浙江大学2005年研究生入学考试复习提纲450半导体物理学

半导体器件物理复习指导纲要半导体器件物理复习指导纲要说明：1.《半导体器件物理复习指导纲要》（以下简称《纲要》）是为吉林大学电子科学与工程学院本科生准备《半导体器件物理》课程的学期末考试所提供的参考资料。

2.《纲要》也可作为吉林大学微电子学与固体电子学专业攻读硕士学位研究生入学考试参考资料。

作为研究生入学考试将出现百分之五〜百分之十的更高能力考察题，这些题可能出现也可能没有出现在《纲要》中。

3.本科生的学期末考试将不考察《纲要》中所出现的〃更高能力考察题〃（※题）。

4.试题可能在《纲要》原题基础上略加变化。

5.0题-自《纲要》发布起两年内两年（含当年）不考试。

6.为适应不断深入的教学改革的需要，《纲要》的内容可能每年有所变化。

变化将在国家精品课程《半导体器件物理与实验》网站《论坛》中通知。

7.《纲要》仅为参考资料，错误之处请谅解并欢迎指正。

复习内容%1.基本概念与问题解释%1.主要理论推导与命题证明%1.主要图、表%1.重要习题解答%1.更高能力考察问题（包括※题）参考资料%1.孟庆巨刘海波孟庆辉著《半导体器件物理》科学出版社2005.1 第一次印刷〜2007. 3第三次印刷%1.学生课堂笔记%1.《半导体器件物理学习指导》孟庆巨编吉林大学国家精品课程网站一半导体器件物理%1.学生作业%1..历年期末试题%1.历年吉林大学微电子学与固体电子学专业攻读硕士学位研究生入学试题及复试试题第二章PN结%1.基本概念与问题解释(37个)PN结同质结异质结。

同型结。

异型结。

高低结金属-半导体结突变结线性缓变结单边突变结空间电荷区中性区耗尽区耗尽近似势垒区少子扩散区扩散近似正向注入反向抽取正偏复合电流反偏产生电流隧道电流产生隧道电流的条件隧道二极管的主要特点过渡电容(耗尽层电容)扩散电容等效电路反向瞬变电荷贮存贮存电荷隧道击穿雪崩击穿临界电场雪崩倍增因子雪崩击穿判据利用热平衡费米能级恒定的观点分析PN结空间电荷区的形成。

第一章 半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。

1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。

1-4、设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E v (k)分别为：2222100()()3C k k k E k m m -=＋和22221003()6v k k E k m m =－；m 0为电子惯性质量，1k a π=；a ＝0.314nm ，341.05410J s -=⨯⋅，3109.110m Kg -=⨯，191.610q C -=⨯。

试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。

题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。

其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。

如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。

1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。

温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。

反之，温度降低，将导致禁带变宽。

因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。

1-3、准粒子、荷正电：+q ； 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； 、E P =-E n （能量方向相反）、m P *=-m n *。

空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。

1-4、①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝2023k m ＋2102()k k m -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m ；由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝22106k m ；∴Eg ＝E min －E max ＝221012k m ＝222012m a π ＝23423110219(1.05410)129.110(3.1410) 1.610π----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n2222200022833C d E dk m m m =+=；∴ 22023/8C n d E m m dk == ③价带顶电子有效质量m ’ 22206V d E dk m =-，∴2'2021/6V n d E m m dk ==- 掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。

第一章 半导体中的电子状态§1.1 锗和硅的晶体结构特征 金刚石结构的基本特征§1.2 半导体中的电子状态和能带 电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。

几种常用半导体的禁带宽度； 本征激发的概念§1.3 半导体中电子的运动 有效质量导带底和价带顶附近的E(k)~k 关系()()2*2nk E k E m 2h -0=； 半导体中电子的平均速度dEv hdk=； 有效质量的公式：222*11dk Ed h m n =。

§1.4本征半导体的导电机构 空穴空穴的特征：带正电；p n m m **=-；n p E E =-；p n k k =-§1.5 回旋共振§1.6 硅和锗的能带结构 导带底的位置、个数； 重空穴带、轻空穴第二章 半导体中杂质和缺陷能级§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级基本概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用。

§2.2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级 杂质的双性行为第三章 半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念§3.1状态密度定义式：()/g E dz dE =；导带底附近的状态密度：()()3/2*1/232()4ncc m g E VE E h π=-；价带顶附近的状态密度：()()3/2*1/232()4p v Vm g E V E E hπ=-§3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi 分布函数：()01()1exp /F f E E E k T =+-⎡⎤⎣⎦；Fermi 能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。

