半導體物理考點總結

2022-06-21 15:12:02 字數 3934 閱讀 5557

1.電子和空穴的異/同點。

答:不同點:電子帶負電,空穴帶正電;mp*=-mn*;電子是真實存在的,而空穴是人為假想定義的粒子;電子可以發生共有化運動,發生躍遷,空穴則不能。

相同點:電子和空穴均可以參與導電。

2.什麼是迴旋共振?

答:半導體置於磁感應強度為b的均勻恆定磁場中,半導體中電子受到磁場作用力的方向是垂直於v與b所組成的平面。從而, 電子在垂直於b的平面內作勻速圓周運動, 運動軌跡是一條螺旋線;再以電磁波通過半導體樣品,當交變磁場的角頻率ω等於迴旋頻率ωc時,會發生共振吸收,所以這種情況下,則稱產生了迴旋共振。

4.淺能級雜質電離能的計算。

答:類氫模型:

氫原子中電子的能量為:en=m0 q4/2(4 )2ч2n2其中n=1,2,3……

氫原子基態電子電離能為:e0=e- e1=m0 q4/2(4 )2ч2

施主雜質電離能為:

受主雜質電離能為:

5.雜質補償作用:在半導體中,同時參雜有施主雜質和受主雜質,而施主雜質和受主雜質之間有相互抵消的作用,通常稱為雜質的補償作用。

6.費公尺能級的含義。

答:費公尺能級在半導體物理中是個很重要的物理引數,它是表徵量子態是否被電子佔據的乙個界限,費公尺能級的位置直觀的標誌了電子佔據量子態的情況。在熱力學零度時,能量比ef小的量子態幾乎全部被電子所佔據,而能量比ef大的量子態被電子戰局的概率幾乎為零,所以費公尺能級標誌了電子填充能級的水平。

並且,半導體中,費公尺能級不是真正的能級,即不一定是允許的單電子能級,所以它可以像束縛狀態的能級一樣,可以處於能帶的任何位置,當然也可以處於禁帶之中。由式子ef=u=(бf/бn)可知,系統處於熱平衡狀態,也不對外做功的情況下,系統的費公尺能級就等於系統中增加乙個電子所引起的系統自由能的變化。

8.影響半導體電導率和遷移率的因素有哪些?

答:遷移率的大小與雜質濃度和溫度有關,也與外加電場強度有關係。

低摻雜並當室溫下雜質全部電離時,雜質濃度越高,電導率越大;重參雜時或當濃度很高時,載流子遷移率隨雜質濃度的增加而顯著下降。

低溫時,雜質散射起主要作用,溫度公升高,遷移率逐漸增大,電導率上公升;當溫度達到一定高度時,以晶格振動散射為主,溫度繼續公升高,遷移率下降,電導率下降。

外加電場強度越大,載流子在電場作用下的漂移運動速度就越大,遷移率上公升,電導率增加。

9.半導體電阻率隨溫度變化圖分析。

答:ab段:溫度很低,本證激發可以忽略,

載流子主要由雜質電離提供,隨著溫度公升高,

載流子濃度增加,而此時散射主要由電離雜質決定,所以載流子遷移率也增大,所以電阻率下降。bc段:溫度繼續公升高,此時雜質已全部電離,且本徵激發還不明顯,晶格振動上公升為主要矛盾,遷移率隨溫度上公升而下降,故電阻率隨溫度上公升而增大。

c段:溫度繼續公升高,本徵激發明顯並上公升為主要矛盾,產生大量本徵載流子,雜質半導體的電阻率隨溫度公升高而急劇下降,並表現出本證半導體的特徵。

10.準費公尺能級的理解。

答:準費公尺能級表徵了非平衡狀態下半導體價帶和導帶中各自的區域性熱平衡狀態。統一的費公尺能級是半導體處於熱平衡狀態的標誌,當半導體的平衡態被打破而存在非平衡載流子時,就不再存在統一的費公尺能級。

電子系統的熱平衡是通過熱躍遷實現的,在乙個能帶範圍內,熱躍遷十分頻繁,極短時間內就能導致乙個能帶內的熱平衡,因此分別就導帶和價帶中的電子來講,他們基本上各自處於平衡態,而導帶和價帶之間卻仍處於不平衡狀態,這時費公尺能級對導帶和價帶仍各自適用,且都是區域性的費公尺能級,稱為各自的準費公尺能級。準費公尺能級偏離費公尺能級的大小反映了半導體偏離熱平衡狀態的程度。

11.準費公尺能級與費公尺能級的異/同。

答:相同點:都並非真正的能級;均標誌了電子填充能級的水平。

不同點:兩者不能同時存在;準費公尺能級存在於非平衡狀態,有非平衡載流子,熱平衡狀態時具有統一的費公尺能級,沒有非平衡載流子;準費公尺能級偏離費公尺能級程度不同,表明偏離平衡態程度不同,兩者重合時,形成統一的費公尺能級,半導體處於平衡態;兩種情況下,載流子濃度乘積不相同。

12.載流子的幾種復合方式。

答:由復合過程的微觀結構來分為兩種:

直接復合:電子導帶和價帶之間的直接躍遷,引起電子和空穴的直接復合。

間接復合:電子和空穴通過禁帶的能級(復合中心)進行復合。(雜質和缺陷形成中間能級促進復合)

由復合過程發生的位置分為:

體內復合

表面復合

根據發生復合所釋放能量的不同,可以分為三種:

發射光子:伴隨著復合將有發光現象,常稱為發光復合或輻射復合。

發射聲子:載流子將多餘的能量傳給晶格,加強晶格的振動。

俄歇復合:將能量給予其他載流子,增加他們的動能。

結電容**及其影響因素,如何影響的?

