半导体物理考点归纳（完整版）

作为电子科学与技术or集成电路or微电子专业的门生，相信大师都深深体味过被《半导体物理》带来的恐惧所安排的疾苦，哈哈~~~

闲来无事，本着输出干货的原则，从考试的角度，以刘恩科教员编写的课本作为框架，对半导体物理这门课的考点做一个小小的归纳。

1.半导体的晶格结构和能带

1.1 我们需要明白晶格的概念以及晶格的周期性。

1.2 我们需要晓得什么是金刚石结构？

金刚石结构就是两个面心立方沿空间对角线各自平移四分之一套构而成。常见的硅、锗均是金刚石结构的。再有金刚石结构的布拉伐格子是面心立方。

晓得了金刚石结构是什么样，也就不难了解砷化镓的闪锌矿结构。闪锌矿结构是两种分歧原子组成的面心立方沿空间对角线平移四分之一套构而成。

1.3 能带

需要从布里渊区的角度去了解能带的构成，其次需要晓得半导体常见的导带、价带、禁带的概念以及电子处于分歧的能量状态时对应的实在状态。

1.4 电子和空穴

电子的概念很是好了解，从初中物理就起头引入。可是空穴的概念却有点笼统，提要的说，当电子从价带跃迁到导带，全满的价带便构成空位，引入空穴的概念，将价带大量电子的活动题目转化为少许空穴的题目，从而大大有益于题目标求解与分析。

1.5 有用质量

质量的概念很是好了解，可是什么是有用质量呢？

载流子在半导体中活动时，不但仅会遭到外加电场的影响，同时还会遭到半导体内部的周期性势场的感化以及其他电子的感化，所以有用质量将载流子遭到的半导体内部势场的感化包括进来，在研讨外力感化下载流子的活动时，可以间接斟酌外力而将内部势场的感化代入有用质量中，同时有用质量可以经过尝试求得。

1.6 常考的概念

硅是间接带隙半导体，砷化镓是间接带隙半导体，硅和砷化镓的解理面的区分等。

2.杂质和缺点能级

首先需要了解半导体中杂质的概念？

凡是和半导体固有原子分歧的原子均称为杂质，杂质又分为替位式杂质和间隙式杂质，只要替位式杂质才可以激活，起到改变半导体的导电范例和电阻率的感化。

杂质对电子或空穴的约束的能量状态对应于檀越能级和受主能级，搀杂了檀越杂质的半导体称为N型半导体，搀杂了受主杂质的半导体称为P型半导体，其对应的大都载流子和少数载流子亦是分歧的。

同时需要了解浅能级杂质和深能级杂质的概念以及掺入这两种杂质的感化。

3. 半导体中载流子的统计散布

3.1状态密度（g(E))

首先需要明白状态密度的概念，其次再去了解：

从而得出求解半导体中载流子浓度的一般方式。具体解读就是载流子的状态密度和状态密度被载流子占据几率的乘积，然后将成果在一定的能量范围停止积分，即可得出半导体中的载流子浓度。这也是本部分的焦点概念。

3.2费米能级和载流子的统计散布（f(E))

费米散布函数是：在特定的温度下，载流子占据能量状态E的几率。当对费米函数停止近似的时辰，引入了玻尔兹曼函数。在此根本上，经过一系列的推导，得出了价带的空穴浓度的计较公式、导带电子浓度的计较公式。

3.3本征半导体的载流子浓度

首先需要明白本征半导体的概念：没有任何搀杂和缺点的半导体称为本征半导体。在本征半导体中，导带上的电子来历于价带中电子的激起，所以本征半导体的电子浓度即是空穴浓度，这也是和杂质半导体最大的区分。

3.4杂质半导体的载流子浓度

搀杂有杂质的半导体称为杂质半导体。由于室温下，杂质几近完全电离，载流子的浓度几近即是杂质浓度。当温度继续升高以后，杂质半导体起头本征激起，载流子浓度大幅升高，电子浓度近似于即是空穴浓度。费米能级逐步接近于本征费米能级。此处经常会考查杂质半导体大都载流子浓度随温度的变化曲线、费米能级随温度的变化曲线。