1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级F E 是系统的化学势；2）F E 可看成量子态是否被电子占据的一个界限。

3）F E 的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。

半导体物理学复习提纲（重点）第一章半导体中的电子状态§1.1锗和硅的晶体结构特征金刚石结构的基本特征§1.2半导体中的电子状态和能带电子共有化运动概念绝缘体、半导体和导体的能带特征。

几种常用半导体的禁带宽度；本征激发的概念§1.3半导体中电子的运动有效质量E(k)~k 关系Ek h 2k 2 导带底和价带顶附近的 -E0= * ； 2m n 半导体中电子的平均速度 v dE ；hdk 1 1 2有效质量的公式： dE* 2 2。

m n h dk §1.4本征半导体的导电机构空穴空穴的特征：带正电；m pm n ；E nE p ；k pk n§1.5回旋共振§1.6硅和锗的能带结构导带底的位置、个数；重空穴带、轻空穴第二章半导体中杂质和缺陷能级§2.1 硅、锗晶体中的杂质能级基本概念：施主杂质，受主杂质，杂质的电离能，杂质的补偿作用。

§2.2Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级杂质的双性行为第三章半导体中载流子的统计分布热平衡载流子概念§3.1状态密度定义式：g(E) dz/dE ；*3/2导带底附近的状态密度：2m n1/2 g c(E) 4 V 3 E Ec；h2m*p3/2价带顶附近的状态密度：1/2 g v(E) 4 V3E V Eh§3.2费米能级和载流子的浓度统计分布Fermi分布函数：f(E)1；1exp EE F/k0TFermi能级的意义：它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。

1）将半导体中大量的电子看成一个热力学系统，费米能级E F是系统的化学势；2）E F可看成量子态是否被电子占据的一个界限。

3）E F的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。

费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。

E E Fk0TBoltzmann分布函数：fB(E)e ；导带底、价带顶载流子浓度表达式：E cn0f B(E)g c(E)dEE c* 3 2n0N cE F E c，N c2 m n kT导带底有效状态密度exp 2h3k0T32p0N vE v E FN v2 m p k0Texpk0T， 2 3 价带顶有效状态密度h载流子浓度的乘积n0p0N C N V exp E C E V N C N V expE g的适用范围。

半导体物理考试复习资料半导体物理考试复习资料概念题：1、半导体硅、锗的晶体结构（⾦刚⽯型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。

2、熟悉晶体中电⼦、孤⽴原⼦的电⼦、⾃由电⼦的运动有何不同：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，⽽晶体中的电⼦是在严格周期性重复排列的原⼦间运动（共有化运动），单电⼦近似认为，晶体中的某⼀个电⼦是在周期性排列且固定不动的原⼦核的势场以及其它⼤量电⼦的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，⽽且它的周期与晶格周期相同。

3、晶体中电⼦的共有化运动导致分⽴的能级发⽣劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点：①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。

杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电⼦，导带全空，⾼温下价带中的⼀部分电⼦跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。

③导带与价带间的能隙（Energy gap ）称为禁带（forbidden band ）.禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。

④当原⼦数很⼤时，导带、价带内能级密度很⼤，可以认为能级准连续。

4、晶体中电⼦运动状态的数学描述：⾃由电⼦的运动状态：对于波⽮为k 的运动状态，⾃由电⼦的能量E ，动量p ，速度v 均有确定的数值。

因此，波⽮k 可⽤以描述⾃由电⼦的运动状态，不同的k 值标志⾃由电⼦的不同状态，⾃由电⼦的E 和k 的关系曲线呈抛物线形状，是连续能谱，从零到⽆限⼤的所有能量值都是允许的。

晶体中的电⼦运动：服从布洛赫定理：晶体中的电⼦是以调幅平⾯波在晶体中传播。

这个波函数称为布洛赫波函数。

求解薛定谔⽅程，得到电⼦在周期场中运动时其能量不连续，形成⼀系列允带和禁带。

⼀个允带对应的K 值范围称为布⾥渊区。

5、⽤能带理论解释导带、半导体、绝缘体的导电性。

6、理解半导体中求E （k ）与k 的关系的⽅法：晶体中电⼦的运动状态要⽐⾃由电⼦复杂得多，要得到它的E （k ）表达式很困难。

“半导体物理、器件物理与集成电路”(801)复习提纲一、总体要求“半导体物理、器件物理与集成电路”（801）由半导体物理、半导体器件物理和数字集成电路三部分组成，半导体物理占60%（90分）、器件物理占20%（30分）、集成电路各占20%（30分）。

