半导体物理知识纲
Ø 核心知识单元A：半导体电子状态级（课程基础——掌握物理概念物理程面知识基础）
è 半导体中电子状态（第1章）
è 半导体中杂质缺陷级（第2章）
Ø 核心知识单元B：半导体载流子统计分布输运（课程重点——掌握物理概念掌握物理程分析方法相关参数计算方法）
è 半导体中载流子统计分布（第3章）
è 半导体导电性（第4章）
è 非衡载流子（第5章）
Ø 核心知识单元C：半导体基效应（物理效应应——掌握种半导体物理效应分析产生物理机理掌握具体应）
è 半导体光学性质（第10章）
è 半导体热电性质（第11章）
è 半导体磁压阻效应（第12章）
二半导体物理知识点考点总结
第章 半导体中电子状态
章节容提：
章讨半导体中电子运动状态介绍半导体种常见晶体结构半导体中带形成半导体中电子状态带特点讲解半导体中电子运动时引入效质量概念阐述征半导体导电机构引入空穴散射概念介绍SiGeGaAs带结构
11节半导体种常见晶体结构结合性质（重点掌握）
12节深入理解带形成介绍电子化运动介绍半导体中电子状态带特点导体半导体绝缘体带进行较基础引入征激发概念（重点掌握）
13节引入效质量概念讨半导体中电子均速度加速度（重点掌握）
14节阐述征半导体导电机构引入空穴散射概念空穴特点（重点掌握）
15节介绍回旋振测试效质量原理方法（理解）
16节介绍SiGe带结构（掌握带结构特征）
17节介绍ⅢⅤ族化合物带结构解GaAs带结构（掌握带结构特征）
章重难点：
重点：
1 半导体硅锗晶体结构（金刚石型结构）特点三五族化合物半导体闪锌矿型结构特点
2 熟悉晶体中电子孤立原子电子电子运动：孤立原子中电子该原子核电子势场中运动电子恒定零势场中运动晶体中电子严格周期性重复排列原子间运动（化运动）单电子似认晶体中某电子周期性排列固定动原子核势场量电子均势场中运动势场周期性变化周期晶格周期相
3 晶体中电子化运动导致分立级发生劈裂形成半导体带原半导体带特点：
① 存轨道杂化失级带应关系杂化带重新分开带带带称导带带称价带
② 低温价带填满电子导带全空高温价带中部分电子跃迁导带晶体呈现弱导电性
③ 导带价带间隙（Energy gap）称禁带（forbidden band）禁带宽度取决晶体种类晶体结构温度
④ 原子数时导带价带级密度认级准连续
4 晶体中电子运动状态数学描述：电子运动状态：波矢k运动状态电子量E动量p速度v均确定数值波矢k描述电子运动状态k值标志电子状态电子Ek关系曲线呈抛物线形状连续谱零限量值允许晶体中电子运动：服布洛赫定理：晶体中电子调幅面波晶体中传播波函数称布洛赫波函数求解薛定谔方程电子周期场中运动时量连续形成系列允带禁带允带应K值范围称布里渊区
5 带理解释导带半导体绝缘体导电性
6 理解半导体中求E（k）k关系方法：晶体中电子运动状态电子复杂E（k）表达式困难半导体中起作位导带底价带顶附电子采级数展开方法研究带底带顶E（k）关系
7 掌握电子效质量定义：＝（维）注意带底正值带顶负值电子速度v＝注意v正值负值取决量波矢变化率
8 引入电子效质量半导体中电子受外力加速度关系具牛顿第二定律形式a＝f见效质量代换电子惯性质量
9 效质量意义：典牛顿第二定律中afm0式中f外合力惯性质量半导体中电子外力作描述电子运动规律方程中出现效质量mn*电子惯性质量外力f电子受力总半导体中电子没外加电场作时受半导体部原子电子势场作电子外力作运动时方面受外电场力f作时半导体部原子电子相互作着电子加速度应该半导体部势场外电场作综合效果找出部势场具体形式求加速度遇定困难引进效质量问题变简单直接外力f电子加速度联系起部势场作效质量加概括引进效质量意义概括半导体部势场作解决半导体中电子外力作运动运动规律时涉半导体部势场作特mn*直接实验测定方便解决电子运动规律带底部附d2Edk2>0电子效质量正值带顶附d2Edk2<0电子效质量负值mn*概括半导体部势场作效质量量函数k二次微商成反宽窄带E（k）k变化情况带越窄二次微商越效质量越层电子带窄效质量外层电子带宽效质量外层电子外力作获较加速度
10 半导体中电子准动量v＝hk
11 满带中电子导电：电子晶体中作化运动电子否导电必须考虑电子填充带情况单电子运动研究发现果带中状态电子占满外加电场晶体中没电流满带电子导电包含电子未填满带定导电性满带中电子导电绝温度零时纯净半导体价带价电子填满导带空定温度价带顶部附少量电子激发导带底部附外电场作导带中电子便参导电电子导带底部附效质量正时价带缺少电子呈满状态价带电子表现出具导电特性导电作常空穴导电描写
12 空穴概念：牛顿第二定律中求效质量正值价带顶电子效质量负值描述价带顶电子加速度遇困难解决问题引入空穴概念
① 价带中电子占空状态
② 价带顶附空穴效质量 >0数值该处电子效质量相＝－>0 空穴带电荷＋q
③ 空穴量坐标电子相反分布服量原理
13 征半导体导电机构：征半导体导带中出现少电子价带中应出现少空穴导带电子参导电价带空穴参导电征半导体导电机构点半导体金属差异金属中电子种荷载电流粒子（称载流子）半导体中电子空穴两种载流子正两种载流子作半导体表现出许奇异特性制造形形色色器件
14 回旋振实验发现硅锗电子效质量异性说明等面异性通分析硅六椭球等面分分布<100>晶六等效晶轴电子分布六椭球中心（极值）附仅回旋振实验决定导带极值（椭球中心）确定位置通施电子旋振实验出硅导带极值位<100>方布里渊区边界085倍处
15 n型锗实验指出锗导电极值位<100>方布里渊区边界八极值附等面<100>方旋转八椭球面椭球面半布里渊区简约布里渊区四椭球
16 硅锗价带结构：三条价带中两条价带极值k＝0处重合两种空穴效质量应分重空穴轻空穴第三价带带顶前两价带降低硅＝004ev锗＝029ev条价带出第三种空穴空穴重分布前两价带价带顶附等面接面
17 砷化镓带结构：导带极值位布里渊区中心k＝0处等面球面导带底电子效质量0067<100>方布里渊区边界导带极值极值附曲线曲率较处电子效质量较约055量布里渊区中心极值量高029ev正谷存砷化镓具特殊性（见第四章）价带结构硅锗类似室温禁带宽度1424ev
难点：
1 描述晶体周期性原胞晶胞原胞晶胞区分开固体物理学中强调晶格周期性重复单元原胞例金刚石型结构原胞棱长a菱立方含两原子结晶学中强调晶格周期性外强调原子分布称性例金刚石型结构晶胞棱长a正立方体含8原子
2 闪锌矿型结构Ⅲ－Ⅴ族化合物金刚石型结构样两面心立方晶格套构成称种晶格双原子复式格子果选取反映晶格周期性原胞时原胞中包含两原子Ⅲ族原子Ⅴ族原子
3 布洛赫波函数意义：晶体中电子周期性势场中运动波函数电子波函数形式相似代表波长1kk方传播面波波振幅（x）x作周期性变化变化周期晶格周期相常说晶体中电子调幅面波晶体中传播显然令（x）常数周期性势场中运动电子波函数完全变电子波函数次根波函数意义空间某点找电子率波函数该点强度（|
|）成例电子||A空间点波函数强度相等空间点找电子率相反映电子空间中运动晶体中电子|||（x）（x）|（x）晶格周期函数晶体中波函数强度晶格周期性变化晶体中点找该电子率具周期性变化性质反映电子完全局限某原子晶胞中某点运动晶胞应点电子整晶体中运动种运动成电子晶体化运动组成晶体原子外层电子化运动较强行电子相似常称准电子层电子化运动较弱行孤立原子中电子相似布洛赫波函数中波矢k电子波函数样描述晶体中电子化运动状态k标志着化运动状态
4 金刚石结构第布里渊区十四面体（见教材图1－11）注意图中特殊点位置
5 效质量意义：引入效质量电子运动牛顿第二定律描述afmn*注意典力学方程f外合力半导体中电子外力作外受半导体部原子电子势场力作种作隐含效质量中解决半导体中电子外力作运动规律时涉半导体部势场作
6 价带电子导电通常空穴导电描述实践证明样做十分方便理解空穴导电？设想价带中电子激发价带时价带满带价带中电子便导电设电子电流密度密度J：J＝价带（k状态空出）电子总电流
述方法计算出J值设想电子填充空k状态电子电流等电子电荷qk状态电子速度v（k）
k状态电子电流＝（q）v（k）
填入电子价带填满总电流应零
J＋（q）v（k）＝0
J＝（＋q）v（k）
说价带k状态空出时价带电子总电流正电荷粒子k状态电子速度v（k）运动时产生电流通常价带中空着状态成带正电粒子称空穴引进样假象粒子――空穴便简便描述价带（未填满）电流
7 回旋振原理条件
8 E（k）表达式回旋振实验效质量表达式处理k空间合理选取坐标系问题简化选取量零点坐标原点取三直角坐标轴分椭球轴重合轴椭球长轴方（<100>方）等面分绕轴旋转旋转椭球面E（k）表达式简化E（k）＝果
轴选取恰计算简单选取磁感应强度B位轴轴组成面轴交角坐标系里B方余弦分＝sin＝0＝cos
章基概念名词术语：
1 原胞晶胞：描述晶体中晶格周期性重复单元二者固体物理学中原胞强调晶格周期性结晶学中晶胞强调晶格中原子分布称性
2 电子化运动：原子组成晶体原子壳层交叠电子局限某原子原子转移原子电子整晶体中运动种运动称电子化运动须注意原子中相似壳层电子相量电子相似壳层中转移
3 带产生原：
定性理（物理概念）：晶体中原子间相互作级分裂形成带
定量理（量子力学计算）：电子周期场中运动量连续形成带
带（energy band）包括允带禁带
允带（allowed band）：允许电子量存量范围
禁带（forbidden band）：允许电子存量范围
允带分空带满带导带价带
空带（empty band）：电子占允带
满带（filled band）：允带中量状态（级）均电子占
导带（conduction band）：电子未占满允带（部分电子）
价带（valence band）价电子占允带（低温通常价电子占满）
4 带理解释导体半导体绝缘体导电性：
固体导电性分导体半导体绝缘体机理根电子填充带情况说明
固体够导电固体中电子外场作定运动结果电场力电子加速作电子运动速度量发生变化换言电子外电场间发生量交换带电子量变化电子级跃迁级满带中级已电子占满外电场作满带中电子形成电流导电没贡献通常原子中层电子占满带中级层电子导电没贡献电子部分占满带外电场作电子外电场中吸收量跃迁未电子占级起导电作常称种带导带金属中组成金属原子中价电子占带部分占满金属良导电体
半导体绝缘体带类似面已价电子占满满带（面层电子占满干满带）称价带中间禁带面空带外电场作导电绝温度零时情况外界条件发生变化时例温度升高光时满带中少量电子激发面中带底部附少量电子外电场作电子参导电时满带中少电子满带顶部附出现空量子状态满带变成部分占满带外电场作留满带中电子够起导电作满带电子种导电作等效空量子状态作带正电荷准粒子导电作常称空量子状态空穴半导
体中导带电子价带空穴参导电金属导体差绝缘体禁带宽度激发电子需量通常温度激发导带中电子少导电性差半导体禁带宽度较数量级1eV左右通常温度已少电子激发导带中具定导电力绝缘体半导体区室温金刚石禁带宽度6～7eV绝缘体硅112eV锗067eV砷化镓143eV半导体
5 半导体中电子准动量：典意义动量惯性质量速度积 v 根教材式（11）式（110）电子v＝hk电子真实动量半导体中hk＝v效质量惯性质量质区前者隐含晶格势场作（然质量量纲）vv具相形式称v准动量
6 征激发：价键电子激发成准电子价带电子吸收量激发导带成导带电子程称征激发概念常
7 载流子：晶体中荷载电流（传导电流）粒子金属中电子半导体中两种载流子电子空穴影响半导体导电性导带电子价带空穴
8 回旋振实验：目测量电子效质量便采理实验相结合方法推出半导体带结构观测出明显振吸收峰求样品纯度高实验般低温进行交变电磁场频率微波甚红外光范围实验中常固定交变电磁场频率改变磁感应强度观测吸收现象磁感应强度约零点T等面形状效质量密切相关球形等面效质量性效质量椭球等面效质量异性波矢方应效质量
9 横效质量椭球短轴方效质量椭球长轴方
10 直接带隙半导体指导带极值价带极值应波矢间接带隙半导体指导带极值价带极值应波矢
章求掌握容考点：——章求熟练掌握基物理原理概念——考题涉填空名词解释简答题（物理程解释）
1基概念名词术语解释
2熟悉金刚石型结构闪锌矿型结构晶胞原子空间立体分布硅锗砷化镓晶体结构特点晶格常数原子密度数量级（1022原子立方厘米）
3掌握带形成原电子化运动特点掌握实际半导体带特点
4掌握效质量意义计算公式速度计算方法正确理解半导体中电子加速度外力效质量关系正确理解准动量计算方法准动量变化量应
5掌握半导体导电机构正确理解空穴导电机理
6掌握硅锗砷化镓带结构注意导带底价带顶处位置
7已留课作业题
第二章 半导体中杂质缺陷级
章节容提：
理想半导体：1原子严格周期性排列晶体具完整晶格结构2晶体中杂质缺陷3电子周期场中作化运动形成允带禁带——电子量处允带中级禁带中级征激发提供载流子果晶体具完整（完美）晶格结构杂质缺陷——征半导体（纯净半导体中Ef位置载流子浓度材料身征性质决定）
实际材料中1总杂质缺陷周期场破坏杂质缺陷周围引起局部性量子态——应级常常处禁带中半导体性质起着决定性影响2杂质电离提供载流子章重点介绍半导体中杂质缺陷级
21节介绍硅锗中浅级深级杂质杂质级浅级杂质电离计算介绍杂质补偿作
22节介绍IIIV族化合物中杂质级引入等电子陷阱等电子络合物两性杂质概念
