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半导体物理复习资料(修订版) 写在前面的话：根据金老师的必威体育精装版答疑课程，对上一版的复习资料进行修订与完善，仅供参考，具体内容请以教材为准。所涉及的知识是根据第七版《半导体物理学》标注的，与第四版的有所不同。 第一章 半导体中的电子状态 1.导体、半导体、绝缘体的划分： Ⅰ导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流； Ⅱ绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； Ⅲ半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。 2.电子的有效质量是，空穴的有效质量是； ，电量等值反号，波矢与电子相同 能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。 3.半导体中电子所受的外力的计算。 4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。 第二章 半导体中杂质和缺陷能级 1.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ED；施主能级很接近于导带底； 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA；受主能级很接近于价带顶。 施主能级图 受主能级图 2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。 深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。 深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。 3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。 在Ⅲ-Ⅴ族半导体中(Ga-As)掺入Ⅳ族杂质原子(Si)，Si为两性杂质，既可作施主，亦可作受主。 设，；则 由，可得p值； ①时，近似认为本征半导体，；②时，本征电导； 时，杂质能级靠近导带底； 第三章 半导体中载流子的统计分布 1.费米分布函数(简并半导体)(本征)；(杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ； 2.费米能级：；系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。 费米能级的位置：本征半导体的费米能级位于本征能级(禁带宽度的一半)上，根据杂质离子的不同，费米能级的位置有所不同； 3. 由得到本征半导体载流子浓度乘积： ； 4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：低温下，导带中的电子全部由电离施主杂质提供，此时p0=0，，故电中性条件： ； 由得：，因此： ； 取对数并化简得：； 它与温度、杂质浓度以及掺入何种杂质原子有关。在低温极限T→0K时，；故；即在低温极限T→0K时，费米能级位于导带底和施主能级间的中线处。 此外，还需会计算相关电子浓度，及费米能级的位置等。 5.有一半导体，，；已知：，； 解：①，故半导体1为p型半导体； ，故半导体2为本征半导体； ②已知：；；，求的关系(费米能级相对本征能级的位置)。 第四章 半导体的导电性 1.载流子散射的概念： 所谓自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。 2.半导体的主要散射机构： Ⅰ电离杂质的散射； Ⅱ晶格振动的散射：①声学波散射；②光学波散射； Ⅲ其他因素引起的散射：①等同的能谷间散射；②中性杂质散射；③位错散射；④合金散射； 3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导： 设有N个电子以速度v沿某方向运动，N(t)表示在t时刻尚未遭到散射的电子数，按散射概率的定义，在t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为； ∴ ∴； 解微分方程：； 其中N0是t=0时未遭散射的电子数； ∴t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为； ∴平均自由时间；等于散射概率的倒数。 4.电阻率与温度的关系曲线： AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降。 BC段：温度继续升高，杂质已全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大。 C段：温度继续升高，本证激发很快增加，大量本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，这时，本证激发成为矛盾的主要方面，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而