固体物理与半导体物理

..-----可修编-符号定义：EC导带底的能量 Ev价带顶的能量NC导带的有效状态密度 NV价带的有效状态密度n0导带的电子浓度 p0价带的空穴浓度ni本征载流子浓度 Eg=EC—EV禁带宽度Ei本征费米能级 EF费米能级EnF电子费米能级 EpF空穴费米能级ND施主浓度 NA受主浓度nD施主能级上的电子浓度 pA受主能级上的空穴浓ED施主能级 EA受主能级n+D电离施主浓度 p-A电离受主浓半导体根本概念：满带：整个能带中所有能态都被电子填满。所以空带也称导带。导带：整个能带中只有局部能态被电子填充。价带：由价电子能级分裂而成的能带；绝缘体、半导体的价带是满带。禁带：能带之间的能量间隙，没有允许的电子能态。1、什么是布拉菲格子?答：如果晶体由一种原子组成，且基元中仅包含一个原子，那么形成的晶格叫做布拉菲格子。2、布拉菲格子与晶体构造之间的关系?答：布拉菲格子＋基元＝晶体构造。3、什么是复式格子?复式格子是怎么构成?答：复式格子是基元含有两个或两个以上原子的晶格(可是同类、异类)或多个一样的布拉菲格子以确定的方位套购而成。4、厡胞和晶胞是怎样选取的??(以基矢为棱边围成)的平行六面体,但它们体积相等，都是最小的重复单元。特点：(1)只考虑周期性，体积最小的重复单元；(2)格点在顶角上，内部和面上没有格点；(4)体积：中等价点的物理量一样。

.(aa1 2aa

) 原胞反映了晶格的周期性，各原胞a3a晶胞选取方法：考虑到晶格的重复性，而且还要考虑晶体的对称性，选取晶格重复单元。特点：(1)既考虑了周期性又考虑了对称性所选取的重复单元。(体积不一定最小)；(2) 体心或面心上可能有格点；(3)包含格点不止一个；(4)基矢用a，b，c表示。5、如何在复式格子中找到布拉菲格子?复式格子是如何选取厡胞和晶胞的?答：复式格子中找到布拉菲格子方法：将周围一样的原子找出。6、金刚石构造是怎样构成的?答：两个由碳原子组成的面心立方沿立方体体对角线位移1/4套购而成。7、氯化钠、氯化铯的布拉菲格子是什么构造?答：氯化钠布拉菲格子是面心立方；氯化铯的布拉菲格子是简单立方。8、密堆积有几种密积构造?它们是布拉菲格子还是复式格子?答：密堆积有两种密积构造；密积六方是复式格子，密积立方是布拉菲格子。9、8种独立的根本对称操作是什么?答：8C、

、C、C

、C、、I、S10、7大晶系是什么?

1 2 3 4 6 4答：7大晶系是：立方、四方、六方、三方、正交、单斜、三斜。11、怎样确定晶列指数和晶面指数? 答：晶列指数确定：以某个格点为原点，以a、b、c3个基矢、那么晶格中任Rl

ma

nb

，将、n、pm、n、p，求p的晶列指数[mnp]p晶面指数确定：(1)找出晶面在三基矢方向的截距；(2)化截距的倒数之比为互质整数之比；(3)(h1h2h3)晶面指数。12、通过原点的晶面如何求出其晶面指数?答：晶面指数是指格点分布在一系列相互平行的平面上－晶面，故将原点的晶面沿法线方向平移一段距离，找出晶面在三基矢方向的截距，化截距的倒数之比为互质整数之比，(h1h2h3)晶面指数。13、晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系?答：倒数关系。14、倒格子的定义?正倒格子之间的关系?答：倒格子的定义：周期分布点子所组成的格子，描述晶体构造周期性的另一种类型的格子。倒格子基矢的定义：设晶(正格子)厡胞的基矢为

，那么对应的倒格子厡胞基 矢为b、b、b

。那么b.a

2

2

当ij

a、a、a1 2 31 2 3

i j ij

ij正倒格子之间的关系：(1)原胞体积之间的关系*(2)3/；倒格矢与一族平行晶面之间的关系；2π(4)正倒格子互为傅里叶变换。15、一维单原子晶格的色散关系?色散关系周期性的物理意义?答：一维单原子晶格的色散关系：

sin(1qa)色散关系周期性的物理意义：max 2 sin(1qa)的一个根本周期为/aq/a，那么周期之外的点q'可以用根本周期max 2qqq16?2

2naMm

n2...M2m22M2m22Mmcos(2qa)17、同一厡胞内两种原子有什么振动特点?答：同一厡胞内两种原子振动特点：中两种原子的位相、振幅完全一致，长声学波反映的是原胞质心的振动；短波极限：轻原子不振动，重原子振动。光学波的振动：同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动。长波极限：原胞内不同原18?答：波矢数(q的取值数)＝N；格波支数＝3n；总格波数＝晶体内原子的总自由度数3Nn。19、声子这个概念是怎样引出的?它是怎样描述晶格振动的?答：声子概念由来：独立的简谐振子的振动来表述格波的独立模式。声子描述晶格振动：声子是能量携带者，一个声子具有能量为；l(2)l

