晶体结构晶格
§1晶格相关的基本概念
1.晶体：原子周期排列，有周期性的物质。
2.晶体结构：原子排列的具体形式。
3.晶格：典型单元重复排列构成晶格。
4.晶胞：重复性的周期单元。
5.晶体学晶胞：反映晶格对称性质的最小单元。
6.晶格常数：晶体学晶胞各个边的实际长度。
7.简单晶格&复式晶格：原胞中包含一个原子的为简单晶格，两个或者两个以上的称为复
式晶格。
8.布拉伐格子：体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。（布拉伐格子的每个格点对应一
个原胞，简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同；复式晶格每种等价原子都构成和布拉伐格子相同的格子。）
9.基失：以原胞共顶点三个边做成三个矢量，α1，α2，α3，并以其中一个格点为原点，
则布拉伐格子的格点可以表示为αL=L1α1 +L2α2 +L3α3 。把α1，α2，α3 称为基矢。
10.平移对称性：整个晶体按9中定义的矢量αL 平移，晶格与自身重合，这种特性称为平
移对称性。（在晶体中，一般的物理量都具有平移对称性）
11.晶向&晶向指数：参考教材。（要理解）
12.晶面&晶面指数：参考教材。（要理解）
立方晶系中，若晶向指数和晶面指数相同则互相垂直。
§2金刚石结构，类金刚石结构（闪锌矿结构）
金刚石结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格，它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。常见的半导体中Ge，Si，α-Sn（灰锡）都属于这种晶格。
金刚石结构的特点：每个原子都有四个最邻近原子，它们总是处在一个正四面体的顶点上。（每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数）
每两个邻近原子都沿一个<1,1,1,>方向，
处于四面体顶点的两个原子连线沿一个<1,1,0>方向，
四面体不共顶点两个棱中点连线沿一个<1,0,0,>方向。
金刚石结构的密排面：{1，1，1} 晶面的原子都按六方形的方式排列。每两层{1，1，1}原子层完全相同，A B C A B C ……
在这种结构中，关于任何两个相邻原子连线中点具有反演对称性。
类金刚石结构：GaAs，InSb，GaP等化合物晶体的晶格是由两种不同原子组成的面心立方晶格套构而成的，称为类金刚石结构或闪锌矿结构，显然闪锌矿不再具有反演中心。
§3共价结合
§3.1晶体结合的四种基本方式
1.离子结合：原子间交换电子，形成正负离子，之间相互库仑作用结合成固体。
2.共价结合：相邻原子共用电子对形成共价键。（半导体中晶体普遍是共价结合，因此本
节重点是共价结合。）
3.金属结合：价电子共有化形成负电子云，正离子浸泡在电子云中。
4.范德瓦尔结合：发生在饱和电子结构中，相互作用靠很弱的瞬时偶极矩。
§3.2成键态与反键态(以H2为例)
A，B两原子相互靠近形成分子，两个价电子为A，B共有。
ψA ψB
成键态：ψ=C(ψA+ψB)
反键态：ψ=C’(ψA-ψB) 其中C和C’为归一常数
成键态电子云集中在两原子核之间，同时受到两个原子核的库仑吸引作用，库仑能下降，故形成共价键。
反键态使能量升高△1，成键态能量下降△2且有△1 > △2，只有未成对电子才能形成共价键。
§3.3 SP3杂化（以Si为例）
Si的原子组态为：(1S)2 (2S)2 (2P)6(3S)2 (3P)2
稳定电子价电子
由Si原子组态可知，若不改组的话只能形成2个共价键，但实际上有4个共价键，成四面体，这是因为发生了SP3杂化的缘故。即价电子的组态发生了如下改组：(3S)2 (3P)2 →(3S1) (3Px) (3Py) (3Pz)
组成了新的4个轨道态，实际上四个共价键是以S态和P态波函数线形组合为基础的，这样使得系统能量最低。
杂化的好处：①成键数增多，四个杂化态上全部是未成对电子。
②成键能力增强，电子云集中在四面体方向，电子重叠大，使能量下降更多，抵消杂化的能量，使总能量减小。
§4 晶格缺陷
晶格缺陷分3类：
●点缺陷：间隙原子和空位。
●线缺陷：位错。
●面缺陷：层错。
点缺陷的类型：
●弗兰克尔缺陷：原子热运动，少量原子离开格点位置进入间隙形成空位间隙原子对。●肖特基缺陷：单一空位的缺陷。
●反肖特基缺陷：单一缺陷原子的缺陷。
第一章 半导体中的电子状态
§1 半导体基本能带
§1.1布洛赫波