章重难点：
重点：
1 纯净半导体中掺入定杂质显著控制半导体导电性质根掺入杂质分布位置分位式杂质受杂质
2 施杂质电离成移动带正电施离子时导带提供电子半导体成电子导电n型半导体受杂质电离成移动带负电受离子时价带提供空穴半导体成空穴导电p型半导体
3 杂质元素掺入半导体晶格势场中引入微扰带极值附出现分立级——杂质级V族元素导带底禁带中引入施级Ⅲ族元素价带顶禁带中引入受级类氢模型浅级位置出较满意定量描述修正施杂质电离轨道半径表示： 受杂质电离表示：式中氢原子基态电离晶体相介电常数
4 施杂质受杂质相互抵消作通常称杂质补偿杂质补偿制造种半导体器件基础
5 非ⅢⅤ族杂质元素半导体中会产生深级级
6 例：金Au硅中电离产生两级价带面035ev处施级P型硅中起作导带面054ev处受级n型硅中起作
7 深级杂质晶体缺陷形成级般作复合中心
8 四族元素硅砷化镓中双性行硅浓度较低时起施杂质作硅浓度较高时部分硅原子起受杂质作种双性行作解释：实验测硅砷化镓中引入浅施级（
－0002）ev硅应起施作硅杂质电离硅原子导带提供导电电子导带中电子浓度应硅杂质浓度增加线性增加实验表明硅杂质浓度升定程度导带电子浓度趋饱施杂质效浓度降低种现象出现硅杂质浓度较高时硅原子仅取代镓原子起着受杂质作硅取代部分V族砷原子起着受杂质作取代Ⅲ族原子镓硅施杂质起补偿作降低效施杂质浓度电子浓度趋饱见粒子中硅杂质总效果起施作保持砷化镓n型半导体实验表明砷化镓单晶体中硅杂质浓度时取代镓原子硅施浓度取代砷原子硅受浓度约531硅取代砷产生受级（）ev处
9 点缺陷位错半导体性影响
难点：
1 类氢模型计算浅级杂质电离解释金锗中产生重级原：金Ⅰ族元素中性金原子（记）价电子取代锗晶格中锗原子位晶格点金锗少三价电子中性金原子价电子电离跃迁入导带施级电离（）金价电子价键束缚电离略锗禁带宽度施级价带顶电离中性金原子接受称带电子电荷正电中心方面中性金原子周围四锗原子形成价键形成价键时价带接受三电子形成三受级金原子接受第电子变相应受级电离（）接受第二电子变相应受级电离（）接受第三电子变相应受级电离（）述分表示成带两三电子电荷负电中心电子间库仑排斥作金价带接受第二电子需电离接受第电子时接受第三电子时电离接受第二电子时>>离价带顶相Ⅲ族杂质引入浅级深更深导带底金锗中五种荷电状态相应存着四孤立级深级分析方法说明硅锗中形成深级杂质基实验情况相致
章基概念名词术语：
施杂质（n型杂质）：杂质电离够施放电子产生电子形成正电中心杂质——施杂质
施杂质电离：杂质价电子挣脱杂质原子束缚成电子需量——杂质电离EDi表示
正电中心：施电离正离子——正电中心
施级ED：施电子施杂质束缚时量应级称施级电离施杂质施级位禁带中导带底较底距离
受杂质：够（晶体）半导体提供空穴形成负电中心底杂质——受杂质
受杂质电离EAi：空穴挣脱受杂质束缚成导电空穴需量
受级EA：空穴受杂质束缚时量状态应级
浅级杂质：电离杂质称浅级杂质谓浅级指施级导带底受级价带顶室温掺杂浓度高底情况浅级杂质全部电离五价元素磷（P）锑（Sb）硅锗中浅受杂质三价元素硼（B）铝（Al）镓（Ga）铟（In）硅锗中浅受杂质
杂质补偿：半导体中存施杂质受杂质时底作会载流子减少种作称杂质补偿制造半导体器件底程中通采杂质补偿底方法改变半导体某区域底导电类型电阻率
高度补偿：施杂质浓度受杂质浓度相差二者相等提供电子空穴种情况称杂质高等补偿种材料容易误认高纯度半导体实际含杂质性差般制造半导体器件
深级杂质：杂质电离施级远离导带底受级远离价带顶
深级杂质三基特点：容易电离载流子浓度影响二般会产生重级甚产生施级产生受级三起复合中心作少数载流子寿命降低（第五章详细讨）四深级杂质电离带电中心载流子起散射作载流子迁移率减少导电性降
等电子陷阱等离子杂质：某化合物半导体中例磷化镓中掺入V族元素氮铋氮铋取代磷禁带中产生级级称等离子陷阱种效应称等离子杂质效应谓等离子杂质基质晶体原子具数量价电子杂质原子代格点族原子基电中性原子序数原子价半径电负性差俘获某种载流子成带电中心带电中心称等离子陷阱否周期表中族元素均形成等离子陷阱呢？掺入原子基质晶体原子电负性价半径方面较差时形成等离子陷阱般说族元素原子序数越电负性越价半径越等电子杂质电负性基质晶体原子电负性时取代便俘获电子成负电中心反俘获空穴成正电中心例氮价半径电负性分0070nm30磷价半径电负性分0110nm21氮取代磷俘获电子成负电中心俘获中心称等离子陷阱电子电离ΔED＝0008eV铋价半径负电性分0146nm19铋取代磷俘获空穴电离ΔEA＝0038eV
章求掌握容考点：——章种概念理解掌握——考题涉填空题名词解释
1基概念名词术语解释
2掌握浅级杂质深级杂质基特点半导体中起作
3掌握等电子陷阱等离子杂质概念解释硅砷化镓中双性行
4掌握点缺陷位错缺陷半导体性影响
5已留课作业
第三章 半导体中载流子统计分布
章容提：
1 章务：计算征半导体杂质半导体热衡载流子浓度费米级位置讨n0p0EFNDNAT关系
2 热衡热衡载流子：定温度果没外界作半导体中导电电子空穴电子热激发作产生电子断热震动晶格中获定量低量量子态跃迁高量量子态例电子价带跃迁导带（征激发）形成导电电子价带空穴电子空穴通杂质电离方式产生电子施级跃迁导带时产生导带电子电子价带激发受级时产生价带空穴等时存着相反程电子高量量子态跃迁低量量子态晶格放出定量导带中电子价带中空穴断减少程称载流子复合定温度两相反程间建立起动态衡称热衡状态时半导体中导电电子浓度空穴浓度保持稳定数值种处热衡状态导电电子空穴称热衡载流子温度改变时破坏原衡状态重新建立起新衡状态热衡载流子浓度发生变化达稳定数值
3 解决问题思路：热衡种动态衡载流子级间跃迁级出现率
讨热衡载流子统计分布首先解决述问题：
① 允许量子态量分布情况——状态密度
② 电子允许量子态中符合分布——分布函数
然讨n0p0EFNDNA关系
章重难点：
重点：
1 计算电子空穴浓度必须带量积分布里渊区体积积分引入状态密度概念单位量间隔量子态数表达式：通述步骤计算状态密度：首先算出单位k空间中量子态数k空间中状态密度然算出k空间中量EE＋dE间应k空间体积k空间中状态密度相求量EE＋dE间量子态数dE根前式求状态密度g（E）
2 费米分布函数意义：表示量E量子态电子占率描写热衡状态电子允许量子态分布统计分布函数费米分布函数出空穴占级率
级电子占否空空穴占
3 称
证明：
研究电子空穴分布方便
4 费米分布函数波耳兹曼分布函数关系：
时电子费米分布函数转化波耳兹曼分布函数热衡系统温度定值通常见波耳兹曼分布函数
理时 空穴费米分布函数转化空穴波耳兹曼分布函数半导体中常遇情况费米级位价带导带底价带顶距离远导带中量子态说电子占率般满足半导体电子中电子分布电子波耳兹曼分布函数描写着量E增f（E）迅速减导带中绝数电子分布导带底附理半导体价带中量子态说空穴占率般满足价带中空穴分布服空穴波耳兹曼分布函数着量E增迅速增价带中绝数空穴分布价带顶附讨半导体问题时常两公式通常服波耳兹曼统计率电子系统称非简性系统
5 费米级：称费米级费米量温度半导体材料导电类型杂质含量量零点选取关重物理参数知道数值定温度电子量子态统计分布完全确定半导体中带量子态中电子占量子态数应等电子总数N条件决定半导体中量电子集体成热力学系统统计理证明费米级系统化学势
代表系统化学势F式系统式意义：系统处热衡状态外界做功情况系统中增加电子引起系统变化等系统化学势处热衡状态电子系统统费米级般认温度高时量费米级电子态基没电子占量费米级率温度总12费米级位置较直观标志电子占量子态状况通常说费米级标志电子填充级水费米级位置越高说明较量较高电子态电子
6 导出导带电子浓度价带空穴浓度表达式理解掌握电子浓度空穴浓度表达式意义
7 利电中性条件（谓电中性条件电中性半导体负电数正电荷相等电子带负电空穴带正电征半导体电中性条件导带中电子浓度应等价带中空穴浓度＝式导出费米级）求解征半导体费米级：征半导体没杂质缺陷半导体绝零度时价带中全部量子态电子占导带中量子态全部空着说半导体中价键饱完整半导体温度零度时电子价带激发导带中时价带中产生空穴谓征激发电子空穴成产生导带中电子浓度应等价带中空穴浓度＝
8 征载流子浓度温度价带宽度关温度升高时征载流子浓度迅速增加半导体材料温度禁带宽度越征载流子浓度越
9 定温度非简半导体热衡载流子浓度积该温度时征载流子浓度方含杂质关仅适征半导体材料适非简杂质半导体材料
10 意义：作判断半导体材料热衡条件热衡条件均常数常数时单位时间单位体积产生载流子数等单位时间单位体积复合掉载流子数说产生率复合率式作判断半导体材料否达热衡式
11 半导体杂质级电子占率函数费米分布函数：杂质级带中级区带中级容纳旋两电子施级者意旋方电子占者接受电子（空）两种情况中种施级允许时旋方相反两电子占费米分布函数表示电子占杂质级率
12 分析杂质半导体掺杂浓度温度载流子浓度费米级影响掺某种杂质半导体载流子浓度费米级温度杂质浓度决定杂质浓度定半导体着温度升高载流子杂质电离源渡征激发源程相应费米级位杂质级附逐渐移禁带中线处譬n型半导体低温弱电离区时导带中电子施杂质电离产生着温度升高导带中电子浓度增加费米级施级降施级降干时施杂质全部电离导带中电子浓度等施浓度处饱区升高温度杂质电离已增加电子数征激发产生电子迅速增加着半导体进入渡区导带中电子数量级相征激发部分杂质电离部分组成费米级继续降温度升高时征激发成载流子源载流子浓度急剧升费米级降禁带中线处时典型征激发p型半导体作相似讨受浓度定时着温度升高费米级受级逐渐升禁带中线处载流子受电离源转化征激发源温度定时费米级位置杂质浓度决定例n型半导体着施浓度
增加费米级禁带中线逐渐移导带底方p型半导体着受浓度增加费米级禁带中线逐渐移价带顶附说明杂质半导体中费米级位置反映半导体导电类型反映半导体掺杂水n型半导体费米级位禁带中线越费米级位置越高p型半导体费米级位中线越费米级位置越低
13 般情况半导体含施杂质含受杂质热衡状态电中性方程式意义：时含种施杂质种受杂质情况半导体单位体积负电荷数（导带电子浓度电离受浓度）等单位体正电荷数（价带空穴浓度电离施浓度）
14 施浓度受浓度情况分析载流子浓度费米级温度关系
15 简半导体载流子浓度：n型半导体施浓度高费米级接进入导带时导带底附底量子态基已电子占导带中底电子数目条件成立必须考虑泡利相容原理作时玻耳兹曼分布函数必须费米分布函数分析导带中电子分布问题种情况称载流子简化发生载流子简化半导体称基半导体p型半导体费米级接价带顶进入价带必须费米分布函数分析价带中空穴分布问题
16 简时杂质浓度：n型半导体半导体发生简时掺杂浓度接导带底效状态密度杂质电离杂质杂质浓度较时会发生简p型半导体发生简受浓度接价带顶效状态密度果受电离较受浓度较时会发生简种类半导体导带底效状态密度价带顶效密度相般规律效状态密度材料发生简杂质浓度较
难点：
1 量状态密度k空间量子态分布等面形状关k 空间量子态分布均匀量子态密度V（立方晶体体积）果计入旋量子态允许两旋相反电子占量子态换言k空间量子态实际代表旋方相反两量子态k空间电子允许量子态密度2V注意：时量子态容纳电子样费米分布函数定义统起（费米分布函数量E量子态电子占率）
2 状态密度表达式推导程作课堂讨课程重点容
3 导出导带电子浓度基思路：计算状态密度样认带中级连续分布带分成量间隔处理导带分限限量间隔量
间量子态电子占量量子态率间电子占量子态占量子态电子间电子然量区间中电子数相加实际导带底导带顶进行积分带中底电子总数半导体体积导带中电子浓度费米级般禁带中导带中级远高费米级时计算导带电子浓度玻耳兹曼分布函数
4 征半导体中导带电子浓度等价带空穴浓度根载流子分布函数费米年间意义知：征半导体费米级应该位导带底价带顶间中间位置禁带中央处样导带电子价带空穴称费米级分布导带价带中满足＝导带效状态密度（）价带效状态密度（）中分含电子状态浓度效质量（）价带空穴状态效密度（）两者数值差异征半导体费米级偏离禁带中央果费米级偏离禁带中认费米级基位禁带中央果相差征半导体费米级会偏离禁带中央远具体情况征半导体费米级表达式分析(见课第6题)
5 根电中性方程导出温度区间费米级载流子浓度表达式
6 杂质电离程度温度掺杂浓度杂质电离关温度高电离利杂质电离杂质浓度高杂质充分电离通常说室温杂质全部电离实际忽略杂质浓度限制
7 温度区间分析载流子密度费米级温度关系温度区间划分传统意义温度数值范围划分通相关参量较讨整温度范围划分极低温区（弱电离）低温区（杂质电离）……征激发区
8 注意两电中性方程适条件：杂质全部电离征激发忽略时电中性方程（原始方程）杂质全部电离征激发忽略掺杂浓度数值相温度升高数值增导致相时电中性方程（原始方程式中）
述两电中性方程时关键判断否考虑征激发电中性方程影响
9 导体发生简应温度范围：图解方法求出半导体发生简时应温度范围温度范围发生简时杂质浓度杂质电离关：电离定时杂质浓度越发生简温度范围越发生简杂质浓度定时杂质电离越简温度范围越
章基物理概念问题：
费米分布函数波尔兹曼分布函数k空间状态密度量状态密度概念
