半导体问题

思考题与练习题

第一章 半导体中的电子状态

1、比较说明孤立原子中的电子、自由电子、晶体中的电子的运动状态？

2、定性比较说明导体、绝缘体、半导体导电能力差异物理机制。

3、说明描述晶体中的电子的有效质量的物理含义，与自由电子的惯性质量有何区别，其引入有何好处？

4、空穴的物理含义？

5、简述半导体的导电机构，与金属比较。

6、解释等能面，简述回旋共振测量有效质量的原理 7、简述Si、Ge的能带结构特征 8、简述GaAs的能带结构特征 9、比较CdTe、HgTe的 能带结构

10、Ⅲ－Ⅴ族或Ⅱ－Ⅵ族或Ⅳ族半导体中，那些可以形成混合晶体，其能带结构随组分的变化而如何变化？这些混合晶体有何应用？

11、晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m、107V/m的电场时，分别计算出电子从能带底运动到能带顶的时间

12、设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值Ec（k）和价带极大值附近能量分别为：

第三章 半导体中载流子的统计分布 思考题

1、半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态？其物理意义如何？

一单晶硅棒，在分别受太阳光照和处于暗态时，何时是处于热平衡状态？

一单晶硅棒，在两头温度分别为40摄氏度和80摄氏

第一章半导体中的电子状态

例1. 证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。

解：K状态电子的速度为：

（1）

同理，－K状态电子的速度则为：

（2）

从一维情况容易看出：

（3）

同理

有： （4） （5）

将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：

（6）

利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占

初试科目：半导体物理学

参考书：半导体物理学 顾祖毅 田立林 富力文 电子工业出版社 考试大纲：

第一章 半导体的晶格结构和缺陷 1 半导体的基本特性 2 常见半导体材料

3 主要半导体器件及其可选用的材料 4 常见半导体的结构类型 5 名词解释

化学键 共价键 离子键 分子键 金属键 晶格缺陷 间隙式杂质 代位式杂质 反晶格缺陷 层错 扩散系数 晶粒间界 第二章 半导体中的电子状态

1 在周期性势场中，电子薛定谔方程的解为布洛赫函数，即波函数：

?1(r)?uk(r)eik?r

uk(r)?uk(r?an)

布洛赫函数不是单色平面波。K为波矢，描述电子共有化运动。平面波因子e表明晶体中不再是局域化的，扩展到整个晶体之中，反映了电子的共有化运动。uk(r)反映了周期性势场对电子运动的影响，说明晶体中电子在原胞中不同位置上出现的几率不同。uk(r)的周期性说明晶体中不同原胞的各等价位置上出现的几率相同。

2 电子在周期场中运动的量子力学处理有几种近似的方法？试简述之。

（1）近自由电子近似 （2）紧束缚近似

3 由于共有化运动，晶体中电子可以看成是整个晶体共有的，因此孤立原子的能

发光材料的发展及研究

庞雪

（贵州大学 大数据与信息工程学院）

摘要： 发光材料是光电信息功能材料领域的研究热点之一。本文着重是关于现有的纳米发光材料、小分子有机电致发光材料、树枝状有机电致发光材料、芴类电致发光材料的发展与研究情况。介绍了国内外在研究发光材料方面所取得的一些最新进展,并对一些有待进一步研究的问题做了展望。 关键词： 发光材料

Abstract： The development of luminescent materials is one of the forefronts and hot areas of the optoelectronic information materials. This paper is about the existing

luminescence

surface

modification,

organic

small

molecular

electroluminescent materials, dendrimers electroluminescent materials, fluorene-based electroluminescent materials develop

1. （ D ）下面关于有效质量的叙述错误的是 。 A. 有效质量概括了半导体内部势场的作用

B. 有效质量直接把外力f和电子的加速度联系起来

C. 有效质量的引入使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用

D. 不是所有的有效质量都可以直接由实验测定

2. （ D ）对于只含一种杂质的非简并ｐ型半导体，费米能级随温度上升而 。 A. 上升 B. 下降 C. 不变

D. 经过一极值后趋近Ei

3. （ C ）一块半导体寿命τ=15μs，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs后，其中非平衡载流子将衰减到原来的 。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/2 4. （ A ）不是深杂质能级特点的是 。 A. 杂质能级离带边较近 B. 多次电离（多重能级） C. 有可能成为两性杂质 D. ED，EA 可与Eg相比拟

5.（ B ）对于补偿的半导体材料，下列叙述正确的是 。 A.载流子浓度取决于杂质浓度较大者，载流子迁移率取决于电离杂质总浓度 B.载流子浓

太阳能电池培训手册(上)

第一章 太阳电池的工作原理和基本特性

1.1 半导体物理基础

1.1.1 半导体的性质

世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。众所周知，原子是由原子核及其周围的电子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由电子。金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动，形成了电流。自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有规则流动的平均速度越高，电流就越大。电子流动运载的是电量，我们把这种运载电量的粒子，称为载流子。在常温下，绝缘体内仅有极少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。

半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）和砷化镓（GaAs），还可以是合金，如GaxAL1-xAs，其中x为0-1之间的任意数。许多有机化合物，如