在晶体的周期场中，电子波函数的形式为ψk (r )=e i kr μk (r ) ，其中μk (r )= μk (r+αL )其中k 称为简约波束，有波束的量纲，但要在一简约范围内取值。 k 与动量类似，在跃迁过程中守衡，且有
外F dt
d k
= ，故称为准动量。 在晶体中k 取值在一定范围内，这范围称为简约布里渊区，下面以一维为例加以证明。 设晶格周期为α ∵μk (x) = μk (x + n α)
∴ψk (x +α) = e ik α·e ikx ·μk (x + n α)
= e ik α[e ikx ·μk (x)] =e ik αψk (x)
其中e ik α表示相邻原胞之间波函数位相差，因此-π≤k α≤π，三维情形，α1，α2，α3
三个基矢有ψk (r +αn )= e i k αn ψk (r ) ，其中n=1，2，3。 定义矢量b 1，b 2，b 3分别等于
3
212133211
32321321222αααααb αααααb αααααb ???=???=???=π
ππ
则有αi b j =2πδij （δij 函数表示，当i=j 时为1，不等为0）
故称b 1，b 2，b 3为倒矢量，以b 1，b 2，b 3为基矢组成晶格，称为倒格子。这样定义下有倒格子原胞的体积于原晶格原胞的体积相乘之积为常数(2π)3用K n=n 1b 1+n 2b 2+n 3b 3表示倒格矢，则k 和k +K n 表示相同状态。因此简约布里渊区也称作不相差任何倒矢量，位相变化单值完备的区域。
对于金刚石结构的面心立方晶格，倒格子为体心立方，通常取倒格子中k =0原点做次近邻，近邻中垂面围成的区域，它称为维格纳—塞兹原胞。 §1.2 周期性边界条件
由于实际晶体包含的原子是有限的，故每个能带所包含的状态数是有限的，又由于边界条件的差异对大块晶体性质并无本质影响，故引入周期性边界条件来计算k 空间的取值密度。 一维：
设一维晶格总长度L=N α （N 为包含原胞总数）
周期性边界条件为：ψk (0) = ψk (L) = ψk (N α) ψk (0) = μk (0) ψk (N α) = e ikN αμk (N α) = e ikN αμk (0) 所以得到e ikN α = 1 故有kN α = 2n π ( n 为整数)
因此k 的可取值为k=（2n π）/N α , 取值密度g k = N α/2π =L/2π
对一维，简约布里渊区长度为2π/α，因此布里渊区内包含的状态数为（2π/α）·（L/2π）= L/α = N 正好等于原胞数N
所以k 空间的取值密度也可以用原胞总数除以布里渊区长度来计算（对于二维则除以布里渊区面积，三维除以布里渊区体积） 三维：
对于三维可以类似地求得k 空间的状态密度 g k =(N 1α1·N 2α2·N 3α3)/(2π)3 （N 1，N 2，N 3表示三个维度上的原胞数）
显然，用倒格子原胞的体积 (2π)3/Ω乘以k 空间的密度g k 得到k 空间的状态数为N 1·N 2·N 3，仍等于晶体所包含的原胞总数。
*注：上面公式中Ω表示实际晶体原胞体积，有Ω=α1·α2·α3 §2 电子准经典运动
§2.1 电子准经典运动的两个基本公式
① 外F P
k ==dt
d dt d
②
1
=V ▽k E (k )
§2.2 加速度和有效质量
三维：
)()(1
))(1(2k k k k k V E F E d d d d t t ???=?=
写成张量形式：?????????
?
?
?????????????????????????==2
22222
222222211,)1(z
y
z x z z
y y x
y z x y
x x t E
E E E E
E
E E
E m m d d k k k k
k k k k k k k k k k k F V 其中 1/m 可对角化，因此可以写成αα
αm d d t ????
?
??=V F
{}
??
??
??????
???
?
?
???????=222222
222
*
00
00z y
x
E E
E m k k k 称为有效质量张量 对于能带底（E k 最小处） 00
=?
?? ??
??k k E 设k 0 = 0 在k = 0处泰勒展开有：
()())
(2)(21*2*2*2202222222220z
z y y x x
z z
y y x x m m m E E E E E E k k k k k k k k k k k k +++=???? ????+??+??+= ∵最小值处00
22>????
