《半导体物理学》
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半导体物理学讲义
Mine论坛友情提供:http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 第一章 半导体中的电子状态
本章介绍:
本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。
在1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
在1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的概念。
在1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。 在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。 在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。 在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构
在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构
第一节 半导体的晶格结构和结合性质
本节要点
1.常见半导体的3种晶体结构; 2.常见半导体的2种化合键
半导体物理学题库
一.填空题
1. 能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________,引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。(二阶导数,内部势场)
2. 半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________(即量子态按能量如何分布)和 _________(即电子在不同能量的量子态上如何分布)。(状态密度,费米分布函数)
3. 两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电,达到热平衡后两者的费米能级________。(正,相等)
4. 半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央,其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处,因此属于_________半导体。([100], 间接带隙)
5. 间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________;形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。(弗仑克耳缺陷,肖特基缺陷)
6. 在一定温度下,与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________,高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。(1/2,1/1+exp(2))
7. 从能带角度来看,锗、硅属于_________
半导体物理学讲义转
第一章半导体中的电子状态
本章介绍:
本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。
在1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
在1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的概念。
在1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构
在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构
第一节半导体的晶格结构和结合性质
本节要点
1.常见半导体的3种晶体结构;2.常见半导体的2种化合键。1.金刚石型结构和共价键
重要的半导体材料Si、Ge都属于金刚石型结构。这种结构的特点是:每个原子周围都有四个最近邻的原子,与它形成四个共价
《半导体物理学》习题库
第1章 思考题和习题
1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?
2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级Ei位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:
(a) 计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 (b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?
8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级EFN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级EFP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。 10. 求室温下掺磷为1017/cm
《半导体物理学》习题库
第1章 思考题和习题
1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?
2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级Ei位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:
(a) 计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 (b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?
8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级EFN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级EFP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。 10. 求室温下掺磷为1017/cm
《半导体物理学》课程辅导教案
《半导体物理学》课程辅导教案
关于教案的几点说明:
教案的基本内容:包括课程的课程重点,课程难点,基本概念,基本要求,参考资料,思考题和自测题,教学进度及学时分配.
教材:采用高等学校工科电子类(电子信息类)规划教材《半导体物理学》,由刘思科,朱秉升,罗晋生等编写.本教材多次获奖,如全国高等学校优秀教材奖,电子类专业优秀教材特等奖,普通高等学校教材全国特等奖.
参考资料(书目)
叶良修(北大)《半导体物理学》
刘文明(吉大)《半导体物理学》
顾祖毅(清华)《半导体物理学》
格罗夫(美)A.S.Grove《半导体器件物理与工艺》
王家骅(南开)《半导体器件物理》
施敏(Sze.S.M美)《半导体器件物理》
施敏(Sze.S.M美)《现代半导体器件物理》
目录
第一章 半导体中的电子状态
§1.1 晶体结构预备知识,半导体晶体结构
§1.2 半导体中的电子状态
§1.3 电子在周期场中的运动——能带论
§1.4 半导体中电子(在外力下)的运动,有效质量,空穴
§1.5 半导体的导电机构
§1.6 回旋共振
§1.7 硅和锗的能带结构
§1.8 化合物半导体的能带结构
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
§2
半导体物理学(刘恩科第七版)半导体物理学课本习题解
第一章习题
1.设晶格常数为a的一维晶格,导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近
能量EV(k)分别为:
h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量,k1?(1)禁带宽度;
?a,a?0.314nm。试求:
(2)导带底电子有效质量; (3)价带顶电子有效质量;
(4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1)
导带:2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为:2????03m0m03m0dk得:k?所以:在k?价带:dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处,EV取极大值2m0dk?2k123因此:Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处,Ec取极小值4
(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义:p??k所以:?p?(?k)3k?k14
3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4
2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格,当外加102V/m,107 V
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题
1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度,则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度,则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度,则该半导体以( C )导电为主。
A、本征
B、受主
C、空穴
D、施主
E、电子
2、受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴
B、空穴
C、电子
3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正
B、负
C、零
D、准粒子
E、粒子
4、当Au掺入Si中时,它是( B )能级,在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时,它是( C )能级,在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主
B、深
C、浅
D、复合中心
E、陷阱
5、 MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同
B、不同
C、无关
6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中,当温度升高时,电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大,变小 ;
B、变小,变大;
C、变小,变小;
D、变大,变大。
7、砷有效的陷阱中心位
《半导体物理学》习题库完整
第1章思考题和习题
1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?,求每个晶胞所含的完整原子数和原子密度为多少?
2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:
(a)计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
(b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?
8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电
半导体物理学(刘恩科第七版)半导体物理学课本习题解
第一章习题
1.设晶格常数为a的一维晶格,导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近
能量EV(k)分别为:
h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量,k1?(1)禁带宽度;
?a,a?0.314nm。试求:
(2)导带底电子有效质量; (3)价带顶电子有效质量;
(4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1)
导带:2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为:2????03m0m03m0dk得:k?所以:在k?价带:dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处,EV取极大值2m0dk?2k123因此:Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处,Ec取极小值4
(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义:p??k所以:?p?(?k)3k?k14
3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4
2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格,当外加102V/m,107 V