《固體與半導(dǎo)體物理》總結(jié)

1、- 1 - 固體物理與半導(dǎo)體物理符號定義：ec導(dǎo)帶底的能量ev導(dǎo)帶底的能量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導(dǎo)帶的電子濃度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受主能級上的電子濃度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?？諑В赫麄€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：整個能帶中只有部分能態(tài)被電子填充。價帶：由價電子能級

2、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。- 2 - 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：).(321aaa；(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cba，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

4、同的原子找出。6、金剛石結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)成的? 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：464321sccccc、i10、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，

5、以cba、為厡胞的 3 個基矢、則晶格中任一各點的位矢可以表示為：cpbnamrl，將pnm、化為互質(zhì)的整數(shù)m、n、p，求的晶列指數(shù) m n p，晶列指數(shù)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)(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? - 3 - 答：倒數(shù)關(guān)系。14、倒

6、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。倒格子基矢的定義：設(shè)晶格(正格子 )厡胞的基矢為321aaa、，則對應(yīng)的倒格子厡胞基矢為321bbb、。則jijiabijji當(dāng)當(dāng)022.正倒格子之間的關(guān)系：(1)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；(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：)21sin(maxqa色散關(guān)系周期性的物理意義：)21sin(maxqa的一個基本

7、周期為aqa/，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：.212，nanqq16、一維雙原子晶格的色散關(guān)系? 答：一維雙原子色散關(guān)系：)2cos(2)(m222qammmmmmm17、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

8、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)- 4 - 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。聲子描述晶格振動：(1)聲子是能量攜帶者，一個聲子具有能量為l；(2)l中的l從 13nn，l不同表示不同種類的聲子，共有3nn 種聲子；(3)ln為聲子數(shù)，表明能量為l的聲子有l(wèi)n個；(4)頻率為l的格波能量變化了lln，這一過程產(chǎn)生了ln個能量為l的聲子；(5)聲子是玻色子

9、，遵循玻色統(tǒng)計。11/tklben20、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：1)l(二維：2)l(三維：3)l(行波邊界條件狀態(tài)密度：一維：1)l2(二維：2)l2(三維：3)l2(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：dedk /)l(21行波：dedk /)l2(21其中：mk2e22二維晶格的能級密度：駐波：dekdk /2)l(22行波：dekdk /2)l2(22三維晶格的能級密度：駐波：dedkk/4)l(223行波：dedkk/4)l2(22322、在什么情況下電子的費米統(tǒng)計可用玻爾茲曼分布

10、來描述? 答：在tkeebf電子的費米統(tǒng)計可用玻爾茲曼分布來描述；在tkeebf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的波函數(shù)子是布洛赫波函數(shù)，等于周- 5 - 期性函數(shù))(ruk與自由平面波因子相乘，即)r()(),.exp()()(ekkkkrururikrur布洛赫波函數(shù)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；rike.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

11、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：緊束縛近似出的能量公式：mmk).exp(ee0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：kevkevk1)(1一維情況下：；有效質(zhì)量公式：zyxjikkmkmjijix,e1)(e122,1*221*三維：一維：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)部勢場的作用，外力作用不足以補(bǔ)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)

12、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 ?

13、 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。- 6 - 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)下的載流子濃度公式? 答：載流子濃度公式：)exp()exp(00tkeenptkeennbvfvbfcc熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導(dǎo)體的判據(jù)式：n0p0=n2i35、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)2ln()2(2cdbdcfnntk

14、eee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(qiáng)電離區(qū) (飽和電離區(qū) )：電中性條件： n0=nd)ln(cdbcfnntkee在溫度 t 一定時， nd越大， ef就越向?qū)Х较蚩拷趎d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+p0ei=ef(呈本征態(tài) ) 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

15、。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? - 7 - 答：遷移率公式：*pppnnnmqmq空穴電子電導(dǎo)率的公式： n 型半導(dǎo)體nnnqp 型半導(dǎo)體：pppq電子、空穴點同時導(dǎo)電pnpqnq本征半導(dǎo)體)(pniiqn40、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 ?

16、 答：愛因斯坦關(guān)系式：qtkbnndqtkbppd43、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(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(jī)理：當(dāng)電場e 大到或隧道長度短到一定程度時，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(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 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ce0ex。47、金屬半導(dǎo)體接觸的四種類型?