“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等。

“器件物理”要求学生掌握MOSFET器件物理的基本理论和基本的分析方法，使学生具备基本的器件分析、求解、应用能力。

要求掌握MOS基本结构和电容电压特性；MESFET器件的基本工作原理；MOSFET器件的频率特性；MOSFET器件中的非理想效应；MOSFET器件按比例缩小理论；阈值电压的影响因素；MOSFET的击穿特性；掌握器件特性的基本分析方法。

“数字集成电路”要求考生应深入理解数字集成电路的相关基础理论，掌握数字集成电路电路、系统及其设计方法。

重点掌握数字集成电路设计的质量评价、相关参量；能够设计并定量分析数字集成电路的核心——反相器的完整性、性能和能量指标；掌握CMOS组合逻辑门的设计、优化和评价指标；掌握基本时序逻辑电路的设计、优化、不同形式时序器件各自的特点，时钟的设计策略和影响因素；定性了解MOS器件；掌握并能够量化芯片内部互连线参数。

“半导体物理、器件物理与集成电路”（801）研究生入学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、各部分复习要点●“半导体物理”部分各章复习要点（一）半导体中的电子状态1.复习内容半导体晶体结构与化学键性质，半导体中电子状态与能带，电子的运动与有效质量，空穴，回旋共振，元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。

半导体物理导论复习资料半导体物理导论复习资料半导体物理是现代电子学的基础，理解半导体物理的原理对于电子工程师和科学家来说至关重要。

本文将回顾半导体物理的一些重要概念和原理，帮助读者复习和加深对这一领域的理解。

1. 半导体的基本特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，具有一些独特的物理特性。

首先，半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，这意味着它既可以传导电流，又可以阻止电流的流动。

其次，半导体的电导率可以通过控制外界条件（如温度、施加电场等）来调节，这使得半导体具有可调控性和可变性。

2. 禁带和载流子半导体中的电子和空穴是半导体中的两种载流子。

禁带是指半导体中的能带结构，它将电子的能级分成导带和价带。

导带是电子能量较高的能级，而价带是电子能量较低的能级。

禁带宽度是导带和价带之间的能量差，决定了半导体的导电性能。

3. pn结和二极管pn结是由n型半导体和p型半导体结合而成的。

n型半导体中的电子浓度较高，p型半导体中的空穴浓度较高。

当两者结合时，电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽层。

耗尽层中没有可自由移动的载流子，因此形成了一个电势垒。

这个电势垒可以阻止电流的流动，从而实现了二极管的整流功能。

4. 势垒高度和反向击穿势垒高度是指pn结中电势垒的高度，它决定了二极管的导电性能。

当外加电压使势垒高度增加时，二极管的导电性能会减弱。

反向击穿是指当外加电压超过一定值时，势垒高度会被突破，电流会快速增加。

这种现象可以用来制作稳压二极管和击穿二极管等电子元件。

5. MOSFET和CMOS技术MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的缩写，是现代集成电路中最常用的晶体管结构。

MOSFET的导电性能可以通过调节栅极电压来控制，因此具有高度可调控性和低功耗特性。

CMOS技术是一种基于MOSFET的集成电路制造技术，被广泛应用于数字电路和微处理器的制造。

6. 光电效应和光电器件光电效应是指当光照射到半导体材料上时，会激发出电子和空穴，产生电流。

《半导体物理学》博士研究生入学考试大纲一、将固体物理的晶体结构和能带论的知识应用到半导体中，以深入了解半导体中的电子状态；明确回旋共振实验的目的、意义和原理，进而了解主要半导体材料的能带结构。

包括晶体，金刚石结构，布洛赫函数，单电子近似，有效质量，空穴，回旋共振等。

二、根据不同杂质在半导体禁带中引入能级的情况，了解其性质和作用，由其分清浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用。

包括杂质、缺陷的分类，施主杂质，受主杂质，深能级杂质，浅能级杂质等。

三、应熟练掌握课本中所阐明的基本概念和各种关系，能顺利导出有关重要基本公式，准确计算在各种不同杂质浓度和温度下的费米能级位置和载流子浓度，从而对半导体性质有更深入的理解。

