当前位置：文档之家 › 半导体物理考试重点 (1)

半导体物理考试重点 (1)

  • 格式：doc
  • 大小：354.50 KB
  • 文档页数：14

半导体物理考试重点

题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分

一．名词解释

1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。

2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。

3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。

4、多子、少子

（1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。

（2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。

5、禁带、导带、价带

（1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。

（2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，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，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带

（3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带

6、杂质补偿

施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。

7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能

8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。

（2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级

（3）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

9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级EF 之差。

10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。

11、直/间接复合

（1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。

（2）间接复合：电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行的复合方式称为间接复合。

12、（1）非平衡载流子：半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。

（2）非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的平均生存时间。

13、小注入条件：当注入半导体材料的非平衡载流子的浓度远小于平衡时多数载流子的浓度时，满足这个条件的注入称为小注入。

14、（1）载流子迁移率：单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。

（2）载流子产生率：单位时间内载流子的产生数量

15、深/浅能级

（1）浅能级杂质：在半导体中，能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。

（2）深能级杂质：在半导体中，能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。

16、同/异质结

（1）同质结：由同一种半导体材料形成的结称之为同质结，包括pp结、nn结、pn结。

（2）异质结：由不同种半导体材料形成的结称之为异质结，包括pp结、nn结、pn结、np结。

17、表面态与表面态密度钉扎

(1)表面态： 晶体的自由表面的存在，使得周期性势场在表面处发生中断，引起附加能级，电子被局域在表面附近，这种电子状态称为表面态，所对应的能级为表面能级。

(2)表面密度钉扎：在半导体表面，费米能级的位置由表面态决定，而与半导体掺杂浓度等因素无关的现象。

18、陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用，被称为陷阱效应

19、欧姆接触：指金属与半导体的接触，其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻，实现的主要措施是在半导体表面层进行高参杂或引入大量的复合中心。

20、镜像力：在金属－真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，电子也受到感应的正电荷的吸引如负电荷距离金属表面为x，则它与感应出的金属表面的正电荷之间的吸引力，相当于在-x处有个等量的正电荷之间的作用力，即镜像力

21、隧道（齐纳）击穿

隧道击穿是在强电场作用下，有隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。因为最早是有齐纳提出来解释电解质击穿现象的，故叫齐纳击穿。

22、雪崩击穿

雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时，在反向强电场下的碰撞电离, 使载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快。雪崩击穿一般发生在掺杂浓度较低、外加电压又较高的PN结中。

23、肖特基二极管

金属与半导体接触时，若二者功函不同，载流子会在金属与半导体之间流动，稳定时系统费米能级统一，在半导体表面一层形成表面势垒，是一个高阻区域，称为阻挡层。电子必须跨越的界面处势垒通常称为肖特基势垒。

29.扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离。

30.有效质量：电子受到原子核的周期性势场（这个势场和晶格周期相同）以及其他电子势场综合作用的结果。

二．简答题

2、导体、半导体、绝缘体能带的差别

答：（1）在导体中，价带和导带是重叠的，它们之间没有禁带。价电子所在的能带只有部分电子被充满，其余部分是空的。因此即使在很低的温度下也会有大量的处于较高能级的价电子参与导电。

（2）半导体的价带充满了电子，而导带基本上是空的，在价带和导带之间有一个禁带。由于禁带宽度较窄，所以在一定温度下（如室温），也会有一定数量的电子从价带跃迁到导带上，从而在电场的作用下参与导电。

（3）绝缘体的能带结构和半导体类似，只是它的禁带宽度比半导体宽得多，在一般情况下，依靠热激发很难将电子激发到导带上。

3、热电子发射理论与扩散理论（以N型或P型半导体为例）

答：以N型半导体为例

（1）热电子发射理论：当n型阻挡层很薄，以至于电子平均自由程远大于势垒宽度时，电子在势垒区的碰撞可以忽略，因此，这时起决定作用的是势垒高度。半导体内部的电子只要有足够的能量越过势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属。同样，金属中能超越势垒顶的电子也都能到达半导体内。理论计算可以得出，这时的总电流密度Jst与外加电压无关，是一个更强烈地依赖于温度的函数。

（2）扩散理论：对于n型阻挡层，当势垒宽度比电子平均自由程大得多时，电子通过势垒区将发生多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层。扩散理论正是适用于这样的厚阻挡层。此时，总电流密度JsD与外加电压有关。