电子浓度空穴浓度积费米级关定半导体材料积决定温度含杂质关定温度半导体材料禁带宽度积关系式征半导体杂质半导体热衡状态非简半导体普遍适讨许许实际问题时常常引定半导体材料定温度积时定换言半导体处热衡状态时载流子浓度积保持恒定果电子浓度增加空穴浓度减反然式式热衡载流子浓度普遍表示式确定费米级定温度时半导体导带中电子浓度价带中空穴浓度计算出
半导体材料制成器件定极限工作温度工作温度受征载流子浓度制约：般半导体器件中载流子源杂质电离征激发忽略计征载流子浓度没超杂质电离提供载流子浓度温度范围果杂质全部电离载流子浓度定器件稳定工作着温度升高征载流子浓度迅速增加例室温附纯硅温度升高8K左右征载流子浓度增加约倍纯锗温度升高12K左右征载流子浓度增加约倍温度足够高时征激发占位器件正常工作种半导体材料制成器件定极限工作温度超温度器件失效例般硅面采室温电阻率1·cm左右原材料掺入施杂质锑制成保持载流子源杂质电离时求征载流子浓度少杂质浓度低数量级超果征载流子浓度超话应温度526K硅器件极限工作温度520K左右锗禁带宽度硅锗器件工作温度硅低约370K左右砷化镓禁带宽度硅极限工作温度高达720K左右适宜制造功率器件
总征载流子浓度温度迅速变化征材料制作器件性稳定制造半导体器件般含适杂质半导体材料
数载流子少数载流子（子少子）：半导体中载流子电子空穴n型半导体电子导电电子浓度远空穴浓度称电子n型半导体数载流子简称子空穴n型半导体少数载流子简称少子p型半导体空穴子电子少子衡少子浓度正征载流子浓度方n型半导体少子浓度强烈赖温度变化
简半导体中杂质充分电离：通分析计算室温n型硅掺磷发生简杂质浓度
计算电离施浓度硅中84％杂质电离导带电子浓度84％杂质电离掺杂浓度较电子浓度较简半导体中杂质充分电离原：简半导体电子浓度较高费米级较低掺杂时远施级杂质电离程度降低
简化条件：简化条件约定相位置作区分简化非简化标准般约定：
非简
弱简
简
注意：做题时首先判断题目中出半导体材料否发生弱简简然确定采相应关公式进行解题
章求掌握容考点：——章课程核心知识章节仅求掌握基物理概念原理求进行相关参数计算——考题涉题型（必道相关计算题）
1 基物理概念问题理解掌握
2 掌握费米分布函数玻耳兹曼分布函数费米级意义费米级参考级电子真实级费米级位置标志电子填充级水热衡条件费米级定值费米级数值温度半导体材料导电类型杂质浓度零点选取关重物理参数
3 掌握导带电子浓度价带空穴浓度公式：
2
3
4 分导带价带底效状态密度相导带中量子态集中导带底状态密度理相价带中量子态集中价带顶状态密度两式中指数部分具玻耳兹曼分布函数形式率函数前者电子占量量子态率者空穴占量量子态率导带中电子浓度中电子占量子态数价带空穴浓度中空穴占量子态数
5 够写出征半导体电中性方程熟悉半导体半导体载流子浓度温度禁带宽度关系正确热衡判断式常数记住例300 K时硅锗砷化镓禁带宽度分112ev067ev1428ev征载流子浓度分均实验值
6 够写出掺杂种杂质半导体般性电中性方程施杂质时受杂质时征激发忽略情况例室温区电中性条件温度较高杂质全部电离征激发忽略时电中性条件种情况应联立解出
7 掺杂浓度定情况够解释子浓度温度变化关系（教材图311解释）定温度掺杂浓度条件判断半导体处温度区域计算出载流子浓度费米级位置
8 掌握半导体时含施杂质受杂质情况电中性方程般表达式较熟练分析计算补偿型半导体载流子浓度费米级
9 简化半导体基认识特点掺杂浓度高费米级接进入导带价带够熟练简化条件
第四章 半导体导电性
章容提：
章讨载流子运动规律（载流子输运现象）载流子电场中漂移运动迁移率电导率散射机构强电场效应
章重难点：
重点：
1 微分欧姆定律：半导体中常遇电流分布均匀情况流截面电流强度相等通常电流密度描述半导体中电流电流密度指通垂直电流方单位面积电流根熟知欧姆定律电流密度通半导体中某点电流密度该处电导率电场强度直接联系起称欧姆定律微分形式
2 漂移速度迁移率：外加电压时导体部电子受电场力作着电场反方作定运动构成电流电子电场力作种运动称漂移运动定运动速度称漂移速度迁移率单位场强电子均漂移速度电子带负电电子均漂移速度方般应电场强度方相反惯迁移率取正值
3 电离杂质散射：施杂质电离带正电离子受杂质电离带负电离子电离施受周围形成库仑势场库仑势场局部破坏杂质附周期性势场载流子散射附加势场载流子运动电离杂质附时库仑势场作载流子运动
方发生改变电离施电离受电子空穴散射散射程中轨迹施受焦点双曲线常散射率P描述散射强弱代表单位时间载流子受散射次数具体分析发现浓度电离杂质载流子散射率温度关系：
4 晶格散射：晶格散射长声学波长光学波长声学波传播时荷气体中声波类似会造成原子分布疏密变化产生体变疏处体积膨胀密处压缩图4－10（a）示波长中半处压缩状态半处膨胀状态种体变表示原子间距减增第章知道禁带宽度原子间距变化疏处禁带宽度减密度增带结构发生波形起伏禁带宽带改变反映出导带底价带顶升高降低引起带极值改变时处导带底价带顶电子空穴半导体点量差波引起带起伏载流子作讲产生附加势场附加势场破坏原势场严格周期性电子K状态散射K状态长光学波散射发生离子晶体中离子晶体中原胞正负两离子声学波样形成疏密相间区域正负离子位移相反正离子密区负离子疏区相合正离子疏区负离子密区相合造成半波长区域带正电半波长区域带负电带正负电区域产生电场载流子增加势场作势场引起载流子散射附加势场
5 均时间散射率关系：载流子电场中作漂移运动时连续两次散射间时间作加速运动段时间 称时间时间长短取极次求均值称载流子均时间散射率互倒数关系
6 迁移率均时间效质量关系：通计算外电场作载流子均漂移速度效质量性电子空穴迁移率分
等面旋转椭球极值半导体晶体方效质量迁移率效质量关系稍复杂例硅：
称电导迁移率值三轴方三迁移率线性组合
称电导效质量式决定：
迁移率杂质浓度温度关系：
掺杂硅锗半导体散射机构电离杂质散射声学波散射
电离杂质散射特点温度升高迁移率增电离杂质增加迁移率减声学波散射特点温度升高迁移率降时存两种散射机构时考虑作迁移率影响掺杂浓度较低时忽略电离杂质影响迁移率受晶格散射影响温度升高迁移率降掺杂浓度较高时低温时晶格振动较弱晶格振动散射电离杂质散射作弱电离杂质散射温度升高迁移率缓慢增温度较高时温度升高晶格振动加剧晶格散射作高温时迁移率温度升高降低
8电阻率决定载流子浓度迁移率基表示式：
半导体中电子浓度远空穴浓度时
n型半导体电子浓度远空穴浓度时
p型半导体电子浓度远空穴浓度时
征半导体电子浓度等空穴浓度时
电阻率杂质浓度关系：
轻掺杂时（例杂质浓度）室温杂质全部电离载流子浓度似等杂质浓度迁移率杂质浓度变化载流子浓度（杂质浓度）变化相较认迁移率常数杂质浓度升高电阻率降电阻率表达式取数电阻率杂质浓度关系线性
掺杂浓度较高时（杂质浓度）室温杂质全部电离简半导体中电离程度降更载流子浓度杂质浓度杂质浓度较高时迁移率降较两原电阻率杂质浓度升高降
征半导体杂质半导体电阻率温度变化关系：纯半导体材料电阻率征载流子浓度决定温度升急剧增加室温附温度增加硅征载流子浓度增加倍迁移率稍降电阻率相应降低半左右锗说温度增加征载流子浓度增加倍电阻率降低半征半导体电阻率温度增加单调降征半导体区金属重特征杂质半导体杂质电离征激发两素存电离杂质散射晶格散射两种散射机构存电阻率温度变化关系复杂定杂质浓度硅样品电阻率温度关系曲线致分三温度区段：
低温区段温度低征激发忽略载流子杂质电离提供温度升高增加散射杂质电离决定迁移率温度升高增电阻率温度升高降
电离饱区段温度继续升高（包括室温）杂质已全部电离征激发十分显著载流子基温度变化晶格振动散射升矛盾迁移率温度升高降低电阻率温度升高增
征激发区段温度继续升高征激发快增加量征载流子产生远远超迁移率减电阻率影响时征激发成矛盾方面杂质半导体电阻率温度升高急剧降表现出征半导体相似特性
9定性解释强电场欧姆定律发生偏离原：载流子晶格振动散射时量交换程说明没外加电场情况载流子晶格散射时强吸收声子发射声子晶格交换动量量交换净量零载流子均量晶格相两者处热衡状态电场存时载流子电场中获量发射声子形式量传晶格时均说载流子发射声子数 吸收声子数达稳定状态时单位时间载流子电场中获量予晶格量相强电场情况载流子电场中获量载流子均量热衡状态时载流子晶格系统处热衡状态温度均动量度然载流子量晶格系统量便引进载流子效温度描述语晶格系统处热衡状态载流子称种状态载流子热载流子强电场情况载流子温度晶格温度高载流子均量晶格热载流子晶格散射时热载流子量高速度热衡状态速度出均程保持变情况均时间减迁移率降低电场强时载流子声学波散射迁移率降低电场进步增强载流子量高光学波声子量相时散射时发射光学波声子载流子获量部分消失均漂移速度达饱
10耿氏效应：n型砷化镓两端电极加电压电压高某值时半导体电流便高频率振荡效应称耿氏效应耿氏效应半导体带结构关：砷化镓导带低谷1位布里渊区中心布里渊区边界L处谷2谷1高出029ev温度太高时电场太强时导带电子部分位谷1谷1曲率电子效质量谷2曲率电子效质量（） 谷2效质量谷2电子迁移率谷1电子迁移率电场弱时电子位谷1均漂移速度电场强时电子电场获较量谷1 跃迁谷2均漂移速度速场特性表现变化速率（实际速场特性两斜率低电场时高电场时）迁移率变化程中负阻区负阻区迁移率负值特性称负阻效应意义着电场强度增电流密度减
难点：
1 晶格散射讨格波载流子作格波量离子化量单元称声子格波量减少量子（量单元）称作放出声子增加量子称吸收声子声子说法仅生动表示出格波量量子化特征分析晶格物质作时方便例电子晶体中格波散射便作电子声子碰撞
2 均时间统计均值
3 迁移率杂质浓度温度关系较复杂硅锗等原子半导体电离杂质散射晶格散射抓住矛盾实验结果作出较解释（参考课程重点中第三条讲义图4－13解释）
4 电阻率载流子浓度迁移率关分析电阻率温度关系时注意载流子浓度迁移率温度关考虑载流子浓度电阻率影响时温度载流子浓度影响参考第三章图3－11
5 均漂移速度电场强度关系：电场较弱时均漂移速度电场强度成线性关系欧姆定律成立电场强度较时均漂移速度电场强度二分次方增开始便离欧姆定律电场强度增电子量已高光学声子量相拟时电子晶格散射时便发射声学光子稳态时均漂移速度电场关达饱
章基物理概念问题：
1 半导体中电流电子电流空穴电流总：块均匀半导体两端加电压半导体部形成电场电子带负电空穴带正电两者漂移运动方电子反电场方漂移空穴电场方漂移形成电流着电场方半导体中导电作应该电子导电空穴导电总
2 电子迁移率空穴迁移率：迁移率数值表示载流子电场作运动难易程度导电电子导带中脱离价键半导体中运动电子导电空穴禁带中空穴电流实际代表价键电子价键间运动时产生电流显然相电场作两者均漂移速度会相导带电子均漂移速度说电子迁移率空穴迁移率相等前者
3 散射率：表示单位时间载流子受辐射次数数值散射机构关
4 单位电场作载流子获均漂移速度做漂移迁移率分析硅六谷中电子电流贡献时引入电导迁移率实质漂移迁移率线性组合电导迁移率具漂移迁移率意义漂移迁移率通实验测量
5 补偿材料杂质完全电离情况载流子浓度决定两种杂质浓度差迁移率决定两种杂质浓度总果材料中掺种施杂质受杂质迁移率决定电离杂质浓度
6 总迁移率倒数等散射机构迁移率倒数
7 实验方法测量半导体样品电阻率非补偿轻补偿材料电阻率反映出杂质浓度（基载流子浓度）高度补偿材料载流子浓度电阻率高真正说明材料纯种材料杂质迁移率制造器件
8 热载流子：强电场情况载流子电场中获量载流子均量热衡状态时载流子晶格系统处热衡状态温度均动量度然载流子量晶格系统量便引进载流子效温度描述语晶格系统处热衡状态载流子称种状态载流子热载流子强电场情况载流子温度晶格温度高载流子均量晶格
9 式情况均成立形式均漂移速度电场强度成正迁移率场强关弱电场时迁移率常数强电场时迁移率常数利讲义图4－17求出场强迁移率
章求掌握容考点：——章课程核心知识章节仅求掌握基物理概念原理求进行相关参数计算——考题涉题型
1正确理解会运简单重基公式：
般半导体总电流：
般半导体电导率：
n型半导体(n>>p)：
p型半导体(p>>n)：
征半导体(np)：
2掌握基概念：微分欧姆定律漂移运动漂移速度漂移电流密度（写出计算公式）载流子迁移率载流子散射（电离杂质散射晶格振动散射——声子散射）热载流子微分负阻效应
3熟悉电离杂质散射率电离杂质浓度温度关系声学波光学波散射率素关
4掌握迁移率杂质浓度温度关系正确讲义图4－13图4－14查出迁移率注意：两图中杂质材料含种杂质掺杂浓度低材料室温时迁移率似征材料（较纯材料）迁移率表够熟练计算导电类型材料电导率（计算中注意单位转化）
5掌握电阻率杂质浓度关系电阻率温度关系熟练计算导电类型半导体电阻率注意杂质温度两素电阻率影响图4－15锗硅砷化镓300K时电阻率温度关系实验曲线适非补偿轻度补偿材料
6够定性解释强电场欧姆定律偏离原
7定性描述砷化镓带结构特点掌握谷散射微分负阻效应基物理原理
8课作业题
第五章 非衡载流子
章容提：
章重难点：
重点：
1非衡载流子产生：处热衡状态半导体定温度载流子浓度时定种处热衡状态载流子浓度称衡载流子浓度前面章讨衡载流子