????k k E ∴ m x ，m y ，m z 均为正值，在满足上面抛物线性关系的能量范围
内，有效质量各个分量可以看作常数，对立方对称性晶体m x = m y = m z = m ，可以写成：
m
E E 2)()(220k k k +
=
同理对于能带顶有：m
E E 2)()(2
20k k k +=，此时m 为负值。
§3 导带的电子和空穴
§3.1 基本原理
1. 满带中电子不导电，未填满能带在有外加场时产生电流。
2. 绝缘体和半导体只有一系列满带和一系列空带，不存在半满带，最上面的满带叫价带，
最下面的空带叫导带。导带底与
价带顶之间的能量间隙称为禁带
(也叫能隙)，禁带宽度用Eg 表示。
可以用两条线代表导带底，和价带顶；能量值分别用E C 和E V 表示。
导带底E C
价带顶E V
3.绝缘体，半导体和金属：Eg在1ev附近的称为半导体，热激发时满带不满，空带不空，
有一定的导电性；Eg大于10ev的称为绝缘体，电子很少激发，因而几乎不导电，而金属中则存在半满带，因此具有良好的导电性能。
4.近满带的空穴：假想的粒子，等价于2N-1个电子的总体运动。
设空穴处有电子的时候，因为满带电流为0，有
J(k) + (-e)V(k) = 0
其中J(k)表示2N-1个电子的总电流
推出2N-1个电子的总电流J(k) = e V(k)
说明2N-1个电子的总电流等效于带正电，速度为V(k)的粒子
又因为
()
*
e
*
e
e
*
2
m
m
d
d
m
d
d
t
t
E
E
F
k
J
v-
=
-
=
=故
而由于空穴出现在价带顶，m*<0,故引入空穴有效质量m h* =|m*|为正，综上，把空穴等价成一个正电荷，正有效质量的粒子。
§3.2 常见半导体的能带结构，直接禁带与间接禁带半导体
1.对于半导体材料来说，E(k)函数的不同决定了其许多重要物理性质的不同，E(k)函数一
般有两种表示法：
●E- k图：由于是四维图像，无法直接画出，故选等价对称方向，做出E- k曲线。
●等能面：E k = 常数，k空间的曲面。
2.直接禁带半导体和间接禁带半导体：
对于半导体来说，我们最关心的是导带底和价带顶的性质，光照激发价带电子到导带形成电子空穴对，所吸收光子的μ
要大于Eg，这被称作光吸收。有两种情况。
●价带顶和导带底有相同的k，（如图甲）此时可以吸收光子跃迁，电子能量差等于
光子等量，忽略光子的动量，近似有跃迁前后的k相同，近似为竖直跃迁。这类半
导体称为直接禁带半导体，常见的半导体中InSb，GaAs，InP等都属于直接禁带半
导体。常用来做光学器件。
●价带顶和导带底不在相同的k，（如图乙）此时电子吸收光子跃迁要伴随着吸收一
个声子，由光子提供能量变化，声子提供准动量变化，电子能量差=光子能量±声
子能量，忽略声子能量近似有电子能量变化等于光子能量。而忽略光子动量，则有
准动量变化等于声子准动量。此时跃迁不再是竖直跃迁。这类半导体称为间接禁带
半导体，常见半导体中Ge，Si等都属于间接禁带半导体。由于跃迁需要光子，声
子二维作用，所以跃迁几率大大减小，复合几率小，因此常用来做电子器件。
3.轻重空穴带：Ge，Si中的价带结构比较复杂，由四个带组成，价带顶附近有三个带，
《半导体器件原理》课程复习提纲 2017.12 基础：半导体物理、半导体器件的基本概念、物理效应。 重点：PN结、金半结、双极型晶体管、JFET、MESFET、MOSFET。根据物理效应、物理方程、实验修正等，理解半导体器件的工作原理和特性曲线，掌握器件的工作方程和各种修正效应，了解器件的参数意义，能够进行器件设计、优化、应用、仿真与建模等。 第一章：半导体物理基础 主要内容包括半导体材料、半导体能带、本征载流子浓度、非本征载流子、本征与掺杂半导体、施主与受主、漂移扩散模型、载流子输运现象、平衡与非平衡载流子。 半导体物理有关的基本概念，质量作用定律，热平衡与非平衡、漂移、扩散，载流子的注入、产生和复合过程，描述载流子输 运现象的连续性方程和泊松方程。（不作考试要求） 第二章：p－n结 主要内容包括热平衡下的p－n结，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电场等概念，p－n结的瞬态特性，结击穿，异质结与高低结。 耗尽近似条件，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电势等概念，讨论pn结主要以突变结（包括单边突变结）和线性缓变结为例，电荷分布和电场分布，耗尽区宽度，势垒电容和扩散电容的概念、定义，直流特性：理想二极管IV方程的推导；
对于考虑产生复合效应、大注入效应、温度效应对直流伏安特性的简单修正。PN的瞬态特性，利用电荷控制模型近似计算瞬变时间。结击穿机制主要包括热电击穿、隧道击穿和雪崩击穿。要求掌握隧道效应和碰撞电离雪崩倍增的概念，雪崩击穿条件，雪崩击穿电压、临界击穿电场及穿通电压的概念，异质结的结构及概念，异质结的输运电流模型。高低结的特性。 第三章：双极型晶体管 主要内容包括基本原理，直流特性，频率响应，开关特性，异质结晶体管。 晶体管放大原理，端电流的组成，电流增益的概念以及提高电流增益的原则和方法。理性晶体管的伏安特性，工作状态的判定，输入输出特性曲线分析，对理想特性的简单修正，缓变基区的少子分布计算，基区扩展电阻和发射极电流集边效应，基区宽度调制，基区展宽效应，雪崩倍增效应，基区穿通效应，产生复合电流和大注入效应，晶体管的物理模型E－M模型和电路模型G－P 模型。跨导和输入电导参数，低频小信号等效电路和高频等效电路，频率参数，包括共基极截止频率fα和共射极截止频率fβ的定义，特征频率f T的定义，频率功率的限制，其中少子渡越基区时间，提高频率特性的主要措施。开关特性的参数定义，开关时间的定义和开关过程的描述，利用电荷控制方程简单计算开关时间。 开关晶体管中最重要的参数是少子寿命。异质结双极型晶体管的结构及优点。
场效应管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以输入电阻高，且温度稳定性好。 绝缘栅型场效应管 MOS管增强型NMOS管耗尽型NMOS管增强型PMOS管耗尽型PMOS管 1.4 绝缘栅场效应管(IGFET)
1. G 栅极D 漏极 S 源极B 衬极 SiO 2 P 型硅衬底耗尽层 N + N + 栅极和其它电极之间是绝缘的，故称绝缘栅场效应管。 MOS Metal oxide semiconductor 1.4.1 N 沟道增强型绝缘栅场效应管(NMOS)电路符号 D G S