4、MIS结构能带图与反型层的简单解释（考N型）（211页）

答：（1）MIS结构反型层能带图

（2）解释

对于N性半导体，当加于金属和半导体间的反向电压达到一定值时，表面势Vs为负值，表面处能带强烈地向上弯曲。这时表面处费米能级位置可能低于禁带中央能级Ei，也就是费米能级离价带顶比导带底还要更近一些，这意味着表面处空穴浓度将超过电子浓度，即形成与原来半导体衬底导电类型相反的一层，称作反型层。在这种情况下，半导体空间电荷层内的正电荷由两部分组成，一部分是耗尽层中已电离的施主负电荷，另一部分是反型层中的空穴，后者主要堆积在近表面区。

6、金半接触如何形成欧姆接触？

答：在不考虑表面态的时候，重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流。金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。当隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。所以，当半导体重掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。

7、试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系

答：Si的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段：

（1） 温度很低时，电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱，可以忽

略；载流子主要来源于杂质电离，随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大，导致电阻率随温度升高而降低。

（2） 温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内，杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度升高而升高。

（3） 温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多，虽然迁移率随温度升高而降低，但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。当然，温度超过器件的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。

8.金属与半导体接触时扩散理论和热电子发射理论分别适用条件，以及外界电压和温度对其影响如何？

答：（1）适用范围：扩散理论：载流子平均自由程远大于势垒宽度，即阻挡层较薄时；热电子发射理论：势垒宽度远大于载流子平均自由程，即阻挡层较厚时

（2）热电子发射电流与外加电压无关，但对温度敏感；扩散电流随外界电压变化，但对温度变化敏感不如热电子发射电流

9.电子有效质量的意义是什么？它与能带有什么关系？

答：有效质量概括了晶体中电子的质量以及内部周期势场对电子的作用，引入有

效质量后，晶体中电子的运动可用类似于自由电子运动来描述。

有效质量与电子所处的状态有关，与能带结构有关：

（1）、有效质量反比于能谱曲线的曲率：

（2）、有效质量是k的函数，在能带底附近为正值，能带顶附近为负值。

（3）、具有方向性——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。

10.为什么肖特基势垒二极管电流偏离理想较大，与外加电压、掺杂浓度有什么关系？

三、证明题

1、证明：（1）对于某n型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上，即EFn>EF。

（2）对于某p型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之下，即EFp>EF

2.证明同质pn结接触电势差 ，并说明接触电势差

与半导体材料的掺杂浓度和能带隙宽度之间的关系。

9.pn结光伏电池理论上的最大开路电压为多少，其最大理论开路电压主要受哪2iDA0DlnnNNqTkV=

合集下载

半导体物理重点

半导体物理重点

半导体重点

第一章

1.能带论：用单电子近似的方法研究晶体中电子状态的理论成为能带论。

2.单电子近似：即假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其它电子的平均势场中运动的。

3.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体。半导体中，如图所示，下面是被价电子占满的满带，亦称价带，中间为禁带，上面是空带，当温度升高，或者有光照的时候，满带中有少量电子可能被激发到上面的空带中去，此时半导体就能导电了。在半导体中导带的电子和价带的空穴均参与导电，金属中只有电子导电。

4.电子公有化运动：当原子相互接近形成晶体是，不同原子的相似壳层之间就有了一定程度的交叠，电子不再完全局限在一个原子上，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中运动，这种运动就称为电子的共有化运动。

第二章

1.施主杂质：在Si，Ge中电离是能够施放电子而产生导电电子，并形成正电中心的杂质。常见V族杂质有：P，As，Sb

2.受主杂质：在Si，Ge中电离是能够接收电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质。

常见的III族杂质：B，Al，Ga，In

3．深能级：非III，V族杂质在Si，Ge的禁带中产生的施主能级距导带底较远，产生的受主能级距价带顶也较远，通常称这种能级为深能级，相应的杂质为深能级杂质。

作用：这些深能级杂质能够产生多次电离，每一次电离相应的有一个能级。因此这些杂质在Si，Ge的禁带中往往引入若干个能级，而且有的杂质既能产生施主能级，又能产生受主能级。对于载流子的复合作用比前能级杂质强，Au是一种很典型的复合中心，在制造高速开关器件是，常有意掺入Au以提高器件的速度。