包括热平衡，状态密度，费米分布，玻尔兹曼分布，简并化条件，低温载流子冻析效应，禁带变窄效应等。

四、了解几种主要散射机构的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系，从而明确迁移率、电导率、电阻率与杂质浓度及温度的关系。

包括欧姆定律的微分形式，漂移运动，迁移率，主要散射机制等。

五、在了解本章各种基本要领的基础上，应牢固掌握非平衡载流子的产生、复合、扩散等运动规律，并对总结出来的电流密度方程和连续性方程有一定的理解。

包括直接复合，间接复合，准费米能级，扩散运动，爱因斯坦关系等。

六、了解pn结的物理特性以及能带图，掌握pn结接触电势差、势垒的计算，理解pn结的电流电压pn结电容的意义和计算，了解pn结的击穿机制和隧道效应。

包括势垒高度、宽度，势垒电容，扩散电容，三种击穿机制，电流电压关系等。

七、应对理想和实际的金—半接触能带图应深入理解，在此基础上，对其电流传输理论的几种模型建立，应用和推导要有所了解，并掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法。

包括整流效应，欧姆接触，肖特基势垒，阻挡层，反阻挡层等。

八、通过学习，在认识表面状态的基础上，对理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性有深刻理解，对实际MIS结构中出现的各种情况进行分析，并与理想C-V特性相比较，从而明确如何用C-V法来了解半导体的表面状况，进而对使用最多的Si-SiO2系统的性质有详细的了解。

半导体物理考试大纲第一部分：半导体中的电子状态一．理解下列基本概念能级，能级简并化，共有化运动，能带（导带，价带，满带，空带），禁带，有效质量，纵向（横向）有效质量，k空间等能面，本征半导体，本征激发，空穴（重空穴，轻空穴），载流子。

