固體物理與半導(dǎo)體物理

固體物理與半導(dǎo)體物理符號(hào)定義：EC導(dǎo)帶底的能量Ev價(jià)帶頂?shù)哪芰縉C導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度NV價(jià)帶的有效狀態(tài)密度n0導(dǎo)帶的電子濃度p0價(jià)帶的空穴濃度ni本征載流子濃度Eg=EC-EV禁帶寬度Ei本征費(fèi)米能級(jí)EF費(fèi)米能級(jí)EnF電子費(fèi)米能級(jí)EPF空穴費(fèi)米能級(jí)ND施主濃度NA受主濃度nD施主能級(jí)上的電子濃度pA受主能級(jí)上的空穴濃度ED施主能級(jí)EA受主能級(jí)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(gè)能帶中所有能態(tài)都被電子填滿?？諑В赫麄€(gè)能帶中完全沒有電子填充；如有電子由于某種原因進(jìn)入空帶，也具有導(dǎo)電性，所以空帶也稱導(dǎo)帶。導(dǎo)帶：整個(gè)能帶中只有部分能態(tài)被電子填充。價(jià)帶：由價(jià)電子能級(jí)分裂而成的能帶；絕緣體、半導(dǎo)體的價(jià)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(gè)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(gè)或兩個(gè)以上原子的晶格（可是同類、異類）；復(fù)式格子由兩個(gè)或多個(gè)相同的布拉菲格子以確定的方位套購而成。4、原胞和晶胞是怎樣選取的?它們各自有什么特點(diǎn)？答：原胞選取方法：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，都是最小的重復(fù)單元。特點(diǎn)：（1）只考慮周期性，體積最小的重復(fù)單元；（2）格點(diǎn)在頂角上，內(nèi)部和面上沒有格點(diǎn)；（3）每個(gè)原胞只含一個(gè)格點(diǎn)。（4）體積：■■彳.（幺■萬/；（5）原胞反映了晶格的周期性，各原胞中等價(jià)點(diǎn)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(duì)稱性，選取晶格重復(fù)單元。特點(diǎn)：（1）既考慮了周期性又考慮了對(duì)稱性所選取的重復(fù)單元。（體積不一定最?。?；（2）體心或面心上可能有—?格點(diǎn)；（3）包含格點(diǎn)不止一個(gè)；（4）基矢用a，b，c表示。5、如何在復(fù)式格子中找到布拉菲格子?復(fù)式格子是如何選取原胞和晶胞的？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？答：兩個(gè)由碳原子組成的面心立方沿立方體體對(duì)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(dú)立的基本對(duì)稱操作是什么？答：8種獨(dú)立的基本對(duì)稱操作：C、C、C、C、C、■、I、S1 2 3 4 6 410、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(gè)格點(diǎn)為原點(diǎn)，以匯、b、—為原胞的3個(gè)基矢、則晶格中任一各點(diǎn)的位矢可以表示為：Rl■m■■n?■p?，將m?n■、p■化為互質(zhì)的整數(shù)m、n、p，求的晶列指數(shù)[mnp]，晶列指數(shù)I1可正、可負(fù)、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）（h]h2h3）晶面指數(shù)。12、通過原點(diǎn)的晶面如何求出其晶面指數(shù)？答：晶面指數(shù)是指格點(diǎn)分布在一系列相互平行的平面上一晶面，故將原點(diǎn)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，（h[h2h3）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(diǎn)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。倒格子基矢的定義：設(shè)晶格（正格子）原胞的基矢為彳、萬2、萬3，則對(duì)應(yīng)的倒格子原胞基矢為—> —> —>b、b、b。則b.a ■2???.123 ij ij.0正倒格子之間的關(guān)系:⑴原胞體積之間的關(guān)系■*?(2?)3/■；(2)倒格矢與一族平行晶面之間的關(guān)系；⑶正格矢與倒格矢的點(diǎn)積為2n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：■■■maSn(2q。)色散關(guān)系周期性的物理意義:■■，^『"1qa)的一個(gè)基本周期為■■/。■q■■/。，那么周期之外的點(diǎn)q’可以用基本周期在內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)q來等效即是：q■q■把 n■■，■2…a16、一維雙原子晶格的色散關(guān)系？答：一維雙原子色散關(guān)系：■2■-5-[(M■m)■M22■m2■2Mmcos(2qa)■Mm17、同一原胞內(nèi)兩種原子有什么振動(dòng)特點(diǎn)？答：同一原胞內(nèi)兩種原子振動(dòng)特點(diǎn)：(1)聲學(xué)波的振動(dòng)：同一原胞內(nèi)相鄰的兩種原子傾向于沿同一方向振動(dòng)。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(dòng)；短波極限：輕原子不振動(dòng)，重原子振動(dòng)。(2)光學(xué)波的振動(dòng)：同一原胞內(nèi)相鄰的兩種原子作反方向振動(dòng)。長波極限：原胞內(nèi)不同原子振動(dòng)位相相反，長光學(xué)波反映的是原胞質(zhì)心不動(dòng)；短波極限：重原子不振動(dòng)，輕原子振動(dòng)。18、晶格振動(dòng)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(gè)概念是怎樣引出的?它是怎樣描述晶格振動(dòng)的？答：聲子概念由來：獨(dú)立的簡諧振子的振動(dòng)來表述格波的獨(dú)立模式。聲子描述晶格振動(dòng)：(1)聲子是能量攜帶者，一個(gè)聲子具有能量為力?;；(2)力?i中的l從1■3Nn，l不同表示不同種類的聲子，共有3Nn種聲子；