中的l13Nnl3Nn种声子；nl

为声子数，说明能量为l

的声子有n个；l频率为l

的格波能量变化了nl l

，这一过程产生了nl

个能量为l

的声子；声子是玻色子，遵循玻色统计。nl

1e/KT120、驻波边界条件与行波边界条件下的状态密度分别怎么表示?答：驻波边界条件状态密度： 一维：( )1 二维：( )2 三维：( )3L L L行波边界条件状态密度：

)1

二维：( )2 三维：( )3L L L21、一维、二维、三维晶格的能级密度如何求出?答：一维晶格的能级密度：

2k2驻波：2( )1dk/dE行波：2( )1dk/dE 其中：EL L 2m 驻波：2( )2/dE行波：2( )2/L L三维晶格的能级密度： 驻波：2( )32dk/dE行波：2( )32dk/dEL L22、在什么情况下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述?EEFKBTEFEKBT的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述。23、布洛赫定理的内容是什么?答：布洛赫定理的内容：在周期性势场中运动的电子的波函数子是布洛赫波函数，等于周期性函数uk(r)与自由平面波因子相乘，即K(r)uK(r)exp(ik.r),uK(r)uK(rRe)布洛赫波函数的周期性与势场周期性一样。u(x)表示电子在原胞中的运动；eik.r电子在晶体中共有化运动。24、禁带出现的位置和禁带宽度与什么有关?答：禁带出现的位置与晶体构造有关；禁带宽度与周期势场有关。25、每个能带能容纳的电子数与什么有关?2N26?答：紧束缚近似出的能量公式：EE exp(k.)0 mmm中电子的能量。27、布洛赫电子的速度和有效质量公式?1 1Ev

E(k一维情况下：v ；有效质量公式： k k一维：m*1

12E

(m1)

1 2E

i,jx,y,z2kx

i,j

2kki j28、有效质量为负值的含义?答：有效质量为负值的含义：有效质量概括了晶体内部势场的作用，外力作用缺乏以补偿内部势场的作用时，电子的真实动量是下降的。29、绝缘体、半导体、导体的能带构造即电子填充情况有什么不同呢?答：电子填充情况及能带构造不同：绝缘体最高能带电子填满，导体最高能带电子未填满，半导体最高能带电子填满能带。导体中一定存在电子未填满的带，绝缘体、半导体的能2eV以下；导体价电子是奇数的金属，导带是半满的，价电子是偶数的碱土金属，能带交迭，禁带消失。31、空穴的定义和性质。答：空穴定义：满带(价带)32、半导体呈本征型的条件?答：半导体呈本征型的条件：高纯、无缺陷的半导体或在高温时的杂质半导体。.-33、什么是非简并半导体?什么是简并半导体?答：非简并半导体：服从玻尔兹曼分布的半导体。简并半导体：服从费米分布的半导体。34、N型和P型半导体在平衡状态下的载流子浓度公式?

Nexp(Ec

EF)

pN

exp(EFE)0 c KB

0 V KTB0 0 V热平衡状态下的非简并半导体的判据式：np=n0 0 V35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化?0 D 答：讨论n型半导体：电中性条件：n=n++p(1)0 D =电中性条件：n n+=0 DE ECED

KT N( B )ln( D)F 2 2 2NC在温度T一定范围内，EF随温度增大而增大，NC=(ND/2)e-3/2=0.11ND时，EF(2)强电离区(饱和电离区)：电中性条件：n0=NDNE EF

KTB

DT一定时，ND越大，EFND一NC定时，温度越高，EF就越向本征费米能级Ei方向靠近。(3)高温电离区：电中性条件：n0=ND+p0 Ei=EF(呈本征态36、半导体在室温下全部电离下的电中性条件?答：n型：n0=ND；p型：p0=NA37、由于简并半导体形成的杂质能带，能带构造有什么变化呢?答：杂质电离能变小，禁带宽度变窄。38、散射的原因是什么?答：散射的原因：周期势场遭到破坏。(原子的热振动；杂质原子和缺陷的存在)39、载流子的迁移率和电导率的公式?- --..----可修编-答：迁移率公式：电子

n

qnm*n

-p

qpm*p电导率的公式：n型半导体n

nqn

p型半导体：p

pqp电子、空穴点同时导电nqn40、什么是准费米能级?

pqp

本征半导体i

nq(i

)p答：准费米能级是导带和价带的局部费米能级。统一的费米能级是热平衡状态的标志。41、多子的准费米能级偏离平衡费米能级与少子的偏离有什么不同?答：多数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级不多，少数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级显著。42、爱因斯坦关系式?

KTDB

KBT q qn p43、什么是P—N结的空间电荷区?自建场是怎样建立起来的?答：P—Nnpnp区。44、雪崩击穿和隧道击穿的机理。答：雪崩击穿的机理：碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应导致载流子倍增效应，使p-n穿除与电场有关，还与势垒区宽度有关。一般掺杂以雪崩击穿为主。Epnp-n穿。隧道击穿主要取决于外场。重掺杂以隧道击穿为主。45、平衡P—N结和非平衡P—N结的能带图46、什么是功函数?什么是电子亲和能?电子逸出体外所需要的最低能量，即XE0EC。47、金属—半导体接触的四种类型?答：--n型P型W W阻挡层反阻挡层msWW反阻挡层阻挡层ms/r