3.5简并半导体

一般简并半导体和非简并半导体是一个小考点。

简并半导体是搀杂浓度比力高、费米能级接近或进入导带和价带、适用于费米散布函数的半导体。

非简并半导体与之相对应，是杂质浓度比力低，费米能级阔别导带和价带，适用于玻尔兹曼散布函数的情况。

4.半导体的导电性

4.1载流子的漂移活动和迁移率

载流子在电场下的活动成为漂移活动。

迁移率指的是载流子在单元场强下的活动速度，表征了载流子在半导体中迁移活动才能的巨细。

4.2载流子的散射

载流子的散射首要分为电离杂质散射和晶格振动散射。

电离杂质散射指的是半导体中电离杂质发生的电场对载流子活动酿成的影响。杂质浓度越高，电离杂质散射的感化就越强；温度越高，电离杂质散射的感化越弱。

晶格振动散射指的是晶格位置上的原子热震动对载流子活动酿成的影响。温度越高，晶格振动越剧烈，散射感化越强。

因而可知，总的散射感化应当是电离杂质散射和晶格散射感化的综合结果，首要的影响身分是温度和杂志浓度。

4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系

这个公式很关键，推导起来也很简单，了如指掌，哈哈，不再多说。

4.4电阻率与杂质浓度和温度的关系

以N型半导体为例：

再连系迁移率的公式，也是so easy，不再多说。

5.非平衡载流子

5.1非平衡载流子的发生与复合

首先需要大白以下几个概念：

平衡态：简而言之，就是半导体处于热平衡的状态。热平衡状态的比力重要的特征之一就是，载流子的浓度连结稳定。晓得了平衡态的概念，非平衡状态就很好了解了。

非平衡载流子：半导体处于非平衡状态时的载流子浓度多于平衡态的载流子浓度的那部分，就是非平衡载流子。

发生：非平衡载流子的发生可以经过外加电场、光照、加热等一系列办法，使半导体处于非平衡状态，从而发生非平衡载流子。

复合：非平衡载流子的复合指的是在某种感化下发生的非平衡多子和非平衡少子经过复合，使得半导体答复平衡状态的感化。

5.2非平衡载流子的寿命

非平衡载流子的寿命可以类比人的寿命，从出世到这个天下，到逝去的那一段时候是人的寿命；非平衡载流子的寿命就是非平衡载流子从发生到复合的时候。

5.3准费米能级

在半导体处于非平衡状态时，半导体的导带和价带各自具有自己的费米能级，这时的费米能级成为准费米能级。

5.4复公道论

半导体的复合按照机理的分歧，首要分为：间接复合、间接复合、俄歇复合、概况复合、体内复合等，一般考试只是考查相关的概念，不太会考查响应复合机理寿命公式的推导。

5.5载流子分散方程

载流子由于浓度梯度的缘由，致使载流子发生活动的形式，成为分散活动。此处引入分散方程：

之所以在公式前面有负号，是暗示从浓度高的地偏向浓度低的地方分散，很好了解。至于D则为分散系数，分散系数有一个常考的点就是以下的爱因斯坦方程：

之所以说爱因斯坦方程重要，是由于它将分散系数与迁移率联系到一路，从而在某种水平上说了然分散活动和漂移活动之间的关系。

别的一个小考点就是双极活动，了解概念，推导一般考试不作要求，太难。

5.6持续性方程

持续性方程是这一部分的重中之重，好多计较题会从这里引伸出来，最好把握推导进程，倡议具体看刘恩科教员的书。

空穴的持续性方程：

电子的持续性方程的推导与空穴类似，不再赘述。

6.PN结

6.1热平衡状态下的PN结

热平衡转状态的PN结指的是不加偏置电压状态下的PN结，首要在此状态下分析PN结的构成及内部的各类载流子活动、能带状态等，重点了解把握以下要点：

• p-n结界说及构成

• p-n结的空间电荷区及自建电场

• p-n结的能带图

• 空间电荷区中的电场、电位散布

• p-n结打仗电势差

• p-n结载流子散布

6.2直流偏置状态下的PN结

PN结的首要利用处景就是在外加电压下工作，所以一定要引入对直流偏置状态在PN的各类特征的分析，重点了解把握以下要点，特别是肖克来方程，不但考试会考，保研（考研）口试的时辰，也有能够会问到相关的内容：

• 非平衡状态下的p-n结

• 理想p-n结电流电压方程

• 影响p-n结电流电压特征偏离理想电流电压方程的身分

6.3 PN结的电容

首先需要大白什么是电容效应？忽然一问这个，很多人城市一愣，都晓得电容是什么，怎样用，可是又该怎样描写呢？

外加电压变化时，极板上的电荷也随之变化的效应成为电容效应。PN结的电容首要分为势垒电容、分散电容，了解把握概念即可。

6.4 PN结的击穿

PN结在外加反向电压到达一定水平常，会发生击穿。按照击穿机理的分歧，分为雪崩击穿、地道击穿。值得留意的一点是，雪崩击穿电压具有正温度系数，地道击穿电压具有负温度系数。

倡议学到此处，顺道把握地道效应的概念，说不定复试的时辰就会用到哦。

7. MOS

现今的集成电路大多利用CMOS作为根基单元，具体缘由可以参考集成电路设想课程，所以本章也是很是之重要的。

倡议侧重了解并把握以下要点，这部分在刘恩科教员的书上讲的很是之具体，本人不再赘述：

– 概况态

– MOS (MIS)结构概述

– 概况电场效应、MOS电容

– 概况空间电荷层的电场、电势和电容

– 绝缘层电荷对MOS电容的影响

8.金半打仗

倡议重点了解欧姆打仗和肖特基打仗的联系与区分、两者的能带图的画法以及两者的利用处所。

– 金属半导体打仗及其能级图

– 金半打仗整流理论及肖特基打仗

– 欧姆打仗

9.写在最初

闲来无事，仓促写下，水平有限，若有疑问，请移步批评区。

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