分表示衡电子浓度空穴浓度非简情况积满足：征载流子浓度温度函数非简情况掺杂少衡载流子浓度必定满足非简导体处热衡状态判式半导体热衡状态相条件果半导体施加外界作破坏热衡条件迫处热衡状态相偏离状态称非衡状态处非衡状态半导体载流子浓度出部分衡状态出部分载流子称非衡载流子时称剩载流子定温度没光时半导体中电子空穴浓度分假设n型半导体适波长光射该半导体时光子量该半导体禁带宽度光子价带电子激发导带产生电子－空穴导带衡时出部分电子价带衡时出部分空穴非衡载流子浓度时非衡电子称非衡数载流子非衡空穴称非衡少数载流子p型材料相反光半导体部产生非衡载流子方法称非衡载流子光注入光注入时
产生非衡载流子方法光注入外方法产生非衡载流子例电注入高粒子辐等
2注入：般情况注入非衡载流子浓度衡时数载流子浓度n型材料满足条件注入称注入注入情况非衡少数载流子浓度衡少数载流子浓度影响显十分重相说非衡数载流子影响忽略实际非衡少数载流子起着重作通常说非衡载流子指非衡少数载流子
3非衡载流子复合：光注入例光时价带电子光激发导带产生电子－空穴光停止注入非衡载流子直存原激发导带电子回价带电子空穴成消失半导体非衡态恢复衡态非衡载流子逐渐消失程称非衡载流子复合单位时间单位体积净复合消失电子－空穴数称非衡载流子净复合率类似：单位时间单位体积复合消失电子－空穴数称非衡载流子复合率单位时间单位体积产生电子－空穴数称非衡载流子产生率
3非衡载流子寿命（少数载流子寿命少子寿命寿命）：通实验观察光停止非衡载流子浓度时间变化规律实验表明光停止时间指数规律减少说明非衡载流子立刻全部消失程导带价带中定生存时间长短非衡载流子均生存时间称非衡载流子寿命表示相非衡数载流子非衡少数载流子影响处导决定位非衡载流子寿命常称少数载流子寿命简称少子寿命寿命
4载流子产生复合情况存热衡状态存着产生复合两程状态载流子产生原温度相应描述种产生程热产生率单位时间单位体积热产生电子－空穴数称热产生率热产生率等复合率时半导体达热衡状态果复合率热产生率存净复合率净复合率数值等复合率热产生率差证明净复合率里t时刻非衡载流子浓度
5电子准费米级空穴准费米级：半导体衡态遭破坏存非衡载流子时认分价带导带中电子讲基处衡态导带价带间处衡状态费米级统计分布函数导带价带然适分引入导带费米级价带费米级局部费米级称准费米级导带价带间衡表现准费米级重合导带准费米级称电子准费米级相应价带准费米级称空穴准费米级分表示非衡载状态载流子浓度公式衡载流子浓度类似准费米级代费米级衡载流子浓度公式中位置
6直接复合：半导体中电子空穴运动中会定率直接相遇复合电子空穴时消失带角度讲导带中电子直接落入价带空穴复合种电子导带价带间直接跃迁哦引起非衡载流子复合程直接复合
直接复合寿命：
注入条件少子寿命τ1r(n0+p0)n型半导体n0>>p0少子寿命τ1rn0说明注入条件温度掺杂定时寿命常数寿命衡数载流子浓度成反者说半导体电导率越高寿命越短
注入情况直接复合寿命τ1rΔp见寿命非衡载流子浓度增减复合程中寿命常数般说禁带宽带越直接复合率越锑化铟（Eg018eV）碲（Eg03eV）等禁带宽度半导体中直接复合占优势实验发现砷化镓禁带宽度Eg1428eV然较直接复合机构寿命着重影响具体带结构关砷化镓直接带隙半导体
7间接复合寿命：
深级杂质缺陷禁带中形成深级非衡载流子寿命影响实验发现样杂质缺陷越寿命越短说明杂质缺陷促进复合作促进复合程杂质缺陷称复合中心间接复合指非衡载流子通复合中心复合禁带中复合中心级台阶电子－空穴复合分两步走：第步导带电子落入复合中心级第二步电子落入价带空穴复合复合中心恢复原空着状态完成次复合程显然定存述两程逆程间接复合旧统计性程相复合中心Et言4微观程：
甲：俘获电子程复合中心级Et导带俘获电子导带电子减少
乙：发射电子程复合中心级Et电子激发导带（甲逆程）导带电子增加
丙：俘获空穴程电子复合中心级Et落入价带空穴复合成复合中心级价带俘获空穴价带空穴减少
丁：发射空穴程价带电子激发复合中心级Et出复合中心级价带俘获空穴价带空穴减少
根述四程描述稳定条件（稳定条件指复合中心级电子数发生变化增加减少）甲－乙＝丙－丁显然等式左端表示单位时间单位体积导带减少电子数等式右端表示单位时间单位体积价带减少空穴数导带损失电子时价带损失空穴电子空穴通复合中心成复合式正表示电子－空穴净复合率U表示：
式分析种情况间接复合寿命
8表面复合效寿命
前研究非衡载流子寿命时考虑半导体部复合程实际少数载流子寿命程度受半导体样品形状表面状态影响例实验发现吹砂处理金刚砂粗磨样品寿命短细磨适化学腐蚀样品寿命长实验表明样表面情况样品越寿命越短见半导体表面确实促进复合作表面复合指半导体表面发生复合程表面处杂质表面特缺陷禁带形成复合中心级复合机构讲表面复合然间接复合间接复合理完全处理表面复合问题
考虑表面复合实际测寿命应体复合表面复合综合结果设两种复合单独行发生τv表示体复合寿命1τv体复合率τa表示表面复合寿命1τs表示表面复合率总复合率：
1τ1τv+1τs
式中τ称效寿命
10陷阱陷阱中心陷阱效应：
陷阱效应非衡载流子情况发生种效应半导体处热衡状态时施受复合中心杂质级具定数目电子衡时费米级分布函数决定实际级中电子通载流子俘获产生程载流子间保持着衡半导体处非衡态出现非衡载流子时种衡遭破坏必然引起杂质级电子数目改变果电子增加说明级具收容部分非衡电子作电子减少成级收容空穴作般意义讲杂质级种积累非衡载流子作称陷阱效应角度杂质级定陷阱效应实际需考虑显著积累非衡载流子作杂质级例积累非衡载流子数目导带价带中非衡载流子数目相拟显著陷阱效应杂质级称陷阱相应杂质缺陷称陷阱中心
11利间接复合理陷阱性质简单讨
12扩散概念：
① 扩散现象反映微观粒子特定条件运动规律分子原子电子等微观粒子均气体液体固体中产生扩散运动
② 产生扩散运动原（动力）种素造成微观粒子浓度梯度微观粒子总浓度高方浓度低方扩散
③ 扩散运动微观粒子热运动密切相关规运动序化产生定运动
④ 扩散运动快慢微观粒子身性质处环境关例：电子空穴硅锗中扩散系数相
13非衡载流子扩散扩散密度：
块均匀掺杂半导体例n型半导体电离施带正电电子带负电电中性求处电荷密度零载流子分布均匀没浓度差异均匀材料中会发生载流子扩散运动果适波长光均匀射块材料面假定半导体表面层光部分吸收表面薄层产生非衡载流子部非衡载流子少半导体表面非衡载流子浓度部高必然会引起非衡载流子表面部扩散面具体分析注入非衡少数载流子
——空穴扩散运动
考虑维情况假定非衡载流子浓度x变化写成x方
浓度梯度＝
通常单位时间通单位面积（垂x轴）粒子数称扩散流密度实验发现扩散流密度非衡载流子浓度梯度成正表示空穴扩散流密度
例系数DP称空穴扩散系数单位cm2s反映非衡少数载流子扩散领式中负号表示空穴浓度高方浓度低方扩散式描写非衡少数载流子空穴扩散规律称扩散规律
14维稳态扩散：种情况样品足够厚非衡少数载流子光表面开始样品部扩散程中伴着复合非衡少数载流子浓度指数规律衰减第二种情况样品薄非衡少数载流子复合扩散表面表面突然降零种情况非衡少数载流子扩散方线性分布
15爱斯坦关系：通非衡载流子漂移运动扩散运动讨明显迁移率反映载流子电场作运动难易程度物理量扩散系数反映存浓度梯度时载流子运动难易程度爱斯坦理找扩散系数迁移率间定量关系
16连续性方程：非衡少数载流子时存扩散运动漂移运动时遵守运动方程般情况非衡载流子浓度仅位置x函数时间变化空穴例连续性方程般表达式：
式中项物理意义右端：
第项扩散运动单位时间单位体积中积累空穴数
第二三项漂移运动单位时间单位体积中积累空穴数
第四项存复合程单位时间单位体积中复合消失空穴数
第五项某种素单位时间单位体积中产生空穴数（产生率）
左端单位时间单位体积中空穴改变量者说单位体积中空穴时间变化率
17连续性方程应：前面出连续性方式般表达式条件具晶体形式例半导体中电场均匀含电场偏导数项应零根具体情况正确应连续性方程
难点：
1 间接复合理中四微观程分析关寿命讨
2利间接复合理陷阱性质讨：陷阱中心复合中心性质例效复合中心电子俘获系数空穴俘获系数数值相差效陷阱中心两者相差陷阱俘获电子难俘获空穴俘获电子复合前（落入价带前）激发重新释放回导带落入陷阱中心电子难空穴复合样陷阱电子陷阱电子陷阱中电子空穴复合必须重新激发导带通效复合中心完成空穴复合陷阱空穴陷阱
3非衡少数载流子维非稳态扩散方程建立基思路：取体积元计算单位时间该体积元非衡少数载流子变化量导出求非稳态扩散方程考虑非衡少数载流子变化量时四素：
① 扩散单位时间流入体积元非衡少数载流子n型样品空穴）
② 光单位时间体积元中产生非衡少数载流子
③ 扩散单位时间流出体积元非衡少数载流子
④ 复合单位时间体积元中消失掉非衡少数载流子显然述四条中前两条会体积元中非衡少数载流子数量增加两条会体积元中非衡少数载流子数量减少前两条减两条体积元体积单位时间单位体积中非衡载流子改变量导出维非稳态扩散方程n型样品中空穴例求方程表示：
式中G产生率体积元扩散方线度方程中右端四项分应述引起空穴改变量时四素
果致取极限数字处理式写作：
该方程意义方程右端：
第项 表示扩散单位时间单位体积中积累空穴数
第二项 表示复合单位时间单位体积中消失空穴数
第三项 表示光单位时间单位体积中产生空穴数
方程左端表示单位时间单位体积中净增加空穴数
章基物理概念问题：
1 非衡状态：半导体受外界（光电）作热衡状态破坏载流子浓度偏离热衡载流子浓度种情况称非衡状态
2 光产生非衡载流子求光子量者等半导体禁带宽度
3 光产生非衡载流子特点产生电子－空穴价带电子受光激发跃迁导带价带留空穴产生非衡电子浓度等价带非衡空穴浓度
光注入产生非衡载流子导致半导体电导率增加引起附加电导率（参考书称光电导率）：
1 复合率：单位时间单位体积复合消失电子－空穴数
2 净复合率：单位时间单位体积净复合消失电子－空穴数
3 产生率：单位时间单位体积产生电子－空穴数
4 热产生率：温度引起单位时间单位体积热产生电子－空穴数
5 非衡载流子寿命：非衡载流子均生存时间半导体材料种半导体器件（包括半导体集成电路）中相非衡数载流子非衡少数载流子起着十分重作非衡载流子寿命常称少数载流子寿命简称少子寿命寿命非衡载流子复合程中指数规律衰减寿命标志着非衡载流子浓度减原值1e历时间寿命越短衰减越快
6 寿命半导体材料重参数材料种类材料含杂质缺陷数量等素关
准费米级具费米级类似功标准着载流子填充带水非衡状态状态电子浓度衡状态时电子准费米级高衡状态时费米级理果空穴浓度衡状态时空穴费米级衡状态时费米级更接价带顶准费米级偏离费米级反映必定偏离热衡状态程度偏离越说明衡情况越显著两者越衡态两者重合时形成统费米级半导体处衡态引进准费米级更形象解非衡态情况
注意：注入情况非衡少数载流子准费米级偏离费米级距离越非衡数载流子准费米级偏离费米级距离越画非衡带图时应考虑差异
电子俘获率：单位体积单位时间复合中心俘获电子数
电子产生率：单位体积单位时间复合中心导带发射电子数
空穴俘获率：单位体积单位时间复合中心俘获空穴数
空穴产生率：单位体积单位时间空复合中心价带发射空穴数
效复合中心：深级禁带中位置促进非衡载流子复合起作分析表明复合中心级位禁带中央附时非衡载流子复合作位禁带中央附深级称效复合中心效复合中心电子俘获系数空穴俘获系数相差
表面复合率表面复合速度：通常表面复合速度描写复合快慢单位时间通单位表面积复合掉电子－空穴数称表面复合率实验发现表面复合率表面处非衡载流子浓度成正
例系数s表示表面复合强弱显然具速度量纲称表面复合速度直观形象意义：表面复合失非衡载流子数目表面处非衡载流子s垂直速度流出表面
通陷阱讨点：
7电子陷阱空穴陷阱
8陷阱中心非衡载流子远远超导带价带中非衡载流子时显著陷阱效应陷阱效应非衡少数载流子非衡数载流子陷阱作显著
9电子陷阱言陷阱级费米级越接费米级陷阱效应越显著
10扩散扩散流密度扩散定律扩散长度扩散速度扩散电流密度
11爱斯坦关系表面非简条件载流子迁移率扩散消失间关系然爱斯坦关系式针衡载流子推导出实验证明关系直接非衡载流子说明刚激发载流子然具衡载流子速度量晶格作寿命短时间取温度相适应速度分布复合前绝部分时间中已衡载流子没什区
12牵引长度：载流子电场作寿命时间漂移距离注意牵引长度扩散长度处
章求掌握容考点：
1掌握述基概念
2熟悉点：光注入条件：光子量等半导体禁带宽度光注入产生非衡载流子特点光注入半导体产生附加电导率理：注入方式产生附加电导率光注入非衡载流子现象通实验观测
3明确列问题：什引入准费米级？准费米级意义什？n型半导体p型半导体电子准费米级空穴准费米级偏离费米级程度什？带图表示出
4掌握直接复合间接复合表面复合机理种素非衡载流子寿命影响
5明晰陷阱作陷阱中心复合中心区
6扩散方程研究半导体非衡载流子运动规律重方程掌握扩散方程应掌握扩散电流密度计算方法
7熟练应爱斯坦关系式
8较熟练应连续性方程解决具体问题
9课作业题
第十章 半导体光学性质
章求掌握容考点：
1吸收系数消光系数折射率：固体光吸收程通常吸收系数消光系数折射率表征光媒质中传播时光强度指数规律衰减
光强度关系数称媒质吸收系数单位表示光强衰减原值1e时光强深入媒质均距离明确媒质吸收系数光波长关吸收系数波长关系称吸收光谱吸收系数情况光吸收实际集中晶体薄表面层消光系数表征光衰减参数吸收系数存联系两者成正关系
明晰吸收系数消光系数等光学参数物理意义