二．分析掌握下列基本问题1．能带的特点，能带的杂化，能带的描述。

2．导体，半导体，绝缘体能带结构的区别。

3．本征半导体的导电原理。

4．Si，Ge，GaAs能带结构的异同点。

第二部分：半导体中杂质和缺陷能级一．理解下列基本概念杂质，替位式杂质，间隙式杂质，杂质能级施主杂质，施主能级，正电中心，施主电离，电离能，n型半导体受主杂质，受主能级，负电中心，受主电离，P型半导体浅能级杂质，深能级杂质，杂质补偿，中性杂质二．分析掌握下列基本问题1．N型半导体和p型半导体的导电原理2．某些杂质在半导体中产生若干个能级的原理3．杂质的补偿原理及其利弊4．位错在Si（Ge）中起施主或受主作用的原理，及其对Eg的影响第三部分：半导体中载流子的统计分布一．理解下列基本概念热平衡状态，热平衡载流子，费米能级非简化性系统，非简并半导体，简并性系统，简并半导体有效状态密度，状态密度有效质量，多数载流子，少数载流子二．分析掌握下列基本问题1．费米分布函数的性质2．玻氏分布代替费米分布的条件3．导带电子浓度和价带空穴浓度表示式分析推导的思想方法4．杂质半导体EF随杂质浓度变化关系，随温度的变化关系5．载流子浓度随温度的变化关系6．区分半导体载流子出现非简并，弱简并，简并的标准5．各种热平衡状态下半导体电中性条件三．熟识公式并运用1．费米分布函数表示式2．玻氏分布函数表示式3．导带电子浓度，价带空穴浓度表示式4．本征载流子浓度表示式，本征费米能级表示式5．载流子浓度乘积表示式，及其与本征载流子浓度的关系6．饱和电离温度区载流子浓度及EF的表示式（n型和p型半导体）7．过渡温度区载流子浓度表示式（n-s 和p-s）8．简并半导体载流子浓度表示式9．已电离杂质浓度表示式第四部分：半导体的导电性一．理解下列基本概念电流密度，漂移运动，平均漂移速度，迁移率自由时间，平均自由时间，电导有效质量载流子散射，散射几率，格波，声子，弹性散射，非弹性散射热载流子二．分析掌握下列基本问题1．迁移率概念的引进，迁移率简单理论分析的思想方法2．电离杂质散射机理3．迁移率与杂质和温度的关系4．电阻率与杂质和温度的关系5．波尔兹曼方程建立的思想方法6．统计理论分析与简单理论分析得到半导体电导率结果比较7．强电场作用下半导体发生欧姆定律偏离的原因，热载流子产生三．熟识公式并运用1．欧姆定律的微分形式2．电导率表示式（混合型，n型，p型，本征型半导体）3．迁移率表示式4．电离杂质散射和晶格散射几率与温度关系5．电阻率表示式（混合型，n型，p型，本征型半导体）6．波尔兹曼方程表示式7．电导率统计理论的结果表示式第五部分：非平衡载流子一．理解下列基本概念载流子的产生率，复合率，净复合率电子—空穴对的复合几率，半导体非平衡态；非平衡载流子非平衡载流子的复合率，复合几率，积累率准费米能级，非平衡载流子寿命，有效寿命（表观寿命）直接复合，简介复合，表面复合，复合截面，复合中心，复合中心能级陷阱效应，陷阱，陷阱中心扩散系数，扩散长度，扩散速度，牵引长度二．分析掌握下列基本问题1．半导体热平衡态和非平衡态特点的比较2．非平衡载流子的注入与检验的方法的原理3．非平子随时间衰减规律，及其推证思想方法，寿命τ的物理意义4．准费米能级的特点5．复合过程的性质6．直接复合过程分析7．间接复合的特点，间接复合过程的分析8．金在Si中如何起复合中心作用9．表面复合存在的依据及解释10．杂质在半导体中的作用，杂质能级在怎样情况下才有明显的陷阱效应作用，怎样分析最有效的陷阱11．一维稳定扩散的特点，一维稳定扩散的分析思想方法12．爱恩斯坦关系推证的思想方法13．非平载流子既漂移又扩散时的非平子浓度分析14．连续性方程的意义以及具体情况下的求解三．熟识公式并运用1．非平衡载流子随时间衰减规律表示式2．非平衡载流子复合率与非平衡载流子浓度关系表示式3．非平衡导体电子浓度（价带空穴浓度）表示式4．直接复合机构决定的非平衡载流子寿命表示式（大，中，小信号）5．间接复合理论分析得到的非平衡载流子寿命表示式6．连续性方程表示式第六部分：金属和半导体接触一．理解下列基本概念半导体表面，空间电荷区，表面势，表面势垒，表面势垒高度功函数，接触电势垒，接触势垒，高阻区（阻挡层），高电导区（反阻挡层）耗尽层，少子注入，欧姆接触，肖特基势垒二．分析掌握下列基本问题1．外电场作用下半导体表面空间电荷区的形成，表面层电场，电势，电势能的分布及能带图。

《半导体物理》课程考试大纲一、适用专业：集成电路工程二、参考书目：1．刘恩科朱秉升编，半导体物理学，国防工业出版社三、考试内容与基本要求：第一章绪论[考试要求]本章要求学生掌握本课程研究的对象和内容，了解半导体材料及器件的应用，了解本课程的基本要求；了解与半导体晶体相关的概念，重点掌握倒格子、布里渊区的概念，重点了结晶体中的缺陷、晶格振动和晶体中的电子运动。

[考试内容]①晶格、格点、基矢、布里渊区、倒格子等概念②晶体中的缺陷、晶格振动③晶体中的电子运动第二章半导体中的电子状态[考试要求]本章要求学生掌握电子、空穴和有效质量的概念，重点了解和掌握半导体的能带结构，了解半导体中的杂质和缺陷能级。

[考试内容]①电子、空穴和有效质量的概念②能带论，并用能带理论解释半导体物理学中的一些现象③常用半导体的能带结构④半导体中的杂质和缺陷第三章热平衡状态下载流子的统计分布[考试要求]本章要求学生掌握状态密度及费米能级的概念，掌握热平衡状态下本征半导体及杂质半导体的载流子浓度，了解非简并情况下费米能级和载流子浓度随温度的变化。

[考试内容]①状态密度及费米能级的概念以及它们的表达式②热平衡状态下本征及杂质半导体的载流子浓度③非简并情况下费米能级和载流子浓度随温度的变化④简并半导体第四章载流子的漂移和扩散[考试要求]本章要求学生掌握半导体中载流子的各种散射机制，了解电阻率和迁移率与杂质浓度和温度的关系，掌握载流子的扩散和漂移运动、爱因斯坦关系。

[考试内容]①半导体中载流子的各种散射机制②电导率和迁移率③电阻率和迁移率与杂质浓度和温度的关系④载流子的扩散和漂移运动，爱因斯坦关系⑤强电场效应，热载流子第五章非平衡载流子[考试要求]本章要求学生掌握非平衡载流子的注入与复合，了解各种复合理论，连续性方程。

