区的电场。
7. 理解P-N结的势垒电容？
随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可以用P-N结的势垒电容描述。
8.何谓P-N结正偏？并叙述P-N结外加正偏电压时，会出现何种情况？
9.单边突变结？
冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的P-N结。
10.空间电荷区的宽度？
从冶金结延伸到N区的距离与延伸到P区的距离之和。
练习题：
11.画出零偏与反偏状态下，P-N结的能带图。根据能带图写出内建电势的表达式。
12.导出单边突变结空间电荷区内电场的表达式，并根据导出的表达式描述最大电场的表达式，解释反偏电压时空间电荷区的参数如势垒电容，空间电荷区宽度，电场强度如何随反偏电压变化。
13.若固定ND=1015cm-3,分别计算（1）NA=1015cm-3；（2）NA=1016cm-3；
半导体重点总结（1-7章）
绪论
1. 制作pn结的基本步骤。（重点，要求能够画图和看图标出步骤）
第一章． 固体晶体结构
1. 半导体基本上可以分为两类：位于元素周期表IV元素半导体材料和化合物半导体材料。大部分化合物半导体材料是III族和V族化合形成的。
2. 元素半导体，如：Si、Ge； 双元素化合物半导体，如：GaAs（III族和V族元素化合而成）、InP、ZnS。类似的也有三元素化合物半导体。
3. 固体类型：（a）无定形（b）多晶（c）单晶 图见P6
多晶：由两个以上的同种或异种单晶组成的结晶物质。多晶没有单晶所特有的各向异性特征
准晶体: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性。似晶非晶。
4. 原胞和晶胞：原胞是可以通过重复形成晶格的最小晶胞。晶胞就是可以复制出整个晶体
的小部分晶体。
5. （a）简立方 1 个原子（b）体心立方 2 个原子（c）面心立方 4 个原子
计算方法：顶点的一个原子同时被8个晶胞共享，因此对于所求晶胞而言只占有了该原子的1/8；边上、面心和体心原子分别同时被4,2,1个晶胞共享，对于所求晶胞而言分别占有了该原子的1/4,1/2,1/2.如此计算。例如（c）图中8*1/8+6*1/2=1+3=4.
6. 晶格常数：所取的立方体晶胞的边长。单位为A,1A=10^-8cm.
7. 原子体密度：原子个数/体积。
比如上图（c）假设晶格常数为5A。求原子体密度。
8．密勒指数（取面与x,y,z平面截距的倒数）：密勒指数描述晶面的方向，任何平行平面都有相同的密勒指数。
9. 特定原子面密度：原子数/截面面积。
计算方法：计算原子面密度时求原子个数的方法与求体密度时的方法类似，但是应当根据面的原子共用情况来计算。其中有一种较为简便的算法：计算该面截下该原子的截面的角度除处以360，即为该面实际占有该原子的比例。
举例1：计算下图（a）中所显示面所拥有的原子个数和原子面密度：
