固體物理與半導(dǎo)體物理

1、符號定義： EC導(dǎo)帶底的能量 Ev價帶頂?shù)哪芰?NC導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度 NV價帶的有效狀態(tài)密度 n0導(dǎo)帶的電子濃度 p0價帶的空穴濃度 ni本征載流子濃度 Eg=ECEV禁帶寬度 Ei本征費米能級 EF費米能級 EnF電子費米能級 EpF空穴費米能級 ND施主濃度 NA受主濃度 nD施主能級上的電子濃度 pA受主能級上的空穴濃度 ED施主能級 EA受主能級 n+D電離施主濃度 p-A電離受主濃度 半導(dǎo)體基本概念： 滿帶：整個能帶中所有能態(tài)都被電子填滿。 空帶：整個能帶中完全沒有電子填充；如有電子由于某種原因進入空帶，也具有導(dǎo)電性，所以空帶也稱導(dǎo)帶。 導(dǎo)帶：整個能帶中只有部分能態(tài)被電子填充。 價

2、帶：由價電子能級分裂而成的能帶；絕緣體、半導(dǎo)體的價帶是滿帶。 禁帶：能帶之間的能量間隙，沒有允許的電子能態(tài)。1、什么是布拉菲格子? 答：如果晶體由一種原子組成，且基元中僅包含一個原子，則形成的晶格叫做布拉菲格子。2、布拉菲格子與晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系? 答：布拉菲格子基元晶體結(jié)構(gòu)。3、 什么是復(fù)式格子?復(fù)式格子是怎么構(gòu)成? 答：復(fù)式格子是基元含有兩個或兩個以上原子的晶格(可是同類、異類)；復(fù)式格子由兩個或多個相同的布拉菲格子以確定的方位套購而成。4、 厡胞和晶胞是怎樣選取的?它們各自有什么特點? 答：厡胞選取方法：體積最小的周期性(以基矢為棱邊圍成)的平行六面體,選取方法不唯一，但它們體積相等，都

3、是最小的重復(fù)單元。 特點：(1)只考慮周期性，體積最小的重復(fù)單元；(2)格點在頂角上，內(nèi)部和面上沒有格點；(3)每個原胞只含一個格點。(4)體積： ；(5)原胞反映了晶格的周期性，各原胞中等價點的物理量相同。 晶胞選取方法：考慮到晶格的重復(fù)性，而且還要考慮晶體的對稱性，選取晶格重復(fù)單元。 特點：(1)既考慮了周期性又考慮了對稱性 所選取的重復(fù)單元。(體積不一定最小) ；(2)體心或面心上可能有格點；(3)包含格點不止一個；(4)基矢用表示。5、 如何在復(fù)式格子中找到布拉菲格子?復(fù)式格子是如何選取厡胞和晶胞的? 答：復(fù)式格子中找到布拉菲格子方法：將周圍相同的原子找出。6、 金剛石結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)成的

4、? 答：兩個由碳原子組成的面心立方沿立方體體對角線位移1/4套購而成。7、 氯化鈉、氯化銫的布拉菲格子是什么結(jié)構(gòu)? 答：氯化鈉布拉菲格子是面心立方；氯化銫的布拉菲格子是簡單立方。8、 密堆積有幾種密積結(jié)構(gòu)?它們是布拉菲格子還是復(fù)式格子? 答：密堆積有兩種密積結(jié)構(gòu)；密積六方是復(fù)式格子，密積立方是布拉菲格子。9、8種獨立的基本對稱操作是什么? 答：8種獨立的基本對稱操作：10、7大晶系是什么?答：7大晶系是：立方、四方、六方、三方、正交、單斜、三斜。11、 怎樣確定晶列指數(shù)和晶面指數(shù)? 答：晶列指數(shù)確定：以某個格點為原點，以為厡胞的3個基矢、則晶格中任一各點的位矢可以表示為：，將化為互質(zhì)的整數(shù)m、

