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一、半导体物理知识大纲核心知识单元 A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）半导体中的电子状态（第 1 章）半导体中的杂质和缺陷能级（第 2 章）核心知识单元 B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的计算方法）半导体中载流子的统计分布（第 3 章）半导体的导电性（第 4 章）非平衡载流子（第 5 章）核心知识单元 C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）半导体光学性质（第10 章）半导体热电性质（第11 章）半导体磁和压阻效应（第12 章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态本章各节内容提要：本章主要讨论半导体中电子的运动状态。
主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。
阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。
最后，介绍了Si、Ge 和 GaAs 的能带结构。
在 1.1 节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
（重点掌握）在 1.2 节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。
介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。
（重点掌握）在 1.3 节，引入有效质量的概念。
讨论半导体中电子的平均速度和加速度。
（重点掌握）在1.4 节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。
（重点掌握）在 1.5 节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。
（理解即可）在 1.6 节，介绍 Si 、Ge 的能带结构。
（掌握能带结构特征）在 1.7 节，介绍Ⅲ -Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs 的能带结构。
（掌握能带结构特征）本章重难点：重点：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。
半导体物理基础知识————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：半导体物理基础知识1.1导体，绝缘体和半导体ﻩ自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。
导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流。
因而导体的电阻率很小,只有金属一般为导体，如铜、铝、银等,它们的电阻率一般在10–4欧姆·厘米以下。
绝缘体几乎不导电,如橡胶、陶瓷、塑料等。
在这类材料中，几乎没有自由电子,即使受外电场作用也不会形成电流,所以，绝缘体的电阻率很大，它们的电阻率在1０９欧姆·厘米以上。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在之间。
半导体之所以得到广泛应用,是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。
如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为,若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷)后，其电阻率急剧下降为,几乎降低了一百万倍。
半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。
它具有如下的主要特征。
(ｌ)杂质影响半导体导电性能在室温下，半导体的电阻率在10–4~109欧姆·厘米之间。
而且，加入微量杂质能显著改变半导体的导电能力。
掺入的杂质量不同时，可使半导体的电阻率在很大的范围内发生变化。
另外,在同一种材料中掺入不同类型的杂质,可以得到不同导电类型的材料。
(2）温度影响半导体材料导电性能温度能显著改变半导体的导电性能。
在一般的情况下,半导体的导电能力随温度升高而迅速增加,也就是说,半导体的电阻率具有负温度系数。
而金属的电阻率具有正温度系数,且随温度的变化很慢。
(３）有两种载流子参加导电在半导体中,参与导电的载流子有两种。
一种是为大家所熟悉的电子,另一种则是带正电的载流子，称为空穴。
1第一章 半导体物理基础半导体物理知识是学习半导体器件物理课程的基础。
为了方便学过半导体物理的学生使用本书时对半导体物理的有关知识进行回顾和查阅，也为了给没有学过半导体物理的读者提供必要的参考，我们在本章简明地介绍半导体的基本性质。
其主要内容包括半导体能带论的主要结果，半导体中载流子浓度的统计分布，费米能级的计算，载流子的输运以及半导体中的基本控制方程等。
半导体表面和半导体光学性质等是半导体物理中的重要内容。
为不使本章的内容过于冗长，更为了学习相关器件物理的方便，分别把它们放在有关章节（第六、七章）予以介绍。
相信上述内容可为读者学习半导体器件物理提供足够的预备知识。
如果有些读者觉得本书所介绍的内容尚不够全面深入和详尽，可参阅标准的半导体物理和固体物理等教材。
1.1 半导体中的电子状态1.1.1半导体中电子的波函数和能量谱值 布洛赫定理电子状态亦称为量子态，指的是电子的运动状态。
晶体是由规则的周期性排列起来的原子所组成的。
每个原子又包含有原子核和核外电子。
原子核和电子之间、电子和电子之间存在着库仑作用。
因此，它们的运动不是彼此无关的，应该把它们作为一个体系统一地加以考虑。
也就是说，所遇到的是一个多体问题。
为使问题简化，近似地把每个电子的运动单独地加以考虑，即在研究一个电子的运动时，把在晶体中各处的其它电子和原子核对这个电子的库仑作用，按照它们的几率分布，被平均地加以考虑，这种近似称为单电子近似。
这样，一个电子所受的库仑作用仅随它自己的位置的变化而变化。
于是它的运动便由下面仅包含这个电子的坐标的波动方程式所决定()()()r E r r V m vv v h ψψ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∇−222 （1-1） 式中2222∇−mh —— 电子的动能算符 )(r V v——电子的势能算符，它具有晶格的周期性E ——电子的能量()r vψ ——电子的波函数π2h =h ，h 为普朗克常数，h 称为约化普朗克常数如果势函数)(r V v有晶格的周期性，即)()(r V R r V m vv v =+ （1-2）则方程（1-1）的解)(r vψ具有如下形式)()(r u e r k rk i kv v r vv v ⋅=ψ （1-3） 式中)(r u kvv 为一与晶格具有同样周期性的周期性函数，即 ()()r u R r u k m kvv v v v =+ （1-4）（1-2）和（1-4）式中的m R v称为晶格平移矢量：332211a m a m a m R m vv v v ++= （1-5）式中1a v 、2a v 、3a v为晶格的一组基矢量，1m 、2m 、3m 为三个任意整数。