[考试内容]①非平衡载流子的注入与复合②各种复合理论③连续性方程第六章p-n结[考试要求]本章要求学生掌握p-n结概念及其能带图，掌握理想p-n结的电流电压关系，了解p-n 结电容，了解实际p-n结的电流电压关系、p-n结击穿、p-n结隧道效应等。

半导体物理复习提纲《半导体物理学》复习提纲第⼆章平衡状态下半导体体材的特性重点掌握描述每个量⼦态被电⼦占据的⼏率随能量E变化的分布函数；费⽶能级E F；本征半导体的载流⼦浓度；掺杂半导体的载流⼦浓度；第三章⾮平衡状态下半导体体材的特性重点掌握⾮平衡状态指的是什么；载流⼦的漂移输运现象；载流⼦的扩散输运现象；电导率⽅程；爱因斯坦关系；布尔兹曼关系；连续性-输运⽅程第四章平衡和偏置状态下的PN结特性重点掌握PN的能带图；接触势；PN结的偏置；耗尽区厚度与电压的关系；结电容第五章PN结的伏-安特性重点掌握肖克莱定律；正偏条件下的PN 结特性；反偏条件下的PN 结特性；PN 结的瞬态特性第六章半导体表⾯和MIS 结构重点掌握p 型和n 型半导体积累、耗尽、反型和强反型状态下的表⾯感⽣电荷层表⾯势；p 型和 n 型半导体在积累、耗尽、反型和强反型状态下的能带结构MIS 结构的 C-V 第七章⾦属-半导体接触和异质结重点掌握⾦属和掺杂半导体形成的接触；肖特基势垒；功函数；半导体的亲和能；例题：1，分别计算⽐E F ⾼2kT 、3 kT 和低2 kT 、3 kT 能级电⼦的占有⼏率（e = 2.7183）。

解：(1) ⽐E F ⾼2kT 的能级2F E E kT-=根据()()21110.1192117.38911F E E kTf E ee-====+++(2) ⽐E F ⾼3kT 的能级3F E E kT-=根据()()31110.0474121.08591F E E kTf E ee-==(3) ⽐E F 低2kT 的能级2F E E kT-=根据()()21110.8807110.13531F E E kTf E ee--====+++(4) ⽐E F ⾼3kT 的能级3F E E kT-=根据()()31110.95251 1.04981F E E kTf E ee--====++⽐E F ⾼2kT ，3 kT 和低2 kT ，3 kT 能级电⼦的占有⼏率分别是12%、5%、88% 和95%。

基础知识1.导体，绝缘体和半导体的能带结构有什么不同?并以此说明半导体的导电机理（两种载流子参与导电）与金属有何不同？导体能带中一定有不满带；绝缘体能带中只有满带和空带，禁带宽度较宽一般大于2eV；半导体T=0 K时，能带中只有满带和空带，T>0 K时，能带中有不满带，禁带宽度较小，一般小于2eV。

（能带状况会发生变化）半导体的导带没有电子，但其价带中电子吸收能量，会跃迁至导带，价带中也会剩余空穴。

在外电场的情况下，跃迁到导带中的电子和价带中的空穴都会参与导电。

而金属中价带电子是非满带，在外场的作用下直接产生电流。

2.什么是空穴?它有哪些基本特征?以硅为例，对照能带结构和价键结构图理解空穴概念。

当满带附近有空状态k’时，整个能带中的电流，以及电流在外场作用下的变化，完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v（k’）的粒子的情况一样，这样假想的粒子称为空穴。

3.半导体材料的一般特性。

（1）电阻率介于导体与绝缘体之间（2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感（3）性质与掺杂密切相关4.费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么？什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数？为什么通常情况下，半导体中载流子分布都可以用玻耳兹曼分布来描述？麦克斯韦-玻尔兹曼统计的粒子是可分辨的；费米-狄拉克统计的粒子不可分辨，而且每个状态只可能占据一个粒子。