答:pn結電容包括勢壘電容和擴散電容。這兩者均隨外界電壓變化,都是可變電容。

勢壘電容:在加正向偏壓時,將有一部分電子和空穴「存入」勢壘區,當正向偏壓減小時,勢壘區寬度增加,將有一部分電子和空穴從勢壘區中「取出」,這種pn結上外加電壓的變化,引起的電子和空穴在勢壘區的「存入」和「取出」作用,導致勢壘區的空間電荷數量隨外加電壓而變化,這和電容器的充放電作用相似,這種pn結的電容效應稱為勢壘電容。

擴散電容:正向偏壓時,p區空穴注入n區,在在勢壘區和n區邊界n區一側乙個擴散長度內形成了非平衡載流子的累積,同樣在p區也有非平衡電子和空穴的積累,當外加電壓發生變化時,p區擴散長度內非平衡載電子和空穴均增加,p區也這樣變化。這種由於擴散區的電荷數量隨外加電壓的變化所產生的電容效應,稱為pn結的擴散電容

16.幾種擊穿型別:1.

雪崩擊穿:當加反向偏壓很大時,電子和空穴受到勢壘區強電場的作用,具有很大的動能,他們與勢壘區晶格原子發生碰撞另外產生一對電子和空穴,如此繼續下去,由於倍增效應使得載流子快速大量增加,迅速增大了反向電流,使得pn結發生擊穿。

2.隧道擊穿:pn結外加反向偏壓並逐漸增大時,勢壘區的電場增強,勢壘區能帶發生傾斜,當反向偏壓達到一定數值,p區價帶中的電子將通過隧道效應穿過禁帶而到達n區導帶中去,從而發生擊穿。

(標誌:vbr>6eg/q時為雪崩;vbr<4eg/q時為隧道;4eg/q 結隧道效應。

答:重摻雜時的pn結稱為隧道結,隧道結中正向電流包括擴散電流和隧道電流。而在沒有外加電壓,處於熱平衡時,n區導帶底比p區價帶頂還要低,勢壘區發生傾斜。

因為重摻雜,勢壘區又很薄,所以n區導帶的電子可能穿過禁帶到p區,p區價帶電子也可能穿過禁帶到n區,隧道長度越短,電子穿過的概率越大,從而可以產生顯著地隧道電流。所以分析隧道結電流電壓特性時,正向電流一開始隨正向電壓增加而迅速到達乙個極大值,隨後電壓增加,電流反而減小達到乙個極小值,我們把這種隨著電壓增大電流反而減小的反常負阻現象解釋為pn結的隧道效應。

18.表面態的影響及其如何起到釘扎作用?

答:半導體表面處的禁帶中存在著表面態,並形成一定的分布,一般分為施主型和受主型。當表面態密度很高時,它可遮蔽金屬接觸的影響,使半導體的勢壘高度和金屬的功函式幾乎無關,而基本上由半導體的表面特性所決定,接觸電勢差全部降落在兩個表面之間。

一般在表面處存在乙個距離價帶頂為q0的能級,如果表面態密度很大,只要ef比q0高一點,在表面態上就會積累很多負電荷,由於能帶向上彎曲,表面處ef很接近q0,勢壘高度就等於原來費公尺能級和q0之差,這時勢壘高度稱為被高表面態密度釘扎。

19.肖特基二極體與普通二極體的區別。

答:相同點:都具有單向導電性。

區別:(1)普通pn結二極體是由少數載流子先形成一定的積累,然後靠擴散形成電流,而肖特基二極體是利用金屬-半導體整流接觸特性製成的,其正向電流是由多子進入金屬形成的,因此肖特基二極體具有更好的高頻特性。(2)對於同樣的使用電流,肖特基二極體具有較低的正嚮導通電壓。

20.如何形成半導體表面態的歐姆接觸處?

答:歐姆接觸是指不產生明顯的附加阻抗,而且不會時半導體內部的平衡載流濃度發生顯著的改變。很多常用的半導體材料表面一般都有很高的的表面態密度,無論n型或p型材料與金屬接觸都形成勢壘,而重摻雜的pn結可以產生顯著的隧道電流,金屬和半導體接觸時,若半導體參雜濃度很高,則勢壘區寬度就會變得很薄,電子通過隧道效應貫穿勢壘能產生相當大的隧道電流,甚至超過熱電子發射電流而成為主要成分。

當隧道電流佔據主導時,接觸電阻就可以很小,可以用作歐姆接觸。因此,半導體重摻雜時,它與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸。

半導體物理實驗指導

試驗一單晶矽少子壽命測試 一 試驗目的 1 了解半導體非平衡少子壽命的概念和重要性。2 掌握高頻光電導衰減法測量壽命的基本原理。3 學會 dsy 矽單晶壽命儀 的使用。二 實驗原理 1 非平衡載流子的注入 我們知道,處於熱平衡狀態的半導體,在一定的溫度下,載流子濃度使一定的。這種處於平衡狀態下的載流...

半導體器件物理習題

在300k下,si在價帶中的有效態密度為2,66x,而gaas為7x,求出空穴的有效質量,並與自由電子質量比較。畫出在77k,300k,及600k時摻雜個 的as原子的si簡化能帶圖,標示出費公尺能級且使用本徵作參考量。求出在300k時摻入下列摻雜情形下電子空穴濃度及費公尺能級。對一半導體而言,其具...

半導體物理學大綱

課程教學大綱 審核意見 新能源科學與工程學院系 部 光伏工程教研室制訂 修訂 半導體物理學 教學大綱 學時 51 學分 3 一 課程目的與任務 半導體物理學是研究半導體材料的結構 電學 光學特性的學科。通過本課程的學習,使同學掌握半導體的晶格結構和電子狀態,雜質和缺陷能級,半導體熱平衡狀態下的載流子...