4.补偿作用：在半导体中，施主和受主杂质之间的相互抵消的作用称为杂质的补偿。

（1）当N >>N ：为n型半导体，（2）当N >>N ：为P型半导体，（3）N >>N 时，施主电子刚好填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带和价带提供电子和空穴，这种现象称为杂质的高度补偿。

华工半导体物理考试大纲(标重点)

华工半导体物理考试大纲(标重点)

912半导体物理考试大纲

考试内容

1、半导体晶体结构和半导体的结合性质（1-1主要的几种结构）；

2、半导体中的电子状态：

（1）半导体能带的形成（1-2共有化运动），

（2）Ge、Si、GaAs能带结构（1-6,1-7，主要是导带和价带的结构），

（3）有效质量、空穴（1-3,1-4定义要求）

（4）杂质和缺陷能级（2-1施主杂质，施主能级，受主杂质，受主能级，杂质的补偿，深能级和浅能级杂质）；

3、热平衡下半导体载流子的统计分布：

（1）状态密度、费米能级、（3-1,3-2理解定义）

（2）本征半导体（3-3）和杂质半导体的载流子浓度（3-4浓度与温度的关系图），

（3）简并半导体和重掺杂效应(3-6定义要求)；

注意：计算主要在这一章

4、半导体的导电性：

（1） 半导体导电原理（载流子的漂移和扩散运动），

（2） 载流子的漂移运动、迁移率、散射机构（4-1,4-2定义要求），

（3） 半导体电阻率(电导率)随温度和杂质浓度的变化规律（关系图），

（4） 强电场效应、热载流子，负阻效应（4-6,4-7定义要求）；

5、非平衡载流子：

（1）非平衡载流子与准费米能级，非平衡载流子注入与复合（5-1,5-2,5-3定义要求）

（2）复合理论（5-4复合的分类）

（3）非平衡载流子寿命，爱因斯坦关系，载流子漂移、扩散运动（5-6,5-7定义要求），

（4）缺陷效应（定义要求5-5），

（5）连续性方程（5-8计算题可能）；

6、pn结：

（1）平衡与非平衡pn结特点及其能带图（6-1能带图和载流子的分布图），

（2）pn结的I-V特性（6-2J-V曲线，反向饱和电流的定义）

（3）电容特性（6-3势垒电容和扩散电容的定义）

（4）开关特性（单向导电性）

（5）击穿特性（6-4雪崩击穿，隧道击穿和热击穿）；

7、 金属和半导体接触：

半导体物理第八章1

半导体物理第八章1

半导体物理教案－26

1

第8章 半导体表面与MIS结构

许多半导体器件的特性都和半导体的表面性质有着密切关系，例如，晶体管和集成电路的工作参数及其稳定性在很大程度上受半导体表面状态的影响；而MOS器件、电荷耦合器件和表面发光器件等，本就是利用半导体表面效应制成的。因此．研究半导体表面现象，发展相关理论，对于改善器件性能，提高器件稳定性，以及开发新型器件等都有着十分重要的意义。

§8.1 半导体表面与表面态

在第2章中曾指出，由于晶格不完整而使势场的周期性受到破坏时，禁带中将产生附加能级。达姆在1932年首先提出：晶体自由表面的存在使其周期场中断，也会在禁带中引入附加能级。实际晶体的表面原子排列往往与体内不同，而且还存在微氧化膜或附着有其他分子和原子，这使表面情况变得更加复杂。因此这里先就理想情形，即晶体表面无缺陷和附着物的情形进行讨论。

一、理想一维晶体表面模型及其解

达姆采用图8-l所示的半无限克龙尼克—潘纳模型描述具有单一表面的一维晶体。图中x＝0处为晶体表面；x≥0的区域为晶体内部，其势场以a为周期随x变化；x≤0的区域表示晶体之外，其中的势能V0为一常数。在此半无限周期场中，电子波函数满足的薛定谔方程为

)0(20202xEVdxdm

(8-1)

)0()(2202xExVdxdm (8-2)

式中V(x)为周期场势能函数，满足V(x+a)=V(x)。

对能量E＜V0的电子，求解方程(8-1)得出这些电子在x≤0区域的波函数为

])(2exp[)(001xEVmAx (8-3)