5、n、p，求的晶列指數(shù)m n p，晶列指數(shù)可正、可負、可為零。 晶面指數(shù)確定：(1)找出晶面在三基矢方向的截距；(2)化截距的倒數(shù)之比為互質(zhì)整數(shù)之比；(3)(h1h2h3)晶面指數(shù) 。12、 通過原點的晶面如何求出其晶面指數(shù)?答：晶面指數(shù)是指格點分布在一系列相互平行的平面上晶面，故將原點的晶面沿法線方向平移一段距離，找出晶面在三基矢方向的截距，化截距的倒數(shù)之比為互質(zhì)整數(shù)之比，(h1h2h3)晶面指數(shù) 。13、 晶面指數(shù)與晶面在三坐標(biāo)軸上的截距之間的關(guān)系? 答：倒數(shù)關(guān)系。14、 倒格子的定義?正倒格子之間的關(guān)系?答：倒格子的定義：周期分布點子所組成的格子，描述晶體結(jié)構(gòu)周期性的另一種類型的格子。倒格

6、子基矢的定義：設(shè)晶格(正格子)厡胞的基矢為，則對應(yīng)的倒格子厡胞基矢為。則 正倒格子之間的關(guān)系： (1)原胞體積之間的關(guān)系； (2)倒格矢與一族平行晶面之間的關(guān)系； (3)正格矢與倒格矢的點積為2的整數(shù)倍； (4)正倒格子互為傅里葉變換。15、 一維單原子晶格的色散關(guān)系?色散關(guān)系周期性的物理意義?答：一維單原子晶格的色散關(guān)系：色散關(guān)系周期性的物理意義：的一個基本周期為，那么周期之外的點q'可以用基本周期在內(nèi)的一個點q來等效即是：16、一維雙原子晶格的色散關(guān)系?答：一維雙原子色散關(guān)系：17、同一厡胞內(nèi)兩種原子有什么振動特點?答：同一厡胞內(nèi)兩種原子振動特點：(1)聲學(xué)波的振動：同一原胞內(nèi)相鄰

7、的兩種原子傾向于沿同一方向振動。長波極限：原胞中兩種原子的位相、振幅完全一致，長聲學(xué)波反映的是原胞質(zhì)心的振動；短波極限：輕原子不振動，重原子振動 。(2)光學(xué)波的振動：同一原胞內(nèi)相鄰的兩種原子作反方向振動。長波極限：原胞內(nèi)不同原子振動位相相反，長光學(xué)波反映的是原胞質(zhì)心不動；短波極限：重原子不振動，輕原子振動。18、晶格振動的格波數(shù)、格波支數(shù)及總格波數(shù)是如何確定的?答：波矢數(shù)(q的取值數(shù))原胞數(shù)N；格波支數(shù)原胞內(nèi)原子的自由度數(shù)3n ；總格波數(shù)晶體內(nèi)原子的總自由度數(shù)3Nn。19、聲子這個概念是怎樣引出的?它是怎樣描述晶格振動的?答：聲子概念由來：獨立的簡諧振子的振動來表述格波的獨立模式。聲子描述晶

8、格振動： (1)聲子是能量攜帶者，一個聲子具有能量為； (2)中的從13Nn，不同表示不同種類的聲子，共有3Nn種聲子； (3)為聲子數(shù)，表明能量為的聲子有個； (4)頻率為的格波能量變化了，這一過程產(chǎn)生了個能量為的聲子； (5)聲子是玻色子，遵循玻色統(tǒng)計。20、駐波邊界條件與行波邊界條件下的狀態(tài)密度分別怎么表示? 答：駐波邊界條件狀態(tài)密度： 一維： 二維： 三維： 行波邊界條件狀態(tài)密度： 一維： 二維： 三維：21、一維、二維、三維晶格的能級密度如何求出?答：一維晶格的能級密度： 駐波：行波： 其中： 二維晶格的能級密度： 駐波：行波： 三維晶格的能級密度： 駐波：行波：22、在什么情況下電