G D S B P N + N + 2. 工作原理 (1) U GS 对导电沟道的控制作用(U DS =0V) 当U GS ≥U GS(th)时，出现N 型导电沟道。 耗尽层 开启电压：U GS(th) U GS N 型沟道 U GS 值越大沟道电阻越小。
G D S B P N + N + (2) U DS 对导电沟道的影响(U GS >U GS(th)) U GS U DD R D U DS 值小，U GD >U GS(th)，沟道倾斜不明显，沟道电阻近似不变，I D 随U DS 线性增加。 I D U GD =U GS -U DS 当U DS 值增加使得U GD =U GS(th)，沟道出现预夹断。U DS =U GS -U GS(th) 随着U DS 增加，U GD
1 234 U GS V 2 4 6I D /mA 3. 特性曲线 输出特性曲线:I D =f (U DS ) U GS =常数 转移特性曲线:I D =f (U GS ) U DS =常数 U GS =5V 6V 4V 3V 2V U DS =10V 恒流区 U GS(th) U DS /V 5 10 151 234 I D /mA 可变电阻区 截止区 U GD =U GS(th) 2 GS D DO GS(th)1U I I U ?? =- ? ??? I DO 是U GS =2U GS(th)时的I D 值 I DO U GD >U GS(th) U GD 半导体器件基本结构
课题4.1 半导体器件基本结构 4.2晶体二极管 教学目标【知识目标】掌握PN结单向导体的原理 【能力目标】1.懂得什么是半导体 2.理解PN结的单向导电性 3.掌握半导体的分类 4.懂得半导体的主要参数【德育目标】培养学生的抽象理解能力 教 学重点半导体的主要参数 教 学 难 点 PN结单向导体的原理 教 学时间2课时（第11周） 教 具 准 备 半导体、电阻、电流表 教学组织与实施 教师活动学生活动 【新课导入】 提问1： 【新课讲授】 1.导体绝缘体和半导体 各种物体对电流的通过有着不同的阻碍能力，这种不同的物体允许电流通过的能力叫做物体的导电性能。 通常把电阻系数小的（电阻系数的范围约在0.01~1欧毫米/米）、导电性能好的物体叫做导体。例如：银、铜、铝是良导体。 含有杂质的水、人体、潮湿的树木、钢筋混凝土电杆、墙壁、大地等，也是导体，但不是良导体。 电阻系数很大的（电阻系数的范围约为10~10欧姆·毫米/米）、导电性能很差的物体叫做绝缘体。例如：陶瓷、云母、玻璃、橡胶、塑料、电木、纸、棉纱、树脂等物体，以及干燥的木材等都是绝缘体（也叫电介质）。 举例说明哪些是导体哪些是绝缘体哪些是半导体
导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。例如：硅、锗、硒、氧化铜等都是半导体。半导体在电子技术领域应用越来越广泛。 2.PN结 PN结（PN junction）。采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。 P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴； N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。 3.PN结的单向导电性 PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN 结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。 如果外加电压使PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏； PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。 (2)PN结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 分清楚P型半导体和N型半导体
?平时成绩30% + 考试成绩70% ?名词解释（2x5=10）+ 简答与画图（8x10=80）+ 计算（1x10=10） 名词解释 p型和n型半导体 漂移和扩散 简并半导体 异质结 量子隧穿 耗尽区 阈值电压 CMOS 欧姆接触 肖特基势垒接触 简答与画图 1.从能带的角度分析金属、半导体和绝缘体之间的区别。 2.分析pn结电流及耗尽区宽度与偏压的关系。 3.什么是pn结的整流（单向导电）特性？画出理想pn结电流-电压曲线示意图。 4.BJT各区的结构有何特点？为什么？ 5.BJT有哪几种工作模式，各模式的偏置情况怎样？ 6.画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空穴电流分布。 7.MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 8.MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判据是什么？ 9.当VG大于VT且保持不变时，画出MOSFET的I-V曲线，并画出在线性区、非线 性区和饱和区时的沟道形状。 10.MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 11.半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种类型的存储器，画出 其基本单元的结构示意图，并简要说明其工作原理。 12.画出不同偏压下，金属与n型半导体接触的能带图。 13.金属与半导体可以形成哪两种类型的接触？MESFET中的三个金属-半导体接触分 别是哪种类型？ 14.对于一耗尽型MESFET，画出VG=0, -0.5, -1V（均大于阈值电压）时的I-V曲线示 意图。 15.画出隧道二极管的I-V曲线，并画出电流为谷值时对应的能带图。 16.两能级间的基本跃迁过程有哪些，发光二极管及激光器的主要跃迁机制分别是哪 种？ 计算 Pn结的内建电势及耗尽区宽度