半导体器件的检测和选用

(1)二极管的检测与选用 1)二极管的检测根据PN结的单向导电性原理，最简单的方法是用万用表测其正、反向电阻。用万用表红表笔接二极管负极、黑袁笔接二极管正极，测得的是正向电阻，将红、黑表笔对调，测得的是反向电阻。 正向电阻测量：小功率锗管的正向电阻一般为lOOfl～lkC/,之间，硅管的正向电阻一般为几百欧到几千欧之间。 反向电阻测量：锗管和硅管的反向电阻一般都在几百千欧以上，且硅管比锗管大。 根据二极管的单向导电性，即二极管的正向电阻小，反向电阻大的特性，可以通过测量的方法确定二极管的正、负极。 由于二极管的伏安特性的非线性，测量时用不同的欧姆挡或灵敏度不同的万用表，所得的数据不同。测量时，对于小功率二极管，通常可选用万用表R×100或R×lk挡；对于中、大功率二极管通常应选用万用表R×1。或R×10挡。 如果测得正向电阻为无穷大，说明二极管内部断线，如果反向电阻值近似为零，说明管子内部短路（击穿），如果测得正反向电阻相差不多，说明管子性能差或失效。以上三种情况的二极管皆不能使用。 实际使用中应注意，硅管和锗管不能替换。同类型管子可以代替，其原则是，对于检波管，只要工作频率高于原来的管子就可代换；对于整流管，只要反向

第八章 金属/半导体接触和MESFET

自从Lilienfeld和Heil在1930年提出场效应晶体管（FET）的概念起，直到20世纪50年代半导体材料工艺发展到一定水平后才做出了可以实际工作的器件。所谓场效应就是利用电场来调制材料的电导能力，从而实现器件功能。除了前面讨论过的MOS、MNOS、MAOS、MFS等都属于场效应器件外,还发展了结型场效应管(J-FET), 肖特基势垒栅场效应管（MES FET）等。本章从金属与半导体接触出发，讨论MES FET的结构和工作原理。

8.1. 肖特基势垒和欧姆接触 8.1.1. 肖特基势垒

当金属和半导体接触时，由于金属的功函数与半导体的功函数不同，在接触的界面处存在接触电势差，就会形成势垒，通常称为肖特基势垒。下面以金属与n型半导体接触为例来讨论肖特基势垒的特性。

(1) 理想情况：假定接触处的半导体表面不存在表面态，图8.1(a)是金属与半导体接触前的能带图(非平衡条件下，其中qφm和qφ

S

分别为金属和半导体的功

1

图8.1

函数，qχ为半导体的电子亲和（势）能。功函数定义为将一个电子从Fermi能级移到材料外面（真空能级）所需要的能量，电子亲和能是将一个电子从导带底移到真空能

簡介

在積體電路製造過程中，常需要在晶圓上定義出極細微尺寸的圖案(Pattern)，這些圖案主要的形成方式，乃是藉由蝕刻(Etching)技術，將微影

(Micro-lithography)後所產生的光阻圖案忠實地轉印至光阻下的材質上，以形成積體電路的複雜架構。因此蝕刻技術在半導體製造過程中佔有極重要的地位。 廣義而言，所謂的蝕刻技術，包含了將材質整面均勻移除及圖案選擇性部份去除的技術。而其中大略可分為濕式蝕刻(Wet Etching)與乾式蝕刻(Dry Etching)兩種技術。

早期半導體製程中所採用的蝕刻方式為濕式蝕刻，即利用特定的化學溶液將待蝕刻薄膜未被光阻覆蓋的部分分解，並轉成可溶於此溶液的化合物後加以排除，而達到蝕刻的目的。濕式蝕刻的進行主要是藉由溶液與待蝕刻材質間的化學反應，因此可藉由調配與選取適當的化學溶液，得到所需的蝕刻速率(Etching Rate)，以及待蝕刻材料與光阻及下層材質良好的蝕刻選擇比(Selectivity)。 然而，隨著積體電路中的元件尺寸越做越小，由於化學反應沒有方向性，因而濕式蝕刻是等向性(Isotropic)的，此時，當蝕刻溶液做縱向蝕刻時，側向的蝕刻將同時發生，進而造成底切(Undercut)現象，

一、名词解释

迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度

复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心

空间电荷：在pn结附近的电离施主和电离受主所带的电荷 陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用 载流子：电子与空穴

金刚石结：构形成的晶体结构是一个正四面体，具有金刚石晶体结构 本征电离：

散射：载流子在半导体中运动时，便会不断地与热振动着的晶格原子或电离电了的杂质离子发

生作用，或者说发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变，用波的概念，

就是说电子在半导体中传播时遭到散射。

浅能级杂质的作用：提供载流子

深能级杂质的作用：起复合中心的作用

杂质补偿：施主电子刚好够填充受主能级，但是不能向导带和价带提供电子和空穴，这种现象

称为杂质的高度补偿 扩散定律：SP= －DP

d?p(x)?x 这个公式描写了非平衡载流子空穴的扩散规律，称为扩散定律。

强电场效应：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡

状态时大，因而载流子和晶格系统不在处于热平衡状态。

非平稳载流子：比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子

准费米能级：导带和价带各自处于平衡态，因此存在导带费米能级和价带费米能级，称其为“准

费米能级”

稳态扩散