⑶n為聲子數(shù)，表明能量為譚i的聲子有ni個(gè);（4）頻率為■i的格波能量變化了n%?i,這一過程產(chǎn)生了匕個(gè)能量為譚i的聲子;（5）聲子是玻色子，遵循玻色統(tǒng)計(jì)。（5）聲子是玻色子，遵循玻色統(tǒng)計(jì)。n1e力?kb!!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：（匚）一維：（匚）■二維：（1）亞三維：（］）■3行波邊界條件狀態(tài)密度：，2， ，2, ，2?、一維：（?。?二維：（）亞三維：（）■?21、一維、二維、三維晶格的能級(jí)密度如何求出?答：一維晶格的能級(jí)密度:駐波：2(—)■dk/dE行波：2(巴)■dk/dE其中：E■雪kL L 2m二維晶格的能級(jí)密度:駐波：2（駐波：2（『-2B2.dk/dE行波:2(25)-2B24dk/dEL三維晶格的能級(jí)密度:駐波：2（i駐波：2（i，*42dk/dE行波:2(25)-B 2dk/dEL22、在什么情況下電子的費(fèi)米統(tǒng)計(jì)可用玻爾茲曼分布來描述?答：在E■E■KKT電子的費(fèi)米統(tǒng)計(jì)可用玻爾茲曼分布來描述；在E■E■KKT空穴的費(fèi)米統(tǒng)

F B F B計(jì)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(shì)場中運(yùn)動(dòng)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)uk(r)與自由平面波因子相乘，即■K&)■uK&)exP(ikr)，uK(r)■uK(r■Re)布洛赫波函數(shù)的周期性與勢(shì)場周期性相同。u（x）表示電子在原胞中的運(yùn)動(dòng)；eik.r電子在晶體中共有化運(yùn)動(dòng)。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(shì)場有關(guān)。25、每個(gè)能帶能容納的電子數(shù)與什么有關(guān)？答：每個(gè)能帶能容納的電子數(shù)為2N,與原胞數(shù)有關(guān)。26、如何運(yùn)用緊束縛近似出的能量公式？