第一篇 习题 半导体中的电子状态 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？试定性说明之。 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。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 能带底和能带顶的有效质量。 第一篇 题解 半导体中的电子状态 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、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ； B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小；
半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料。 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料。 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率 的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??=2 1*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2 的禁带宽度为 3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= 两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- T k 9.1>0 ∴21n n >∴在高温环境下2n 更合适 1.11在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图,判 断该半导体是n 型还是p 型半导体. 解 3 173 21002 02 0010125.1102)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p 是p 型半导体 1.16硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费M 能级相 对于本征费M 能级的位置,画出能带图. 解 3 17 010-==cm N p A 2 00i n p n = T=300K →310105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p > ∴该半导体是p 型半导体 )105.110ln(0259.0)ln(10 17 0??==-i FP i n p KT E E
半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发
半导体器件物理复习题 第二章： 1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低 2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。 3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 6 本征半导体价带中的空穴浓度： 7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同, 即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。 10) 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为: p 型半导体多子和少子的浓度分别为:
半导体器件物理施敏课后答案
半导体器件物理施敏课后答案 【篇一：半导体物理物理教案(03级)】 >学院、部：材料与能源学院 系、所；微电子工程系 授课教师：魏爱香，张海燕 课程名称；半导体物理 课程学时：64 实验学时：8 教材名称：半导体物理学 2005年9-12 月 授课类型：理论课授课时间：2节 授课题目（教学章节或主题）： 第一章半导体的电子状态 1.1半导体中的晶格结构和结合性质 1.2半导体中的电子状态和能带 本授课单元教学目标或要求： 了解半导体材料的三种典型的晶格结构和结合性质；理解半导体中的电子态, 定性分析说明能带形成的物理原因，掌握导体、半导体、绝缘体的能带结构的特点 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：
1．半导体的晶格结构：金刚石型结构；闪锌矿型结构；纤锌矿型结构 2．原子的能级和晶体的能带 3．半导体中电子的状态和能带（重点，难点） 4．导体、半导体和绝缘体的能带（重点） 研究晶体中电子状态的理论称为能带论，在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了，本节把重要的内容和思想做简要的回顾。 本授课单元教学手段与方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：44页1题 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出） 1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005? 2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》?电子工业 出版社2005 3. 施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理与工艺》，苏州大学出版社，2002 4. 方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社 5．曾谨言，《量子力学》科学出版社 注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案； 3. “重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体； 4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。