9、子的費米統(tǒng)計可用玻爾茲曼分布來描述?答：在電子的費米統(tǒng)計可用玻爾茲曼分布來描述；在空穴的費米統(tǒng)計可用玻爾茲曼分布來描述。23、布洛赫定理的內(nèi)容是什么?答：布洛赫定理的內(nèi)容：在周期性勢場中運動的電子的波函數(shù)子是布洛赫波函數(shù)，等于周期性函數(shù)與自由平面波因子相乘，即布洛赫波函數(shù)的周期性與勢場周期性相同。u(x)表示電子在原胞中的運動； 電子在晶體中共有化運動。24、禁帶出現(xiàn)的位置和禁帶寬度與什么有關(guān)? 答：禁帶出現(xiàn)的位置與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)；禁帶寬度與周期勢場有關(guān)。25、每個能帶能容納的電子數(shù)與什么有關(guān)?答：每個能帶能容納的電子數(shù)為2N，與厡胞數(shù)有關(guān)。26、 如何運用緊束縛近似出的能量公式? 答：緊束縛近

10、似出的能量公式： 找出近鄰原子的個數(shù)m，以某一個原子為原點，求出矢量，帶入能量公式便可得到晶體中電子的能量。27、 布洛赫電子的速度和有效質(zhì)量公式? 答：布洛赫電子的速度公式：；有效質(zhì)量公式：28、 有效質(zhì)量為負值的含義?答：有效質(zhì)量為負值的含義：有效質(zhì)量概括了晶體內(nèi)部勢場的作用，外力作用不足以補償內(nèi)部勢場的作用時，電子的真實動量是下降的。29、 絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)即電子填充情況有什么不同呢?答：電子填充情況及能帶結(jié)構(gòu)不同：絕緣體最高能帶電子填滿，導(dǎo)體最高能帶電子未填滿，半導(dǎo)體最高能帶電子填滿能帶。導(dǎo)體中一定存在電子未填滿的帶，絕緣體、半導(dǎo)體的能帶只有滿帶和空帶。絕緣體的能帶與價帶

11、相互獨立，禁帶較寬；半導(dǎo)體能帶與價帶相互獨立，禁帶較窄，一般在2eV以下；導(dǎo)體價電子是奇數(shù)的金屬，導(dǎo)帶是半滿的，價電子是偶數(shù)的堿土金屬，能帶交迭，禁帶消失。31、空穴的定義和性質(zhì)。答：空穴定義：滿帶(價帶)中的空狀態(tài)；性質(zhì)：空穴具有正有效質(zhì)量，空穴具有正電荷，空穴的速度等于該狀態(tài)有電子時其電子的速度，空穴的能量是向下增加的，位于滿帶頂附近。32、半導(dǎo)體呈本征型的條件?答：半導(dǎo)體呈本征型的條件：高純、無缺陷的半導(dǎo)體或在高溫時的雜質(zhì)半導(dǎo)體。33、 什么是非簡并半導(dǎo)體?什么是簡并半導(dǎo)體?答：非簡并半導(dǎo)體：服從玻爾茲曼分布的半導(dǎo)體。 簡并半導(dǎo)體：服從費米分布的半導(dǎo)體。34、 N型和P型半導(dǎo)體在平衡狀態(tài)

12、下的載流子濃度公式?答：載流子濃度公式：熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體的判據(jù)式：n0p0=ni235、 非簡并半導(dǎo)體的費米能級隨溫度和雜質(zhì)濃度的變化?答：討論n型半導(dǎo)體：電中性條件：n0=n+D+p0 (1)低溫弱電離區(qū)：電中性條件：n0=n+D在溫度T一定范圍內(nèi)，EF隨溫度增大而增大，當(dāng)溫度上升到NC=(ND/2)e-3/2=0.11ND時，EF隨溫度增大而減小。(2)強電離區(qū)(飽和電離區(qū))：電中性條件：n0=ND在溫度T一定時，ND越大，EF就越向?qū)Х较蚩拷?，而在ND一定時，溫度越高，EF就越向本征費米能級Ei方向靠近。(3)高溫電離區(qū)：電中性條件：n0=ND+p0 Ei=EF(呈本征態(tài))