答：緊束縛近似出的能量公式：E■E exp(".■)m找出近鄰原子的個(gè)數(shù)m，以某一個(gè)原子為原點(diǎn)，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：緊束縛近似出的能量公式：E■E exp(".■)m找出近鄰原子的個(gè)數(shù)m，以某一個(gè)原子為原點(diǎn)，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：v7E(k)一維情況下:力k1.v1 ；有效質(zhì)量公式：力Ik一維:_1?Em**I 力2?X1?E三維：(m*■)Ii，j力2??28、有效質(zhì)量為負(fù)值的含義?答：有效質(zhì)量為負(fù)值的含義：有效質(zhì)量概括了晶體內(nèi)部勢(shì)場的作用，外力作用不足以補(bǔ)償內(nèi)部勢(shì)場的作用時(shí)，電子的真實(shí)動(dòng)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(jià)帶相互獨(dú)立，禁帶較寬；半導(dǎo)體能帶與價(jià)帶相互獨(dú)立，禁帶較窄，一般在20丫以下；導(dǎo)體價(jià)電子是奇數(shù)的金屬，導(dǎo)帶是半滿的，價(jià)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(jià)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(shí)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(shí)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(fèi)米分布的半導(dǎo)體。34、N型和P型半導(dǎo)體在平衡狀態(tài)下的載流子濃度公式？,_E■E、 _E■E、答：載流子濃度公式：n■Nexp(■rf)P■Nexp( F a)0 。 KT 0a KTB B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(fèi)米能級(jí)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+P0⑴低溫弱電離區(qū):電中性條件：n0=n+D廠，■E./KT、-N、E■—cd■(—b—)ln(d-)F2 2 2NC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(shí)，Ef隨溫度增大而減小。(2)強(qiáng)電離區(qū)(飽和電離區(qū)):史JL03電中性條件：n0=ND史JL03N、，一 E■E■KTln(—d)在溫度T一定時(shí)，N越大，F(xiàn)CBN DCEF就越向?qū)Х较蚩拷?，而在ND一定時(shí)，溫度越高，EF就越向本征費(fèi)米能級(jí)Ei方向靠近。(3)高溫電離區(qū)：電中性條件：n0=ND+p0Ei=EF(呈本征態(tài))36、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、37、答：雜質(zhì)電離能變小，禁帶寬度變窄。38、38、散射的原因是什么?答：散射的原因：周期勢(shì)場遭到破壞。(原子的熱振動(dòng)；雜質(zhì)原子和缺陷的存在)空穴?pq■—空穴?pq■—p

m*p答：遷移率公式：電子.■q-nnm*n電導(dǎo)率的公式：n型半導(dǎo)體■■nq■p型半導(dǎo)體：■■pq■n n p p電子、空穴點(diǎn)同時(shí)導(dǎo)電■■nq■■pq■本征半導(dǎo)體■■nq(■■■)n p iinp40、什么是準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)？答：準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)是導(dǎo)帶和價(jià)帶的局部費(fèi)米能級(jí)。統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)是熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志。41、多子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離平衡費(fèi)米能級(jí)與少子的偏離有什么不同？答：多數(shù)載流子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離平衡費(fèi)米能級(jí)不多，少數(shù)載流子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)偏離平衡費(fèi)米能級(jí)顯著。42、愛因斯坦關(guān)系式？

…一口，一，D答：愛因斯坦關(guān)系式：?開n.KTDKTB P-■ B—q■q

p43.KTDKTB P-■ B—q■q

p答：P—N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(fù)電荷的區(qū)域。自建場：空間電荷區(qū)中的正負(fù)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(jī)理。答：雪崩擊穿的機(jī)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(shì)壘區(qū)單位時(shí)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(shì)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(jī)理：當(dāng)電場E大到或隧道長度短到一定程度時(shí)，將使p區(qū)價(jià)帶中大量的電子通過隧道效應(yīng)穿過勢(shì)壘到達(dá)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?fù)诫s以隧道擊穿為主。45、平衡P—N結(jié)和非平衡P—N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(fèi)米能級(jí)到真空能級(jí)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X■E■E。47、金屬一半導(dǎo)體接觸的四種類型?47、金屬一半導(dǎo)體接觸的四種類型?答：n型P型W■Wm s阻擋層反阻擋層w■wm s反阻擋層阻擋層48、金屬一半導(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(fù)半-金電子＞/r/