第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。
第一篇 半导体中的电子状态习题 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？试定性 说明之。 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、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。 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、 试指出空穴的主要特征。 解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ； B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； （2） GaAs ： a ）E g （300K ）= 1.428eV ，Eg (0K) = 1.522eV ； b ）直接能隙结构； c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ； 1-5某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1）能带宽度； （2）能带底和能带顶的有效质量。 解：
半导体中的电子状态(精)
第一篇 习题 半导体中的电子状态 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？试定性说明之。 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。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 能带底和能带顶的有效质量。 第一篇 题解 半导体中的电子状态 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、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ； B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小；
电子技术复习 CH14半导体器件 1.本征半导体、N型半导体、P半导体的基本概念；PN的单 向导电特性；温度和参杂浓度对多子和少子的影响。 2.二极管的基本参数（死区电压、导通电压）及相关应用， 学会判断二极管在电路中的工作状态（导通、截止）。掌握含二极管电路的分析方法。 3.了解稳压管的工作原理，基本稳压管稳压电路的分析。(两 稳压管串联、并联) 4.半导体三极管工作状态的特点（放大、饱和、截止）。 5.半导体三极管的管脚的判定 CH15基本放大电路 1.放大电路（共射）的分析方法（直流通路法、微变等效电 路法） 2.静态工作点稳定电路(分压式偏置电路)的结构、特点和分 析方法(静态、动态) 3.射极输出器的特点，电路分析。 4.差分放大电路的输入信号（共模、差模、比较），共模抑制 比的概念（理想共模抑制比=？） CH16集成运算放大器 1.运放的理想化条件 2.运放在线性区和非线性区的分析方法
3. 运放线性应用电路的分析（比例运算[同相（电压跟随器）、反相(反相器)]、反相加法运算、减法运算） CH17电子电路中的反馈 1. 反馈的基本概念 2. 负反馈类型的判断方法（会判断正、负反馈；电压、电流反馈；串联、并联反馈） 3. 负反馈对放大器性能的影响（影响类别？闭环放大倍数？ AF A A f += 1） 4. 自激振荡起振的条件、振荡建立条件、稳振条件？ 5. 典型RC 两种类型电路的电路分析。 CH18直流稳压电源 1. 直流稳压电源的组成及各部分的作用 u 1- + 2. 单相半波、全波(桥式整流)电路的构成和工作原理，二极管的选择依据（计算，见例题和作业题），桥式的输出波形受二极管的影响
第一章半导体中的电子状态 半导体的独特物理性质，决定于其中的电子，而电子的状态与运动则与原子的结合方式和排列规则有关。为了研究和利用半导体的这些物理性质，本章将简要介绍半导体单晶材料的电子状态及其运动规律。 研究固态晶体中电子状态的能带理论，已在固体物理学中比较完整地介绍过，本章仅作简要回顾，着重介绍几种重要半导体材料的能带结构。 §1.1半导体的晶格结构和结合性质 从固体物理学中已经知道，固态晶体具有多种结晶形态，分属7大晶系14种类型。结晶半导体大多数属于立方（cubic）晶系和六方（Hexagon）晶系，且都是四面体（tetradron）结构，只有少数半导体具有其他结构。固体中原子的结合，归结为5种方式。半导体中原子的结合以共价键为基础，化合物半导体包含有程度不等的离子键成分。 一、元素的电负性与原子的结合性质 从固体物理学中已经了解到：由于金属元素的原子对其价电子的束缚能力很弱，当金属原子与金属原子凝聚在一起时，所有原子全部电离而公有全部自由了的价电子，靠这些公有电子形成的电子云的束缚而结合在一起；而当金属原子与很容易接受一个外来电子的卤族元素原子凝聚在一起时，金属原子电离出来的电子则一对一地被卤族原子所接收，从而分别成为正负离子，靠离子键结合在一起。IV族元素的原子既不易失去其价电子也不易接受外来电子，当同种IV族元素的原子凝聚在一起时，相邻原子靠其公有价电子而结合在一起。分子晶体的组成原子因其外层电子数为8，是一种具有球对称性的稳定封闭壳层结构，当这些原子凝聚在一起时，其价电子的分布不会有什么变化。由此可见，原子以何种方式结合成固体，完全决定于其得到或失去电子的能力。 用电负性（electronegativity）来描述原子的这一能力。 1．电负性的定义 原子吸引其在化学键中与另一原子之公有电子偶的能力，其值为原子的电离能与电子亲和能之和。电离能指原子初次电离所需要的能量，亲和能则指中性原子获得一个电子所释放的能量。 2．一些元素的电负性及其变化规律 一些元素的电负性(Pauling尺度) Li 1.00 Be 1.50 B 2.00 C 2.50 N 3.00 O 3.50 F 4.00 Na 0.9 Mg 1.2 Al 1.5 Si 1.8 P 2.1 S 2.5 Cl 3.0 Cu 1.9 Zn 1.6 Ga 1.6 Ge 1.8 As 2.0 Se 2.4 Br 2.8 Ag 1.9 Cd 1.7 In 1.7 Sn 1.8 Sb 1.9 Te 2.1 I 2.5 Au 2.4 Hg 1.9 Tl 1.8 Pb 1.8 Bi 1.9 Phillips尺度(考虑了价电子屏蔽) Li 1.00 Be 1.50 B 2.00 C 2.50 N 3.00 O 3.50 F 4.00 Na 0.72 Mg 0.95 Al 1.18 Si 1.41 P 1.64 S 1.87 Cl 2.1 Cu 0.79 Zn 0.91 Ga 1.13 Ge 1.35 As 1.57 Se 1.79 Br 2.01 Ag 0.57 Cd 0.83 In 0.99 Sn 1.15 Sb 1.31 Te 1.47 I 1.63