13、36、半導(dǎo)體在室溫下全部電離下的電中性條件?答：n型：n0=ND；p型：p0=NA37、 由于簡并半導(dǎo)體形成的雜質(zhì)能帶，能帶結(jié)構(gòu)有什么變化呢?答：雜質(zhì)電離能變小，禁帶寬度變窄。38、 散射的原因是什么?答：散射的原因：周期勢場遭到破壞。(原子的熱振動；雜質(zhì)原子和缺陷的存在)39、 載流子的遷移率和電導(dǎo)率的公式? 答：遷移率公式：電導(dǎo)率的公式：n型半導(dǎo)體 p型半導(dǎo)體： 電子、空穴點同時導(dǎo)電 本征半導(dǎo)體40、 什么是準(zhǔn)費米能級?答：準(zhǔn)費米能級是導(dǎo)帶和價帶的局部費米能級。統(tǒng)一的費米能級是熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志。41、 多子的準(zhǔn)費米能級偏離平衡費米能級與少子的偏離有什么不同? 答：多數(shù)載流子的準(zhǔn)費米能級偏離

14、平衡費米能級不多，少數(shù)載流子的準(zhǔn)費米能級偏離平衡費米能級顯著。42、 愛因斯坦關(guān)系式? 答：愛因斯坦關(guān)系式： 43、什么是PN結(jié)的空間電荷區(qū)?自建場是怎樣建立起來的?答：PN結(jié)的空間電荷區(qū)：在n型區(qū)和p型交界面的兩側(cè)形成了帶正、負電荷的區(qū)域。 自建場：空間電荷區(qū)中的正負電荷形成電場，電場方向由n區(qū)指向p區(qū)。44、 雪崩擊穿和隧道擊穿的機理。答：雪崩擊穿的機理：碰撞電離使載流子濃度急劇增加的效應(yīng)導(dǎo)致載流子倍增效應(yīng)，使勢壘區(qū)單位時間內(nèi)產(chǎn)生大量載流子，致使反向電流速度增大，從而發(fā)生p-n結(jié)擊穿。雪崩擊穿除與電場有關(guān)，還與勢壘區(qū)寬度有關(guān)。一般摻雜以雪崩擊穿為主。隧道擊穿的機理：當(dāng)電場E大到或隧道長度短

15、到一定程度時，將使p區(qū)價帶中大量的電子通過隧道效應(yīng)穿過勢壘到達n區(qū)導(dǎo)帶中去，使反向電流急劇增大，于是p-n結(jié)發(fā)生隧道擊穿。隧道擊穿主要取決于外場。重摻雜以隧道擊穿為主。45、平衡PN結(jié)和非平衡PN結(jié)的能帶圖46、什么是功函數(shù)?什么是電子親和能?答：功函數(shù)：電子從費米能級到真空能級所需的最小能量電子親和能：半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需要的最低能量，即。47、金屬半導(dǎo)體接觸的四種類型?答： n型P型阻擋層反阻擋層反阻擋層 阻擋層48、金屬半導(dǎo)體整流接觸特性的定性解釋?答：金半接觸的整流作用：無外場：半-金電子=金-半電子，阻擋層無凈電流。正偏：金正半負 半-金電子>金-半電子，I隨V變化反

16、偏：金負半正 半-金電子<金-半電子，金屬中勢壘高且不變，I隨V不變49、在考慮表面態(tài)的情況下，怎樣形成歐姆接觸?答：用高摻雜的半導(dǎo)體和金屬接觸在半導(dǎo)體上形成歐姆接觸。1、費米能級的物理意義：(1)決定各個能級上電子統(tǒng)計分布的參量；(2)直觀反映了電子填充能級的水平。2、產(chǎn)生非平衡載流子的方法：(1)電注入；(2)光注入3、最有效的復(fù)合中心位于禁帶中線附近的深能級4、非平衡載流子的擴散原因：在載流子濃度不均勻條件下，有無規(guī)則的熱運動引起。5、漂移電流是多子的主要電流形式，擴散電流是少子的主要電流形式。6、pn結(jié)載流子的擴散是由于兩區(qū)費米能級不一致所引起；平衡p-n結(jié)，有統(tǒng)一的費米能級。7、pn結(jié)的單向?qū)щ娦允且驗閯輭镜拇嬖凇Ｕ蚱珘合聀n結(jié)的特性：正向電壓Vf與自建場反向，勢壘高度降低，勢壘寬度變窄，載流子的擴散運動大于漂移運動。反向偏壓下pn結(jié)的特性：正向電壓Vr與自建場同向，勢壘區(qū)加寬，勢壘高度增高，載流子的漂移運動大于擴散運動。8、