2征吸收征吸收限：理想半导体绝零度时价带完全电子占满价带电子激发更高级唯吸收足够量光子电子激发越禁带跃迁入空导带价带中留空穴形成吸收程称征吸收显然发生征吸收光子量必须等禁带宽度应征吸收光谱低频方面必然存频率界线（者说长波方面存波长极限）频率低频率界线波长波长极限时产生征吸收吸收系数迅速降种吸收系数显著降特定波长（特定频率）称半导体征吸收限
直接跃迁：光电子吸收光子跃迁程量必须守恒外必须满足动量守恒谓满足选择定设电子原波矢量跃迁波矢量状态带中电子 具类似动量性质跃迁程中必须满足条件：
般半导体吸收光子动量远带中电子动量光子动量忽略计式似写：
说明电子吸收光子产生跃迁时波矢保持变（电子量增加）电子跃迁选择定满足选择定电子跃迁程中波矢保持变原价带中状态A电子跃迁导带中状态BAB曲线位统垂线种跃迁称直接跃迁AB直接跃迁中吸收光子量图中垂直距离AB相应显然应k垂直距离相等说相k值量光子吸收吸收光子量应等禁带宽度见征吸收形成连续吸收带具长波吸收限光吸收测量求禁带宽度数常半导体中Ⅲ–Ⅴ族砷化镓锑化铟Ⅱ–Ⅵ族等材料导带极值价带极值应相波矢常称直接带隙半导体种半导体征吸收程中产生电子直接跃迁
间接跃迁：征吸收中附选择定直接跃迁外存着非直接跃迁程非直接跃迁程中电子仅吸收光子时晶格交换定振动量放出吸收声子严格讲量转换关系应该考虑声子量非直接跃迁程电子光子声子三者时参加程量关系应该
式中代表声子量加号吸收声子减号发射声子声子量非常数量级百分电子伏特忽略计粗略讲电子跃迁前量差等吸收光子量声子量禁带宽度量附微变化非直接跃迁出直接跃迁相关系总光征吸收程中果考虑电子电磁波相互作根动量守恒求发生直接跃迁果考虑电子晶格相互作非直接跃迁反射吸收声子动量守恒原然满足间接跃迁吸收程方面赖电子电磁波相互作方面赖电子晶格相互作理种二级程发生样程率取决电子电磁波相互作直接跃迁率间接跃迁光吸收系数直接跃迁光吸收系数
硅锗砷化镓吸收光谱：硅锗间接带隙半导体光子量时征吸收开始着光子量增加吸收系数首先式段较缓区域应间接跃迁更短波长方面着光子量增加吸收系数次陡增发生强烈光吸收表示直接跃迁开始砷化镓直接带隙半导体光子量开始强烈吸收吸收系数陡峻升反映出直接跃迁程
研究征吸收意义：研究半导体征吸收光谱仅根吸收限决定禁带宽度助解带复杂结构作区分直接带隙间接带隙半导体重重掺杂半导体例n型半导体费米级进入导带温度较低时费米级状态电子占价带电子跃迁费米级状态征吸收长波限短波反移动现象称伯斯坦移动强电场作征吸收长波限长波反移动意味着量禁带宽度光子发生征吸收通光子诱导隧道效应实现
掌握征半导体吸收特点直接跃迁间接跃迁特点(间接跃迁考虑电子晶格作发生间接跃迁率直接跃迁间接跃迁吸收系数直接跃迁吸收系数)熟悉吸收机构产生吸收机理
8光电导：光吸收半导体中形成非衡载流子载流子浓度增必须样品电导率增种光引起半导体电导率增现象称光电导效应征吸收引起附加光电导率称征光电导率简称征光电导设光注入非衡载流子浓度分电子刚激发导带时原导带中热衡电子较量光生电子通晶格碰撞极短时间反射声子形式丢失余量变成热衡电子认整光电导程中光生电子热衡电子具相迁移率附加光电导率
定态光电导：定态光电导指恒定光产生光电导果光时间足够长定态光电导时间变化光开始时光吸收非衡载流子光生载流子产生率复合率非衡载流子开始增加果光保持变光生载流子浓度应时间线性增事实光激发时存复合程光生载流子浓度直线升光生载流子浓度时间变化非直线升达稳定值时附加电导率达稳定值定态光电导显然达定态光电导时电子空穴复合率等产生率
光电导弛豫程：光定时间达定态光电导样光停止光电导逐渐消失种光光电导率逐渐升光停止光电导率逐渐降现象称光电导弛豫现象做光电导弛豫程注入情况光电导均指数规律升降注入情况光电导升降规律注入复杂
第十章 半导体热电性质
求掌握PPT课件介绍种热电效应物理原理应
第十二章 半导体磁压阻效应
章求掌握容考点：
霍耳效应：通电流半导体放均匀磁场中磁场方垂直电流方垂直磁场电流方产生横电场现象称霍耳效应横电场称霍耳电场霍耳效应实质带电粒子（电子空穴）磁场中受洛仑兹力结果实验表明磁场太强情况霍耳电场电流密度磁感应强度成正例系数称霍耳系数通实验间接测量实验中通常霍耳电压电流强度代霍耳电场电流密度式中d磁场方样品厚度理分析表明材料考虑载流子速度统计分布弱磁场霍耳系数：
n型半导体：
p型半导体：
两式出种载流子时n型p型半导体霍耳系数符号相反原霍耳电场方相反果计入载流子速度统计分布两式右端均子称霍耳迁移率果半导体中两种载流子电子空穴计入载流子速度统计分布时霍耳系数：
（式中 ）
果计入载流子速度统计分布设种情况式右端
n型半导体p型半导体霍耳系数符号相反霍耳电压正负相反利霍耳电压正负判断半导体导电类型利霍耳效应制成电子器件称霍耳器件霍耳效应较常选迁移率高半导体材料迁移率高样电场作漂移速度加磁场载流子受洛仑兹力霍耳效应明显实际常选锑化铟砷化铟等化合物半导体锗作霍耳器件霍耳输出电压正控制电流磁感应强度积中量保持变作变量者两者作变量种途
掌握霍耳效应原理掌握弱磁场情况考虑载流子速度统计分布时n型p型半导体中种载流子两种载流子半导体霍耳系数公式推导程应霍耳效应原理指导实验解霍耳效应基应
掌握光磁电效应物理原理
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Ø 核心知识单元A：半导体电子状态级（课程基础——掌握物理概念物理程面知识基础）
è 半导体中电子状态（第1章）
è 半导体中杂质缺陷级（第2章）
Ø 核心知识单元B：半导体载流子统计分布输运（课程重点——掌握物理概念掌握物理程分析方法相关参数计算方法）
è 半导体中载流子统计分布（第3章）
è 半导体导电性（第4章）
è 非衡载流子（第5章）
Ø 核心知识单元C：半导体基效应（物理效应应——掌握种半导体物理效应分析产生物理机理掌握具体应）
è 半导体光学性质（第10章）
è 半导体热电性质（第11章）
è 半导体磁压阻效应（第12章）
二半导体物理知识点考点总结
第章 半导体中电子状态
章节容提：
章讨半导体中电子运动状态介绍半导体种常见晶体结构半导体中带形成半导体中电子状态带特点讲解半导体中电子运动时引入效质量概念阐述征半导体导电机构引入空穴散射概念介绍SiGeGaAs带结构
11节半导体种常见晶体结构结合性质（重点掌握）
12节深入理解带形成介绍电子化运动介绍半导体中电子状态带特点导体半导体绝缘体带进行较基础引入征激发概念（重点掌握）
13节引入效质量概念讨半导体中电子均速度加速度（重点掌握）
14节阐述征半导体导电机构引入空穴散射概念空穴特点（重点掌握）
15节介绍回旋振测试效质量原理方法（理解）
16节介绍SiGe带结构（掌握带结构特征）
17节介绍ⅢⅤ族化合物带结构解GaAs带结构（掌握带结构特征）
章重难点：
重点：
1 半导体硅锗晶体结构（金刚石型结构）特点三五族化合物半导体闪锌矿型结构特点
2 熟悉晶体中电子孤立原子电子电子运动：孤立原子中电子该原子核电子势场中运动电子恒定零势场中运动晶体中电子严格周期性重复排列原子间运动（化运动）单电子似认晶体中某电子周期性排列固定动原子核势场量电子均势场中运动势场周期性变化周期晶格周期相
3 晶体中电子化运动导致分立级发生劈裂形成半导体带原半导体带特点：
① 存轨道杂化失级带应关系杂化带重新分开带带带称导带带称价带
② 低温价带填满电子导带全空高温价带中部分电子跃迁导带晶体呈现弱导电性
③ 导带价带间隙（Energy gap）称禁带（forbidden band）禁带宽度取决晶体种类晶体结构温度
④ 原子数时导带价带级密度认级准连续
4 晶体中电子运动状态数学描述：电子运动状态：波矢k运动状态电子量E动量p速度v均确定数值波矢k描述电子运动状态k值标志电子状态电子Ek关系曲线呈抛物线形状连续谱零限量值允许晶体中电子运动：服布洛赫定理：晶体中电子调幅面波晶体中传播波函数称布洛赫波函数求解薛定谔方程电子周期场中运动时量连续形成系列允带禁带允带应K值范围称布里渊区
5 带理解释导带半导体绝缘体导电性
6 理解半导体中求E（k）k关系方法：晶体中电子运动状态电子复杂E（k）表达式困难半导体中起作位导带底价带顶附电子采级数展开方法研究带底带顶E（k）关系
7 掌握电子效质量定义：＝（维）注意带底正值带顶负值电子速度v＝注意v正值负值取决量波矢变化率
8 引入电子效质量半导体中电子受外力加速度关系具牛顿第二定律形式a＝f见效质量代换电子惯性质量
9 效质量意义：典牛顿第二定律中afm0式中f外合力惯性质量半导体中电子外力作描述电子运动规律方程中出现效质量mn*电子惯性质量外力f电子受力总半导体中电子没外加电场作时受半导体部原子电子势场作电子外力作运动时方面受外电场力f作时半导体部原子电子相互作着电子加速度应该半导体部势场外电场作综合效果找出部势场具体形式求加速度遇定困难引进效质量问题变简单直接外力f电子加速度联系起部势场作效质量加概括引进效质量意义概括半导体部势场作解决半导体中电子外力作运动运动规律时涉半导体部势场作特mn*直接实验测定方便解决电子运动规律带底部附d2Edk2>0电子效质量正值带顶附d2Edk2<0电子效质量负值mn*概括半导体部势场作效质量量函数k二次微商成反宽窄带E（k）k变化情况带越窄二次微商越效质量越层电子带窄效质量外层电子带宽效质量外层电子外力作获较加速度
10 半导体中电子准动量v＝hk
11 满带中电子导电：电子晶体中作化运动电子否导电必须考虑电子填充带情况单电子运动研究发现果带中状态电子占满外加电场晶体中没电流满带电子导电包含电子未填满带定导电性满带中电子导电绝温度零时纯净半导体价带价电子填满导带空定温度价带顶部附少量电子激发导带底部附外电场作导带中电子便参导电电子导带底部附效质量正时价带缺少电子呈满状态价带电子表现出具导电特性导电作常空穴导电描写
12 空穴概念：牛顿第二定律中求效质量正值价带顶电子效质量负值描述价带顶电子加速度遇困难解决问题引入空穴概念
① 价带中电子占空状态
② 价带顶附空穴效质量 >0数值该处电子效质量相＝－>0 空穴带电荷＋q
③ 空穴量坐标电子相反分布服量原理
13 征半导体导电机构：征半导体导带中出现少电子价带中应出现少空穴导带电子参导电价带空穴参导电征半导体导电机构点半导体金属差异金属中电子种荷载电流粒子（称载流子）半导体中电子空穴两种载流子正两种载流子作半导体表现出许奇异特性制造形形色色器件
14 回旋振实验发现硅锗电子效质量异性说明等面异性通分析硅六椭球等面分分布<100>晶六等效晶轴电子分布六椭球中心（极值）附仅回旋振实验决定导带极值（椭球中心）确定位置通施电子旋振实验出硅导带极值位<100>方布里渊区边界085倍处
15 n型锗实验指出锗导电极值位<100>方布里渊区边界八极值附等面<100>方旋转八椭球面椭球面半布里渊区简约布里渊区四椭球
16 硅锗价带结构：三条价带中两条价带极值k＝0处重合两种空穴效质量应分重空穴轻空穴第三价带带顶前两价带降低硅＝004ev锗＝029ev条价带出第三种空穴空穴重分布前两价带价带顶附等面接面
17 砷化镓带结构：导带极值位布里渊区中心k＝0处等面球面导带底电子效质量0067<100>方布里渊区边界导带极值极值附曲线曲率较处电子效质量较约055量布里渊区中心极值量高029ev正谷存砷化镓具特殊性（见第四章）价带结构硅锗类似室温禁带宽度1424ev
难点：
1 描述晶体周期性原胞晶胞原胞晶胞区分开固体物理学中强调晶格周期性重复单元原胞例金刚石型结构原胞棱长a菱立方含两原子结晶学中强调晶格周期性外强调原子分布称性例金刚石型结构晶胞棱长a正立方体含8原子
2 闪锌矿型结构Ⅲ－Ⅴ族化合物金刚石型结构样两面心立方晶格套构成称种晶格双原子复式格子果选取反映晶格周期性原胞时原胞中包含两原子Ⅲ族原子Ⅴ族原子
3 布洛赫波函数意义：晶体中电子周期性势场中运动波函数电子波函数形式相似代表波长1kk方传播面波波振幅（x）x作周期性变化变化周期晶格周期相常说晶体中电子调幅面波晶体中传播显然令（x）常数周期性势场中运动电子波函数完全变电子波函数次根波函数意义空间某点找电子率波函数该点强度（|
|）成例电子||A空间点波函数强度相等空间点找电子率相反映电子空间中运动晶体中电子|||（x）（x）|（x）晶格周期函数晶体中波函数强度晶格周期性变化晶体中点找该电子率具周期性变化性质反映电子完全局限某原子晶胞中某点运动晶胞应点电子整晶体中运动种运动成电子晶体化运动组成晶体原子外层电子化运动较强行电子相似常称准电子层电子化运动较弱行孤立原子中电子相似布洛赫波函数中波矢k电子波函数样描述晶体中电子化运动状态k标志着化运动状态
4 金刚石结构第布里渊区十四面体（见教材图1－11）注意图中特殊点位置
5 效质量意义：引入效质量电子运动牛顿第二定律描述afmn*注意典力学方程f外合力半导体中电子外力作外受半导体部原子电子势场力作种作隐含效质量中解决半导体中电子外力作运动规律时涉半导体部势场作
6 价带电子导电通常空穴导电描述实践证明样做十分方便理解空穴导电？设想价带中电子激发价带时价带满带价带中电子便导电设电子电流密度密度J：J＝价带（k状态空出）电子总电流