求解方程(8-2)，得出这些电子在x≥0区域中波函数的一般解为

kxikkxikexuAexuAx22212)()()( (8-4)

当k取实数时，式中A1和A2可以同时不为零，即方程(8-2)满足边界条件1(0)=2(0)和1(0)=2(0)的解也就是一维无限周期势场的解，这些解所描述的就是电子在导带和价带中的允许状态。

801半导体物理 西电 西安电子科技大学 2022年硕士研究生招生考试自命题科目考试大纲

801半导体物理 西电 西安电子科技大学 2022年硕士研究生招生考试自命题科目考试大纲

1 801半导体物理 考试大纲 一、 总体要求 “半导体物理”要求学生熟练掌握半导体的相关基础理论，了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。重点掌握半导体的晶体结构、半导体中的电子状态和带、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、半导体中的非平衡载流子等相关知识、基本概念及相关理论，掌握半导体中载流子浓度计算、电阻(导)率计算以及运用连续性方程解决载流子浓度随时间或位置的变化及其分布规律的计算等。 “801半导体物理”研究生招生考试是所学知识的总结性考试，考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。 二、 知识要点 （一）半导体晶体结构和缺陷 1.主要内容 半导体的分类及其特点，半导体的性质及导电能力对外界因素的依赖性，半导体化学键的性质和半导体的晶体结构，金刚石与闪锌矿结构的特点及其各向异性。 2.具体要求 固体的分类 半导体性质 化学键类型和晶体结构的规律性 半导体晶体结构与半导体键的性质 晶格、晶向与晶面 半导体中常用的晶向与晶面 金刚石结构和闪锌矿结构的特点及其各向异性 砷化镓晶体的极性 （二）半导体中的电子状态 1.主要内容 半导体中电子状态与能带，半导体中的电子运动与有效质量，空穴，回旋共振原理与作用，Si的回旋共振实验结果，常用元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。 2.具体要求 2 半导体中的电子状态、表征和能带 半导体中电子的运动和有效质量，有效质量的意义 本征半导体的导电机构， 空穴的概念，空穴等效概念的作用与意义 回旋共振原理、作用及其Si晶体的回旋共振实验结果 Si、Ge和典型化合物半导体的能带结构 （三）半导体中杂志和缺陷能级 1.主要内容 半导体中的杂质和缺陷，元素半导体中的杂质和缺陷能级，化合物半导体中的杂质能级、位错和缺陷能级。 2.具体要求 Si和Ge晶体中的杂质和杂质能级 杂质的补偿作用与应用 深能级杂质 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质能级 等电子杂质与等电子陷阱 半导体中的缺陷与位错能级 （四）半导体中载流子的统计分布 1.主要内容 状态密度，分布函数、Fermi能级，载流子统计分布，本征和杂质半导体的载流子浓度，补偿半导体的载流子浓度，简并半导体 2.具体要求 状态密度的定义与计算 分布函数 费米能级、费米能级意义 非简并半导体载流子的统计分布 本征半导体的载流子浓度 杂质半导体的载流子浓度 杂质补偿半导体的载流子浓度 简并半导体及载流子浓度、简并化判据、简并半导体的特点与杂质带导电 3 载流子浓度的分析计算方法及其影响载流子浓度的因素 （五）半导体的导电性 1.主要内容 载流子的漂移运动，迁移率，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率与杂质浓度和温度的关系，强场效应与热载流子 2.具体要求 漂移的概念与规律 载流子漂移运动 迁移率定义及物理意义 载流子散射概念 半导体中的主要散射机制、特点及其影响因素 半导体中其它因素引起的散射 迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 载流子在强电场下的效应 高场畴区与Gunn效应； （六）非平衡载流子 1.主要内容 非平衡状态，非平衡载流子的产生与复合，非平衡载流子寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，非平衡载流子载流子的扩散与漂移，爱因斯坦关系，连续性方程 2.具体要求 非平衡状态及其特点 非平衡载流子的注入与复合 准费米能级概念与意义 非平衡载流子的寿命及其影响因素 直接复合与间接复合理论 表面复合 陷阱效应 扩散概念与规律 半导体中载流子的扩散运动 4 Einstein关系 半导体中的电流构成 连续性方程的建立及意义 连续性方程的典型应用 三、 考试形式 1、考试时间：180分钟。 2、试卷分值：150分。 3、考试方式：闭卷考试。