晶体结构晶格 §1晶格相关的基本概念 1.晶体：原子周期排列，有周期性的物质。 2.晶体结构：原子排列的具体形式。 3.晶格：典型单元重复排列构成晶格。 4.晶胞：重复性的周期单元。 5.晶体学晶胞：反映晶格对称性质的最小单元。 6.晶格常数：晶体学晶胞各个边的实际长度。 7.简单晶格&复式晶格：原胞中包含一个原子的为简单晶格，两个或者两个以上的称为复 式晶格。 8.布拉伐格子：体现晶体周期性的格子称为布拉伐格子。（布拉伐格子的每个格点对应一 个原胞，简单晶格的晶格本身和布拉伐格子完全相同；复式晶格每种等价原子都构成和布拉伐格子相同的格子。） 9.基失：以原胞共顶点三个边做成三个矢量，α1，α2，α3，并以其中一个格点为原点， 则布拉伐格子的格点可以表示为αL=L1α1 +L2α2 +L3α3 。把α1，α2，α3 称为基矢。 10.平移对称性：整个晶体按9中定义的矢量αL 平移，晶格与自身重合，这种特性称为平 移对称性。（在晶体中，一般的物理量都具有平移对称性） 11.晶向&晶向指数：参考教材。（要理解） 12.晶面&晶面指数：参考教材。（要理解） 立方晶系中，若晶向指数和晶面指数相同则互相垂直。 §2金刚石结构，类金刚石结构（闪锌矿结构） 金刚石结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶格，它是由两个面心立方晶格沿立方对称晶胞的体对角线错开1/4长度套构而成。常见的半导体中Ge，Si，α-Sn（灰锡）都属于这种晶格。 金刚石结构的特点：每个原子都有四个最邻近原子，它们总是处在一个正四面体的顶点上。（每个原子所具有的最邻近原子的数目称为配位数） 每两个邻近原子都沿一个<1,1,1,>方向， 处于四面体顶点的两个原子连线沿一个<1,1,0>方向， 四面体不共顶点两个棱中点连线沿一个<1,0,0,>方向。
第一章、半导体器件（附答案） 一、选择题 1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________ A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________ A. B. C. 3．稳压管的稳压是其工作在 ________ A. 正向导通 B. 反向截止 C. 反向击穿区 4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________ A. 结型场效应管 B. 增强型 MOS 管 C. 耗尽型 MOS 管 5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________ A. 多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子 6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____ A. 增加 B. 减少 C. 不变 7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻，两次测量 结果 ______ A. 相同 B. 第一次测量植比第二次大 C. 第一次测量植比第二次小 8．面接触型二极管适用于 ____ A. 高频检波电路 B. 工频整流电路 | 9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____ A. 2CZ11 B. 2CP10 C. 2CW11 10．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=。若其他参数不变，当温度上 升到40℃，则D U 的大小将 ____ A. 等于 B. 大于 C. 小于 11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A. 两种 B. 三种 C. 四种 12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态，由此可知输 出电压O U 为 _____ A. 6V B. 7V C. 0V D. 1V
半导体中的电子状态（精）
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第一篇习题半导体中的电子状态 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？试定性 说明之。 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。 1- 4、简述Ge、Si和GaAS的能带结构的主要特征。 1- 5、某一维晶体的电子能带为 E(k)二E。1—0.1cos(ka)—0.3sin(ka) 1 其中E0=3eV,晶格常数a=5X0-11m。求： (1)能带宽度； (2)能带底和能带顶的有效质量。 第一篇题解半导体中的电子状态 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、解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电 子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A、荷正电：+q ; B、空穴浓度表示为p (电子浓度表示为n); C、E P=-E n D、m p*=-m n*。 1- 4、解： (1) Ge、Si: a) Eg (Si : 0K) = 1.21eV ; Eg (Ge : 0K) = 1.170eV ; b) 间接能隙结构 C)禁带宽度E g随温度增加而减小；