述方法计算出J值设想电子填充空k状态电子电流等电子电荷qk状态电子速度v（k）
k状态电子电流＝（q）v（k）
填入电子价带填满总电流应零
J＋（q）v（k）＝0
J＝（＋q）v（k）
说价带k状态空出时价带电子总电流正电荷粒子k状态电子速度v（k）运动时产生电流通常价带中空着状态成带正电粒子称空穴引进样假象粒子――空穴便简便描述价带（未填满）电流
7 回旋振原理条件
8 E（k）表达式回旋振实验效质量表达式处理k空间合理选取坐标系问题简化选取量零点坐标原点取三直角坐标轴分椭球轴重合轴椭球长轴方（<100>方）等面分绕轴旋转旋转椭球面E（k）表达式简化E（k）＝果
轴选取恰计算简单选取磁感应强度B位轴轴组成面轴交角坐标系里B方余弦分＝sin＝0＝cos
章基概念名词术语：
1 原胞晶胞：描述晶体中晶格周期性重复单元二者固体物理学中原胞强调晶格周期性结晶学中晶胞强调晶格中原子分布称性
2 电子化运动：原子组成晶体原子壳层交叠电子局限某原子原子转移原子电子整晶体中运动种运动称电子化运动须注意原子中相似壳层电子相量电子相似壳层中转移
3 带产生原：
定性理（物理概念）：晶体中原子间相互作级分裂形成带
定量理（量子力学计算）：电子周期场中运动量连续形成带
带（energy band）包括允带禁带
允带（allowed band）：允许电子量存量范围
禁带（forbidden band）：允许电子存量范围
允带分空带满带导带价带
空带（empty band）：电子占允带
满带（filled band）：允带中量状态（级）均电子占
导带（conduction band）：电子未占满允带（部分电子）
价带（valence band）价电子占允带（低温通常价电子占满）
4 带理解释导体半导体绝缘体导电性：
固体导电性分导体半导体绝缘体机理根电子填充带情况说明
固体够导电固体中电子外场作定运动结果电场力电子加速作电子运动速度量发生变化换言电子外电场间发生量交换带电子量变化电子级跃迁级满带中级已电子占满外电场作满带中电子形成电流导电没贡献通常原子中层电子占满带中级层电子导电没贡献电子部分占满带外电场作电子外电场中吸收量跃迁未电子占级起导电作常称种带导带金属中组成金属原子中价电子占带部分占满金属良导电体
半导体绝缘体带类似面已价电子占满满带（面层电子占满干满带）称价带中间禁带面空带外电场作导电绝温度零时情况外界条件发生变化时例温度升高光时满带中少量电子激发面中带底部附少量电子外电场作电子参导电时满带中少电子满带顶部附出现空量子状态满带变成部分占满带外电场作留满带中电子够起导电作满带电子种导电作等效空量子状态作带正电荷准粒子导电作常称空量子状态空穴半导
体中导带电子价带空穴参导电金属导体差绝缘体禁带宽度激发电子需量通常温度激发导带中电子少导电性差半导体禁带宽度较数量级1eV左右通常温度已少电子激发导带中具定导电力绝缘体半导体区室温金刚石禁带宽度6～7eV绝缘体硅112eV锗067eV砷化镓143eV半导体
5 半导体中电子准动量：典意义动量惯性质量速度积 v 根教材式（11）式（110）电子v＝hk电子真实动量半导体中hk＝v效质量惯性质量质区前者隐含晶格势场作（然质量量纲）vv具相形式称v准动量
6 征激发：价键电子激发成准电子价带电子吸收量激发导带成导带电子程称征激发概念常
7 载流子：晶体中荷载电流（传导电流）粒子金属中电子半导体中两种载流子电子空穴影响半导体导电性导带电子价带空穴
8 回旋振实验：目测量电子效质量便采理实验相结合方法推出半导体带结构观测出明显振吸收峰求样品纯度高实验般低温进行交变电磁场频率微波甚红外光范围实验中常固定交变电磁场频率改变磁感应强度观测吸收现象磁感应强度约零点T等面形状效质量密切相关球形等面效质量性效质量椭球等面效质量异性波矢方应效质量
9 横效质量椭球短轴方效质量椭球长轴方
10 直接带隙半导体指导带极值价带极值应波矢间接带隙半导体指导带极值价带极值应波矢
章求掌握容考点：——章求熟练掌握基物理原理概念——考题涉填空名词解释简答题（物理程解释）
1基概念名词术语解释
2熟悉金刚石型结构闪锌矿型结构晶胞原子空间立体分布硅锗砷化镓晶体结构特点晶格常数原子密度数量级（1022原子立方厘米）
3掌握带形成原电子化运动特点掌握实际半导体带特点
4掌握效质量意义计算公式速度计算方法正确理解半导体中电子加速度外力效质量关系正确理解准动量计算方法准动量变化量应
5掌握半导体导电机构正确理解空穴导电机理
6掌握硅锗砷化镓带结构注意导带底价带顶处位置
7已留课作业题
第二章 半导体中杂质缺陷级
章节容提：
理想半导体：1原子严格周期性排列晶体具完整晶格结构2晶体中杂质缺陷3电子周期场中作化运动形成允带禁带——电子量处允带中级禁带中级征激发提供载流子果晶体具完整（完美）晶格结构杂质缺陷——征半导体（纯净半导体中Ef位置载流子浓度材料身征性质决定）
实际材料中1总杂质缺陷周期场破坏杂质缺陷周围引起局部性量子态——应级常常处禁带中半导体性质起着决定性影响2杂质电离提供载流子章重点介绍半导体中杂质缺陷级
21节介绍硅锗中浅级深级杂质杂质级浅级杂质电离计算介绍杂质补偿作
22节介绍IIIV族化合物中杂质级引入等电子陷阱等电子络合物两性杂质概念
章重难点：
重点：
1 纯净半导体中掺入定杂质显著控制半导体导电性质根掺入杂质分布位置分位式杂质受杂质
2 施杂质电离成移动带正电施离子时导带提供电子半导体成电子导电n型半导体受杂质电离成移动带负电受离子时价带提供空穴半导体成空穴导电p型半导体
3 杂质元素掺入半导体晶格势场中引入微扰带极值附出现分立级——杂质级V族元素导带底禁带中引入施级Ⅲ族元素价带顶禁带中引入受级类氢模型浅级位置出较满意定量描述修正施杂质电离轨道半径表示： 受杂质电离表示：式中氢原子基态电离晶体相介电常数
4 施杂质受杂质相互抵消作通常称杂质补偿杂质补偿制造种半导体器件基础
5 非ⅢⅤ族杂质元素半导体中会产生深级级
6 例：金Au硅中电离产生两级价带面035ev处施级P型硅中起作导带面054ev处受级n型硅中起作
7 深级杂质晶体缺陷形成级般作复合中心
8 四族元素硅砷化镓中双性行硅浓度较低时起施杂质作硅浓度较高时部分硅原子起受杂质作种双性行作解释：实验测硅砷化镓中引入浅施级（
－0002）ev硅应起施作硅杂质电离硅原子导带提供导电电子导带中电子浓度应硅杂质浓度增加线性增加实验表明硅杂质浓度升定程度导带电子浓度趋饱施杂质效浓度降低种现象出现硅杂质浓度较高时硅原子仅取代镓原子起着受杂质作硅取代部分V族砷原子起着受杂质作取代Ⅲ族原子镓硅施杂质起补偿作降低效施杂质浓度电子浓度趋饱见粒子中硅杂质总效果起施作保持砷化镓n型半导体实验表明砷化镓单晶体中硅杂质浓度时取代镓原子硅施浓度取代砷原子硅受浓度约531硅取代砷产生受级（）ev处
9 点缺陷位错半导体性影响
难点：
1 类氢模型计算浅级杂质电离解释金锗中产生重级原：金Ⅰ族元素中性金原子（记）价电子取代锗晶格中锗原子位晶格点金锗少三价电子中性金原子价电子电离跃迁入导带施级电离（）金价电子价键束缚电离略锗禁带宽度施级价带顶电离中性金原子接受称带电子电荷正电中心方面中性金原子周围四锗原子形成价键形成价键时价带接受三电子形成三受级金原子接受第电子变相应受级电离（）接受第二电子变相应受级电离（）接受第三电子变相应受级电离（）述分表示成带两三电子电荷负电中心电子间库仑排斥作金价带接受第二电子需电离接受第电子时接受第三电子时电离接受第二电子时>>离价带顶相Ⅲ族杂质引入浅级深更深导带底金锗中五种荷电状态相应存着四孤立级深级分析方法说明硅锗中形成深级杂质基实验情况相致
章基概念名词术语：
施杂质（n型杂质）：杂质电离够施放电子产生电子形成正电中心杂质——施杂质
施杂质电离：杂质价电子挣脱杂质原子束缚成电子需量——杂质电离EDi表示
正电中心：施电离正离子——正电中心
施级ED：施电子施杂质束缚时量应级称施级电离施杂质施级位禁带中导带底较底距离
受杂质：够（晶体）半导体提供空穴形成负电中心底杂质——受杂质
受杂质电离EAi：空穴挣脱受杂质束缚成导电空穴需量
受级EA：空穴受杂质束缚时量状态应级
浅级杂质：电离杂质称浅级杂质谓浅级指施级导带底受级价带顶室温掺杂浓度高底情况浅级杂质全部电离五价元素磷（P）锑（Sb）硅锗中浅受杂质三价元素硼（B）铝（Al）镓（Ga）铟（In）硅锗中浅受杂质
杂质补偿：半导体中存施杂质受杂质时底作会载流子减少种作称杂质补偿制造半导体器件底程中通采杂质补偿底方法改变半导体某区域底导电类型电阻率
高度补偿：施杂质浓度受杂质浓度相差二者相等提供电子空穴种情况称杂质高等补偿种材料容易误认高纯度半导体实际含杂质性差般制造半导体器件
深级杂质：杂质电离施级远离导带底受级远离价带顶
深级杂质三基特点：容易电离载流子浓度影响二般会产生重级甚产生施级产生受级三起复合中心作少数载流子寿命降低（第五章详细讨）四深级杂质电离带电中心载流子起散射作载流子迁移率减少导电性降
等电子陷阱等离子杂质：某化合物半导体中例磷化镓中掺入V族元素氮铋氮铋取代磷禁带中产生级级称等离子陷阱种效应称等离子杂质效应谓等离子杂质基质晶体原子具数量价电子杂质原子代格点族原子基电中性原子序数原子价半径电负性差俘获某种载流子成带电中心带电中心称等离子陷阱否周期表中族元素均形成等离子陷阱呢？掺入原子基质晶体原子电负性价半径方面较差时形成等离子陷阱般说族元素原子序数越电负性越价半径越等电子杂质电负性基质晶体原子电负性时取代便俘获电子成负电中心反俘获空穴成正电中心例氮价半径电负性分0070nm30磷价半径电负性分0110nm21氮取代磷俘获电子成负电中心俘获中心称等离子陷阱电子电离ΔED＝0008eV铋价半径负电性分0146nm19铋取代磷俘获空穴电离ΔEA＝0038eV
章求掌握容考点：——章种概念理解掌握——考题涉填空题名词解释
1基概念名词术语解释
2掌握浅级杂质深级杂质基特点半导体中起作
3掌握等电子陷阱等离子杂质概念解释硅砷化镓中双性行
4掌握点缺陷位错缺陷半导体性影响
5已留课作业
第三章 半导体中载流子统计分布
章容提：
1 章务：计算征半导体杂质半导体热衡载流子浓度费米级位置讨n0p0EFNDNAT关系
2 热衡热衡载流子：定温度果没外界作半导体中导电电子空穴电子热激发作产生电子断热震动晶格中获定量低量量子态跃迁高量量子态例电子价带跃迁导带（征激发）形成导电电子价带空穴电子空穴通杂质电离方式产生电子施级跃迁导带时产生导带电子电子价带激发受级时产生价带空穴等时存着相反程电子高量量子态跃迁低量量子态晶格放出定量导带中电子价带中空穴断减少程称载流子复合定温度两相反程间建立起动态衡称热衡状态时半导体中导电电子浓度空穴浓度保持稳定数值种处热衡状态导电电子空穴称热衡载流子温度改变时破坏原衡状态重新建立起新衡状态热衡载流子浓度发生变化达稳定数值
3 解决问题思路：热衡种动态衡载流子级间跃迁级出现率
讨热衡载流子统计分布首先解决述问题：
① 允许量子态量分布情况——状态密度
② 电子允许量子态中符合分布——分布函数
然讨n0p0EFNDNA关系
章重难点：
重点：
1 计算电子空穴浓度必须带量积分布里渊区体积积分引入状态密度概念单位量间隔量子态数表达式：通述步骤计算状态密度：首先算出单位k空间中量子态数k空间中状态密度然算出k空间中量EE＋dE间应k空间体积k空间中状态密度相求量EE＋dE间量子态数dE根前式求状态密度g（E）
2 费米分布函数意义：表示量E量子态电子占率描写热衡状态电子允许量子态分布统计分布函数费米分布函数出空穴占级率
级电子占否空空穴占
3 称
证明：
研究电子空穴分布方便
4 费米分布函数波耳兹曼分布函数关系：
时电子费米分布函数转化波耳兹曼分布函数热衡系统温度定值通常见波耳兹曼分布函数
理时 空穴费米分布函数转化空穴波耳兹曼分布函数半导体中常遇情况费米级位价带导带底价带顶距离远导带中量子态说电子占率般满足半导体电子中电子分布电子波耳兹曼分布函数描写着量E增f（E）迅速减导带中绝数电子分布导带底附理半导体价带中量子态说空穴占率般满足价带中空穴分布服空穴波耳兹曼分布函数着量E增迅速增价带中绝数空穴分布价带顶附讨半导体问题时常两公式通常服波耳兹曼统计率电子系统称非简性系统
5 费米级：称费米级费米量温度半导体材料导电类型杂质含量量零点选取关重物理参数知道数值定温度电子量子态统计分布完全确定半导体中带量子态中电子占量子态数应等电子总数N条件决定半导体中量电子集体成热力学系统统计理证明费米级系统化学势
代表系统化学势F式系统式意义：系统处热衡状态外界做功情况系统中增加电子引起系统变化等系统化学势处热衡状态电子系统统费米级般认温度高时量费米级电子态基没电子占量费米级率温度总12费米级位置较直观标志电子占量子态状况通常说费米级标志电子填充级水费米级位置越高说明较量较高电子态电子
6 导出导带电子浓度价带空穴浓度表达式理解掌握电子浓度空穴浓度表达式意义