低掺杂半导体中载流子遵循玻尔兹曼分布，称为非简并性系统；高掺杂半导体中载流子遵循费米分布，称为简并性系统。

费米分布：玻尔兹曼分布：空穴分布函数：（能态E不被电子占据的几率）当时有，所以，则费米分布函数转化为，即玻尔兹曼分布。

半导体中常见费米能级位于禁带中，满足的条件，因此导带和价带中的所有量子态来说，电子和空穴都可以用玻尔兹曼分布描述。

5.由电子能带图中费米能级的位置和形态（如，水平、倾斜、分裂），分析半导体材料特性。

靠近费米能级的能带上的载流子远大于远离费米能级那边，因此将该能带上的载流子称为多数载流子简称多子。

博士研究生入学考试《半导体物理》考试大纲本《半导体物理》考试大纲适用于化学工程及技术一级学科新型光电材料制备方向的博士研究生入学考试。

半导体物理学是现代微电子学与固体电子学的重要基础理论课程，它的主要内容包括半导体的晶格结构和电子状态；杂质和缺陷能级；载流子的统计分布；载流子的散射及电导问题；非平衡载流子的产生、复合及其运动规律；半导体的表面和界面─包括p-n结、金属半导体接触、半导体表面及MIS 结构、异质结；半导体的光、热、磁、压阻等物理现象和非晶半导体部分。

要求考生对其基本概念有较深入的了解，能够系统地掌握书中基本定律的推导、证明和应用，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

一、考试方式与时间博士研究生入学《半导体物理》考试为笔试，闭卷考试，考试时间为180分钟。

二、考试主要内容和要求（一）半导体中的电子状态1、考试内容（1）半导体的晶格结构和结合性质；（2）半导体中的电子状态和能带；（3）半导体中的电子运动和有效质量；（4）本征半导体的导电机构，空穴，回旋共振；（5）硅和锗的能带结构；（6）III－V族化合物半导体的能带结构；（7）II－VI族化合物半导体的能带结构。

2、考试要求了解半导体的晶格结构和结合性质的基本概念。

理解半导体中的电子状态和能带的基本概念。

3．掌握半导体中的电子运动规律，理解有效质量的意义。

理解本征半导体的导电机构，理解空穴的概念。

熟练掌握空间等能面和回旋共振的相关公式推导、并能灵活运用。

理解硅和锗的能带结构，掌握有效质量的计算方法。

了解III －V族化合物半导体的能带结构。

了解II－VI族化合物半导体的能带结构（二）半导体中杂质和缺陷能级1、考试内容（1）硅、锗晶体中的杂质能级；（2）III－V族化合物中杂质能级，缺陷、位错能级1 / 12、考试要求理解替位式杂质、间隙式杂质、施主杂质、施主能级、受主杂质、受主能级的概念。

简单计算浅能级杂质电离能。

了解杂质的补偿作用、深能级杂质的概念。

第一章半导体中的电子状态1半导体的三种结构：金刚石型（硅和锗）闪锌矿型（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料以及部分Ⅱ-Ⅵ族化合物如GaAs, InP, AlAs ，纤矿型（Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体ZnS、ZnSe、CdS、CdSe）.结晶学原胞是立方对称的晶胞。

2电子共有化运动：当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层出现交叠，电子可由一个原子转移到相邻的原子，因此，电子可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。

由于内外壳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有效质量：将晶体中电子的加速度与外加的作用力联系起来，并且包含了晶体中的内力作用效果。

有效质量的物理意义：把晶体周期性势场的作用概括到电子的有效质量中去，使得在引入有效质量之后，就可把运动复杂的晶体电子看作为简单的自由电子。

有效质量的正负与位置有关。

大小由共有化运动的强弱有关。

引入有效质量的用处：使讨论晶体电子运动时，问题变得很简单，否则几乎不可能。

4回旋共振就是当半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频电场同时作用下会发生抗磁共振的现象。

该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。

（母的）要样品纯度更高，在低温。

5直接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值相应于相同的波矢k0 间接带隙半导体材料：导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置. 硅、锗与砷化镓的区别：硅锗为间接带隙半导体；砷化镓是直接带隙半导体。

砷化镓的禁带宽度大，E。

-1.43eV，宽于硅，更宽于锗，因此砷化镓半导体器件能在远高于硅半导体器件工作温度、更高于锗半导体器件工作温度的450℃下正常工作；其pn结的反向电压高，反向饱和电流低，适用于制作大功率半导体器件；能够引入深能级的杂质，制成体电阻率比锗和硅高出三个数量级以上的集成电路衬底。

其次砷化镓的电子迁移率高、电子有效质量小、光电转换效率高。

6能带结构：固体的能带结构（又称电子能带结构）描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。