习题与解答：是针对相应学习内容而编写的，内容分为七篇。分为简答、分析、论述、求解等类型。建议学习者首先自行解答，再阅读解答以行印证。 第一篇 习题 半导体中的电子状态 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？试定性说 明之。 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。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 能带底和能带顶的有效质量。 第一篇 题解 半导体中的电子状态 刘诺 编 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、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子 的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A 、荷正电：+q ；
B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）； C 、E P =-E n D 、m P *=-m n *。 1-4、 解： （1） Ge 、Si: a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ； b ）间接能隙结构 c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； （2） GaAs ： a ）E g （300K ）= 1.428eV ， Eg (0K) = 1.522eV ； b ）直接能隙结构； c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ； 1-5、 解： （1） 由题意得： [][])sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.0022 2 0ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE +=-= eV E E E E a k d dE a k E a k d dE a k a k a k ka tg dk dE o o o o 1384.1min max , 01028.2)4349.198sin 34349.198(cos 1.0,4349.198, 01028.2)4349.18sin 34349.18(cos 1.0,4349.184349.198,4349.183 1,0400222 2400222 121=-=??=+====∴==--则能带宽度对应能带极大值。 当对应能带极小值； 当）（得令 （2） ()() ()() () ()??????????-=??????????-=?????????? ??=?=??????????=?????????? ??=----------kg k d dE h m kg k d dE h m k n k n 27 1234 401 222*271234401 222*10925.110625.61028.2110925.110625.61028.2121带顶带底则 答：能带宽度约为1.1384Ev ，能带顶部电子的有效质量约为1.925x10-27 kg ，能带底部电子的有效质量约为-1.925x10-27kg 。
半导体器件物理复习题 第二章: 1) 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大,电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低,电导率也就越低 ２)什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p=0)。因此,当电子从价带转换到导带时,不需要动量转 换。这类半导体称为直接带隙半导体。 ３）能态密度:能量介于Ｅ～E ＋△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰，如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的,载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义:它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统)中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 ６）本征半导体导带的电子浓度 本征半导体价带中的空穴浓度： 7)本征费米能级E ｉ:本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征F ｅrm ｉ能级靠近禁带的中央: 在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n ｉ: 对本征半导体而言,导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同,即浓度相同,称为本征载流子浓度，可表示为n=ｐ=n ｉ． 或:np=n ｉ2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后,费米能级进入了价带或导带的半导体。 10） 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n ｐ型半导体多子和少子的浓度分别为： 第三章: 1）迁移率：是指载流子(电子和空穴)在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快, 迁移率越大。定义为: ２）漂移电流： 载流子在热运动的同时,由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动。所构成的电流为漂移电流。定向运动的平均速度叫做漂移速度。在弱电场下，载流子的漂移速度v 与电场强度Ｅ成正比, 定义为: m q c τμ=