7 利电中性条件（谓电中性条件电中性半导体负电数正电荷相等电子带负电空穴带正电征半导体电中性条件导带中电子浓度应等价带中空穴浓度＝式导出费米级）求解征半导体费米级：征半导体没杂质缺陷半导体绝零度时价带中全部量子态电子占导带中量子态全部空着说半导体中价键饱完整半导体温度零度时电子价带激发导带中时价带中产生空穴谓征激发电子空穴成产生导带中电子浓度应等价带中空穴浓度＝
8 征载流子浓度温度价带宽度关温度升高时征载流子浓度迅速增加半导体材料温度禁带宽度越征载流子浓度越
9 定温度非简半导体热衡载流子浓度积该温度时征载流子浓度方含杂质关仅适征半导体材料适非简杂质半导体材料
10 意义：作判断半导体材料热衡条件热衡条件均常数常数时单位时间单位体积产生载流子数等单位时间单位体积复合掉载流子数说产生率复合率式作判断半导体材料否达热衡式
11 半导体杂质级电子占率函数费米分布函数：杂质级带中级区带中级容纳旋两电子施级者意旋方电子占者接受电子（空）两种情况中种施级允许时旋方相反两电子占费米分布函数表示电子占杂质级率
12 分析杂质半导体掺杂浓度温度载流子浓度费米级影响掺某种杂质半导体载流子浓度费米级温度杂质浓度决定杂质浓度定半导体着温度升高载流子杂质电离源渡征激发源程相应费米级位杂质级附逐渐移禁带中线处譬n型半导体低温弱电离区时导带中电子施杂质电离产生着温度升高导带中电子浓度增加费米级施级降施级降干时施杂质全部电离导带中电子浓度等施浓度处饱区升高温度杂质电离已增加电子数征激发产生电子迅速增加着半导体进入渡区导带中电子数量级相征激发部分杂质电离部分组成费米级继续降温度升高时征激发成载流子源载流子浓度急剧升费米级降禁带中线处时典型征激发p型半导体作相似讨受浓度定时着温度升高费米级受级逐渐升禁带中线处载流子受电离源转化征激发源温度定时费米级位置杂质浓度决定例n型半导体着施浓度
增加费米级禁带中线逐渐移导带底方p型半导体着受浓度增加费米级禁带中线逐渐移价带顶附说明杂质半导体中费米级位置反映半导体导电类型反映半导体掺杂水n型半导体费米级位禁带中线越费米级位置越高p型半导体费米级位中线越费米级位置越低
13 般情况半导体含施杂质含受杂质热衡状态电中性方程式意义：时含种施杂质种受杂质情况半导体单位体积负电荷数（导带电子浓度电离受浓度）等单位体正电荷数（价带空穴浓度电离施浓度）
14 施浓度受浓度情况分析载流子浓度费米级温度关系
15 简半导体载流子浓度：n型半导体施浓度高费米级接进入导带时导带底附底量子态基已电子占导带中底电子数目条件成立必须考虑泡利相容原理作时玻耳兹曼分布函数必须费米分布函数分析导带中电子分布问题种情况称载流子简化发生载流子简化半导体称基半导体p型半导体费米级接价带顶进入价带必须费米分布函数分析价带中空穴分布问题
16 简时杂质浓度：n型半导体半导体发生简时掺杂浓度接导带底效状态密度杂质电离杂质杂质浓度较时会发生简p型半导体发生简受浓度接价带顶效状态密度果受电离较受浓度较时会发生简种类半导体导带底效状态密度价带顶效密度相般规律效状态密度材料发生简杂质浓度较
难点：
1 量状态密度k空间量子态分布等面形状关k 空间量子态分布均匀量子态密度V（立方晶体体积）果计入旋量子态允许两旋相反电子占量子态换言k空间量子态实际代表旋方相反两量子态k空间电子允许量子态密度2V注意：时量子态容纳电子样费米分布函数定义统起（费米分布函数量E量子态电子占率）
2 状态密度表达式推导程作课堂讨课程重点容
3 导出导带电子浓度基思路：计算状态密度样认带中级连续分布带分成量间隔处理导带分限限量间隔量
间量子态电子占量量子态率间电子占量子态占量子态电子间电子然量区间中电子数相加实际导带底导带顶进行积分带中底电子总数半导体体积导带中电子浓度费米级般禁带中导带中级远高费米级时计算导带电子浓度玻耳兹曼分布函数
4 征半导体中导带电子浓度等价带空穴浓度根载流子分布函数费米年间意义知：征半导体费米级应该位导带底价带顶间中间位置禁带中央处样导带电子价带空穴称费米级分布导带价带中满足＝导带效状态密度（）价带效状态密度（）中分含电子状态浓度效质量（）价带空穴状态效密度（）两者数值差异征半导体费米级偏离禁带中央果费米级偏离禁带中认费米级基位禁带中央果相差征半导体费米级会偏离禁带中央远具体情况征半导体费米级表达式分析(见课第6题)
5 根电中性方程导出温度区间费米级载流子浓度表达式
6 杂质电离程度温度掺杂浓度杂质电离关温度高电离利杂质电离杂质浓度高杂质充分电离通常说室温杂质全部电离实际忽略杂质浓度限制
7 温度区间分析载流子密度费米级温度关系温度区间划分传统意义温度数值范围划分通相关参量较讨整温度范围划分极低温区（弱电离）低温区（杂质电离）……征激发区
8 注意两电中性方程适条件：杂质全部电离征激发忽略时电中性方程（原始方程）杂质全部电离征激发忽略掺杂浓度数值相温度升高数值增导致相时电中性方程（原始方程式中）
述两电中性方程时关键判断否考虑征激发电中性方程影响
9 导体发生简应温度范围：图解方法求出半导体发生简时应温度范围温度范围发生简时杂质浓度杂质电离关：电离定时杂质浓度越发生简温度范围越发生简杂质浓度定时杂质电离越简温度范围越
章基物理概念问题：
费米分布函数波尔兹曼分布函数k空间状态密度量状态密度概念
电子浓度空穴浓度积费米级关定半导体材料积决定温度含杂质关定温度半导体材料禁带宽度积关系式征半导体杂质半导体热衡状态非简半导体普遍适讨许许实际问题时常常引定半导体材料定温度积时定换言半导体处热衡状态时载流子浓度积保持恒定果电子浓度增加空穴浓度减反然式式热衡载流子浓度普遍表示式确定费米级定温度时半导体导带中电子浓度价带中空穴浓度计算出
半导体材料制成器件定极限工作温度工作温度受征载流子浓度制约：般半导体器件中载流子源杂质电离征激发忽略计征载流子浓度没超杂质电离提供载流子浓度温度范围果杂质全部电离载流子浓度定器件稳定工作着温度升高征载流子浓度迅速增加例室温附纯硅温度升高8K左右征载流子浓度增加约倍纯锗温度升高12K左右征载流子浓度增加约倍温度足够高时征激发占位器件正常工作种半导体材料制成器件定极限工作温度超温度器件失效例般硅面采室温电阻率1·cm左右原材料掺入施杂质锑制成保持载流子源杂质电离时求征载流子浓度少杂质浓度低数量级超果征载流子浓度超话应温度526K硅器件极限工作温度520K左右锗禁带宽度硅锗器件工作温度硅低约370K左右砷化镓禁带宽度硅极限工作温度高达720K左右适宜制造功率器件
总征载流子浓度温度迅速变化征材料制作器件性稳定制造半导体器件般含适杂质半导体材料
数载流子少数载流子（子少子）：半导体中载流子电子空穴n型半导体电子导电电子浓度远空穴浓度称电子n型半导体数载流子简称子空穴n型半导体少数载流子简称少子p型半导体空穴子电子少子衡少子浓度正征载流子浓度方n型半导体少子浓度强烈赖温度变化
简半导体中杂质充分电离：通分析计算室温n型硅掺磷发生简杂质浓度
计算电离施浓度硅中84％杂质电离导带电子浓度84％杂质电离掺杂浓度较电子浓度较简半导体中杂质充分电离原：简半导体电子浓度较高费米级较低掺杂时远施级杂质电离程度降低
简化条件：简化条件约定相位置作区分简化非简化标准般约定：
非简
弱简
简
注意：做题时首先判断题目中出半导体材料否发生弱简简然确定采相应关公式进行解题
章求掌握容考点：——章课程核心知识章节仅求掌握基物理概念原理求进行相关参数计算——考题涉题型（必道相关计算题）
1 基物理概念问题理解掌握
2 掌握费米分布函数玻耳兹曼分布函数费米级意义费米级参考级电子真实级费米级位置标志电子填充级水热衡条件费米级定值费米级数值温度半导体材料导电类型杂质浓度零点选取关重物理参数
3 掌握导带电子浓度价带空穴浓度公式：
2
3
4 分导带价带底效状态密度相导带中量子态集中导带底状态密度理相价带中量子态集中价带顶状态密度两式中指数部分具玻耳兹曼分布函数形式率函数前者电子占量量子态率者空穴占量量子态率导带中电子浓度中电子占量子态数价带空穴浓度中空穴占量子态数
5 够写出征半导体电中性方程熟悉半导体半导体载流子浓度温度禁带宽度关系正确热衡判断式常数记住例300 K时硅锗砷化镓禁带宽度分112ev067ev1428ev征载流子浓度分均实验值
6 够写出掺杂种杂质半导体般性电中性方程施杂质时受杂质时征激发忽略情况例室温区电中性条件温度较高杂质全部电离征激发忽略时电中性条件种情况应联立解出
7 掺杂浓度定情况够解释子浓度温度变化关系（教材图311解释）定温度掺杂浓度条件判断半导体处温度区域计算出载流子浓度费米级位置
8 掌握半导体时含施杂质受杂质情况电中性方程般表达式较熟练分析计算补偿型半导体载流子浓度费米级
9 简化半导体基认识特点掺杂浓度高费米级接进入导带价带够熟练简化条件
第四章 半导体导电性
章容提：
章讨载流子运动规律（载流子输运现象）载流子电场中漂移运动迁移率电导率散射机构强电场效应
章重难点：
重点：
1 微分欧姆定律：半导体中常遇电流分布均匀情况流截面电流强度相等通常电流密度描述半导体中电流电流密度指通垂直电流方单位面积电流根熟知欧姆定律电流密度通半导体中某点电流密度该处电导率电场强度直接联系起称欧姆定律微分形式
2 漂移速度迁移率：外加电压时导体部电子受电场力作着电场反方作定运动构成电流电子电场力作种运动称漂移运动定运动速度称漂移速度迁移率单位场强电子均漂移速度电子带负电电子均漂移速度方般应电场强度方相反惯迁移率取正值
3 电离杂质散射：施杂质电离带正电离子受杂质电离带负电离子电离施受周围形成库仑势场库仑势场局部破坏杂质附周期性势场载流子散射附加势场载流子运动电离杂质附时库仑势场作载流子运动
方发生改变电离施电离受电子空穴散射散射程中轨迹施受焦点双曲线常散射率P描述散射强弱代表单位时间载流子受散射次数具体分析发现浓度电离杂质载流子散射率温度关系：
4 晶格散射：晶格散射长声学波长光学波长声学波传播时荷气体中声波类似会造成原子分布疏密变化产生体变疏处体积膨胀密处压缩图4－10（a）示波长中半处压缩状态半处膨胀状态种体变表示原子间距减增第章知道禁带宽度原子间距变化疏处禁带宽度减密度增带结构发生波形起伏禁带宽带改变反映出导带底价带顶升高降低引起带极值改变时处导带底价带顶电子空穴半导体点量差波引起带起伏载流子作讲产生附加势场附加势场破坏原势场严格周期性电子K状态散射K状态长光学波散射发生离子晶体中离子晶体中原胞正负两离子声学波样形成疏密相间区域正负离子位移相反正离子密区负离子疏区相合正离子疏区负离子密区相合造成半波长区域带正电半波长区域带负电带正负电区域产生电场载流子增加势场作势场引起载流子散射附加势场
5 均时间散射率关系：载流子电场中作漂移运动时连续两次散射间时间作加速运动段时间 称时间时间长短取极次求均值称载流子均时间散射率互倒数关系
6 迁移率均时间效质量关系：通计算外电场作载流子均漂移速度效质量性电子空穴迁移率分
等面旋转椭球极值半导体晶体方效质量迁移率效质量关系稍复杂例硅：
称电导迁移率值三轴方三迁移率线性组合
称电导效质量式决定：
迁移率杂质浓度温度关系：
掺杂硅锗半导体散射机构电离杂质散射声学波散射
电离杂质散射特点温度升高迁移率增电离杂质增加迁移率减声学波散射特点温度升高迁移率降时存两种散射机构时考虑作迁移率影响掺杂浓度较低时忽略电离杂质影响迁移率受晶格散射影响温度升高迁移率降掺杂浓度较高时低温时晶格振动较弱晶格振动散射电离杂质散射作弱电离杂质散射温度升高迁移率缓慢增温度较高时温度升高晶格振动加剧晶格散射作高温时迁移率温度升高降低
8电阻率决定载流子浓度迁移率基表示式：
半导体中电子浓度远空穴浓度时
n型半导体电子浓度远空穴浓度时
p型半导体电子浓度远空穴浓度时
征半导体电子浓度等空穴浓度时
电阻率杂质浓度关系：
轻掺杂时（例杂质浓度）室温杂质全部电离载流子浓度似等杂质浓度迁移率杂质浓度变化载流子浓度（杂质浓度）变化相较认迁移率常数杂质浓度升高电阻率降电阻率表达式取数电阻率杂质浓度关系线性
掺杂浓度较高时（杂质浓度）室温杂质全部电离简半导体中电离程度降更载流子浓度杂质浓度杂质浓度较高时迁移率降较两原电阻率杂质浓度升高降
征半导体杂质半导体电阻率温度变化关系：纯半导体材料电阻率征载流子浓度决定温度升急剧增加室温附温度增加硅征载流子浓度增加倍迁移率稍降电阻率相应降低半左右锗说温度增加征载流子浓度增加倍电阻率降低半征半导体电阻率温度增加单调降征半导体区金属重特征杂质半导体杂质电离征激发两素存电离杂质散射晶格散射两种散射机构存电阻率温度变化关系复杂定杂质浓度硅样品电阻率温度关系曲线致分三温度区段：
低温区段温度低征激发忽略载流子杂质电离提供温度升高增加散射杂质电离决定迁移率温度升高增电阻率温度升高降
电离饱区段温度继续升高（包括室温）杂质已全部电离征激发十分显著载流子基温度变化晶格振动散射升矛盾迁移率温度升高降低电阻率温度升高增
征激发区段温度继续升高征激发快增加量征载流子产生远远超迁移率减电阻率影响时征激发成矛盾方面杂质半导体电阻率温度升高急剧降表现出征半导体相似特性
9定性解释强电场欧姆定律发生偏离原：载流子晶格振动散射时量交换程说明没外加电场情况载流子晶格散射时强吸收声子发射声子晶格交换动量量交换净量零载流子均量晶格相两者处热衡状态电场存时载流子电场中获量发射声子形式量传晶格时均说载流子发射声子数 吸收声子数达稳定状态时单位时间载流子电场中获量予晶格量相强电场情况载流子电场中获量载流子均量热衡状态时载流子晶格系统处热衡状态温度均动量度然载流子量晶格系统量便引进载流子效温度描述语晶格系统处热衡状态载流子称种状态载流子热载流子强电场情况载流子温度晶格温度高载流子均量晶格热载流子晶格散射时热载流子量高速度热衡状态速度出均程保持变情况均时间减迁移率降低电场强时载流子声学波散射迁移率降低电场进步增强载流子量高光学波声子量相时散射时发射光学波声子载流子获量部分消失均漂移速度达饱
10耿氏效应：n型砷化镓两端电极加电压电压高某值时半导体电流便高频率振荡效应称耿氏效应耿氏效应半导体带结构关：砷化镓导带低谷1位布里渊区中心布里渊区边界L处谷2谷1高出029ev温度太高时电场太强时导带电子部分位谷1谷1曲率电子效质量谷2曲率电子效质量（） 谷2效质量谷2电子迁移率谷1电子迁移率电场弱时电子位谷1均漂移速度电场强时电子电场获较量谷1 跃迁谷2均漂移速度速场特性表现变化速率（实际速场特性两斜率低电场时高电场时）迁移率变化程中负阻区负阻区迁移率负值特性称负阻效应意义着电场强度增电流密度减
难点：
1 晶格散射讨格波载流子作格波量离子化量单元称声子格波量减少量子（量单元）称作放出声子增加量子称吸收声子声子说法仅生动表示出格波量量子化特征分析晶格物质作时方便例电子晶体中格波散射便作电子声子碰撞
2 均时间统计均值
3 迁移率杂质浓度温度关系较复杂硅锗等原子半导体电离杂质散射晶格散射抓住矛盾实验结果作出较解释（参考课程重点中第三条讲义图4－13解释）
4 电阻率载流子浓度迁移率关分析电阻率温度关系时注意载流子浓度迁移率温度关考虑载流子浓度电阻率影响时温度载流子浓度影响参考第三章图3－11
5 均漂移速度电场强度关系：电场较弱时均漂移速度电场强度成线性关系欧姆定律成立电场强度较时均漂移速度电场强度二分次方增开始便离欧姆定律电场强度增电子量已高光学声子量相拟时电子晶格散射时便发射声学光子稳态时均漂移速度电场关达饱
章基物理概念问题：
1 半导体中电流电子电流空穴电流总：块均匀半导体两端加电压半导体部形成电场电子带负电空穴带正电两者漂移运动方电子反电场方漂移空穴电场方漂移形成电流着电场方半导体中导电作应该电子导电空穴导电总
2 电子迁移率空穴迁移率：迁移率数值表示载流子电场作运动难易程度导电电子导带中脱离价键半导体中运动电子导电空穴禁带中空穴电流实际代表价键电子价键间运动时产生电流显然相电场作两者均漂移速度会相导带电子均漂移速度说电子迁移率空穴迁移率相等前者
3 散射率：表示单位时间载流子受辐射次数数值散射机构关
4 单位电场作载流子获均漂移速度做漂移迁移率分析硅六谷中电子电流贡献时引入电导迁移率实质漂移迁移率线性组合电导迁移率具漂移迁移率意义漂移迁移率通实验测量
5 补偿材料杂质完全电离情况载流子浓度决定两种杂质浓度差迁移率决定两种杂质浓度总果材料中掺种施杂质受杂质迁移率决定电离杂质浓度
6 总迁移率倒数等散射机构迁移率倒数
7 实验方法测量半导体样品电阻率非补偿轻补偿材料电阻率反映出杂质浓度（基载流子浓度）高度补偿材料载流子浓度电阻率高真正说明材料纯种材料杂质迁移率制造器件
8 热载流子：强电场情况载流子电场中获量载流子均量热衡状态时载流子晶格系统处热衡状态温度均动量度然载流子量晶格系统量便引进载流子效温度描述语晶格系统处热衡状态载流子称种状态载流子热载流子强电场情况载流子温度晶格温度高载流子均量晶格
9 式情况均成立形式均漂移速度电场强度成正迁移率场强关弱电场时迁移率常数强电场时迁移率常数利讲义图4－17求出场强迁移率
章求掌握容考点：——章课程核心知识章节仅求掌握基物理概念原理求进行相关参数计算——考题涉题型
1正确理解会运简单重基公式：
般半导体总电流：
般半导体电导率：
n型半导体(n>>p)：
p型半导体(p>>n)：
征半导体(np)：
2掌握基概念：微分欧姆定律漂移运动漂移速度漂移电流密度（写出计算公式）载流子迁移率载流子散射（电离杂质散射晶格振动散射——声子散射）热载流子微分负阻效应
3熟悉电离杂质散射率电离杂质浓度温度关系声学波光学波散射率素关
4掌握迁移率杂质浓度温度关系正确讲义图4－13图4－14查出迁移率注意：两图中杂质材料含种杂质掺杂浓度低材料室温时迁移率似征材料（较纯材料）迁移率表够熟练计算导电类型材料电导率（计算中注意单位转化）
5掌握电阻率杂质浓度关系电阻率温度关系熟练计算导电类型半导体电阻率注意杂质温度两素电阻率影响图4－15锗硅砷化镓300K时电阻率温度关系实验曲线适非补偿轻度补偿材料
6够定性解释强电场欧姆定律偏离原
7定性描述砷化镓带结构特点掌握谷散射微分负阻效应基物理原理
8课作业题
第五章 非衡载流子
章容提：
章重难点：
重点：
1非衡载流子产生：处热衡状态半导体定温度载流子浓度时定种处热衡状态载流子浓度称衡载流子浓度前面章讨衡载流子
分表示衡电子浓度空穴浓度非简情况积满足：征载流子浓度温度函数非简情况掺杂少衡载流子浓度必定满足非简导体处热衡状态判式半导体热衡状态相条件果半导体施加外界作破坏热衡条件迫处热衡状态相偏离状态称非衡状态处非衡状态半导体载流子浓度出部分衡状态出部分载流子称非衡载流子时称剩载流子定温度没光时半导体中电子空穴浓度分假设n型半导体适波长光射该半导体时光子量该半导体禁带宽度光子价带电子激发导带产生电子－空穴导带衡时出部分电子价带衡时出部分空穴非衡载流子浓度时非衡电子称非衡数载流子非衡空穴称非衡少数载流子p型材料相反光半导体部产生非衡载流子方法称非衡载流子光注入光注入时
产生非衡载流子方法光注入外方法产生非衡载流子例电注入高粒子辐等
2注入：般情况注入非衡载流子浓度衡时数载流子浓度n型材料满足条件注入称注入注入情况非衡少数载流子浓度衡少数载流子浓度影响显十分重相说非衡数载流子影响忽略实际非衡少数载流子起着重作通常说非衡载流子指非衡少数载流子
3非衡载流子复合：光注入例光时价带电子光激发导带产生电子－空穴光停止注入非衡载流子直存原激发导带电子回价带电子空穴成消失半导体非衡态恢复衡态非衡载流子逐渐消失程称非衡载流子复合单位时间单位体积净复合消失电子－空穴数称非衡载流子净复合率类似：单位时间单位体积复合消失电子－空穴数称非衡载流子复合率单位时间单位体积产生电子－空穴数称非衡载流子产生率
3非衡载流子寿命（少数载流子寿命少子寿命寿命）：通实验观察光停止非衡载流子浓度时间变化规律实验表明光停止时间指数规律减少说明非衡载流子立刻全部消失程导带价带中定生存时间长短非衡载流子均生存时间称非衡载流子寿命表示相非衡数载流子非衡少数载流子影响处导决定位非衡载流子寿命常称少数载流子寿命简称少子寿命寿命
4载流子产生复合情况存热衡状态存着产生复合两程状态载流子产生原温度相应描述种产生程热产生率单位时间单位体积热产生电子－空穴数称热产生率热产生率等复合率时半导体达热衡状态果复合率热产生率存净复合率净复合率数值等复合率热产生率差证明净复合率里t时刻非衡载流子浓度
5电子准费米级空穴准费米级：半导体衡态遭破坏存非衡载流子时认分价带导带中电子讲基处衡态导带价带间处衡状态费米级统计分布函数导带价带然适分引入导带费米级价带费米级局部费米级称准费米级导带价带间衡表现准费米级重合导带准费米级称电子准费米级相应价带准费米级称空穴准费米级分表示非衡载状态载流子浓度公式衡载流子浓度类似准费米级代费米级衡载流子浓度公式中位置
6直接复合：半导体中电子空穴运动中会定率直接相遇复合电子空穴时消失带角度讲导带中电子直接落入价带空穴复合种电子导带价带间直接跃迁哦引起非衡载流子复合程直接复合
直接复合寿命：
注入条件少子寿命τ1r(n0+p0)n型半导体n0>>p0少子寿命τ1rn0说明注入条件温度掺杂定时寿命常数寿命衡数载流子浓度成反者说半导体电导率越高寿命越短
注入情况直接复合寿命τ1rΔp见寿命非衡载流子浓度增减复合程中寿命常数般说禁带宽带越直接复合率越锑化铟（Eg018eV）碲（Eg03eV）等禁带宽度半导体中直接复合占优势实验发现砷化镓禁带宽度Eg1428eV然较直接复合机构寿命着重影响具体带结构关砷化镓直接带隙半导体
7间接复合寿命：
深级杂质缺陷禁带中形成深级非衡载流子寿命影响实验发现样杂质缺陷越寿命越短说明杂质缺陷促进复合作促进复合程杂质缺陷称复合中心间接复合指非衡载流子通复合中心复合禁带中复合中心级台阶电子－空穴复合分两步走：第步导带电子落入复合中心级第二步电子落入价带空穴复合复合中心恢复原空着状态完成次复合程显然定存述两程逆程间接复合旧统计性程相复合中心Et言4微观程：
甲：俘获电子程复合中心级Et导带俘获电子导带电子减少
乙：发射电子程复合中心级Et电子激发导带（甲逆程）导带电子增加
丙：俘获空穴程电子复合中心级Et落入价带空穴复合成复合中心级价带俘获空穴价带空穴减少
丁：发射空穴程价带电子激发复合中心级Et出复合中心级价带俘获空穴价带空穴减少
根述四程描述稳定条件（稳定条件指复合中心级电子数发生变化增加减少）甲－乙＝丙－丁显然等式左端表示单位时间单位体积导带减少电子数等式右端表示单位时间单位体积价带减少空穴数导带损失电子时价带损失空穴电子空穴通复合中心成复合式正表示电子－空穴净复合率U表示：
式分析种情况间接复合寿命
8表面复合效寿命
前研究非衡载流子寿命时考虑半导体部复合程实际少数载流子寿命程度受半导体样品形状表面状态影响例实验发现吹砂处理金刚砂粗磨样品寿命短细磨适化学腐蚀样品寿命长实验表明样表面情况样品越寿命越短见半导体表面确实促进复合作表面复合指半导体表面发生复合程表面处杂质表面特缺陷禁带形成复合中心级复合机构讲表面复合然间接复合间接复合理完全处理表面复合问题
考虑表面复合实际测寿命应体复合表面复合综合结果设两种复合单独行发生τv表示体复合寿命1τv体复合率τa表示表面复合寿命1τs表示表面复合率总复合率：
1τ1τv+1τs
式中τ称效寿命
10陷阱陷阱中心陷阱效应：
陷阱效应非衡载流子情况发生种效应半导体处热衡状态时施受复合中心杂质级具定数目电子衡时费米级分布函数决定实际级中电子通载流子俘获产生程载流子间保持着衡半导体处非衡态出现非衡载流子时种衡遭破坏必然引起杂质级电子数目改变果电子增加说明级具收容部分非衡电子作电子减少成级收容空穴作般意义讲杂质级种积累非衡载流子作称陷阱效应角度杂质级定陷阱效应实际需考虑显著积累非衡载流子作杂质级例积累非衡载流子数目导带价带中非衡载流子数目相拟显著陷阱效应杂质级称陷阱相应杂质缺陷称陷阱中心
11利间接复合理陷阱性质简单讨
12扩散概念：
① 扩散现象反映微观粒子特定条件运动规律分子原子电子等微观粒子均气体液体固体中产生扩散运动
② 产生扩散运动原（动力）种素造成微观粒子浓度梯度微观粒子总浓度高方浓度低方扩散
③ 扩散运动微观粒子热运动密切相关规运动序化产生定运动
④ 扩散运动快慢微观粒子身性质处环境关例：电子空穴硅锗中扩散系数相
13非衡载流子扩散扩散密度：
块均匀掺杂半导体例n型半导体电离施带正电电子带负电电中性求处电荷密度零载流子分布均匀没浓度差异均匀材料中会发生载流子扩散运动果适波长光均匀射块材料面假定半导体表面层光部分吸收表面薄层产生非衡载流子部非衡载流子少半导体表面非衡载流子浓度部高必然会引起非衡载流子表面部扩散面具体分析注入非衡少数载流子
——空穴扩散运动
考虑维情况假定非衡载流子浓度x变化写成x方
浓度梯度＝
通常单位时间通单位面积（垂x轴）粒子数称扩散流密度实验发现扩散流密度非衡载流子浓度梯度成正表示空穴扩散流密度
例系数DP称空穴扩散系数单位cm2s反映非衡少数载流子扩散领式中负号表示空穴浓度高方浓度低方扩散式描写非衡少数载流子空穴扩散规律称扩散规律
14维稳态扩散：种情况样品足够厚非衡少数载流子光表面开始样品部扩散程中伴着复合非衡少数载流子浓度指数规律衰减第二种情况样品薄非衡少数载流子复合扩散表面表面突然降零种情况非衡少数载流子扩散方线性分布
15爱斯坦关系：通非衡载流子漂移运动扩散运动讨明显迁移率反映载流子电场作运动难易程度物理量扩散系数反映存浓度梯度时载流子运动难易程度爱斯坦理找扩散系数迁移率间定量关系
16连续性方程：非衡少数载流子时存扩散运动漂移运动时遵守运动方程般情况非衡载流子浓度仅位置x函数时间变化空穴例连续性方程般表达式：
式中项物理意义右端：
第项扩散运动单位时间单位体积中积累空穴数
第二三项漂移运动单位时间单位体积中积累空穴数
第四项存复合程单位时间单位体积中复合消失空穴数
第五项某种素单位时间单位体积中产生空穴数（产生率）
左端单位时间单位体积中空穴改变量者说单位体积中空穴时间变化率
17连续性方程应：前面出连续性方式般表达式条件具晶体形式例半导体中电场均匀含电场偏导数项应零根具体情况正确应连续性方程
难点：
1 间接复合理中四微观程分析关寿命讨
2利间接复合理陷阱性质讨：陷阱中心复合中心性质例效复合中心电子俘获系数空穴俘获系数数值相差效陷阱中心两者相差陷阱俘获电子难俘获空穴俘获电子复合前（落入价带前）激发重新释放回导带落入陷阱中心电子难空穴复合样陷阱电子陷阱电子陷阱中电子空穴复合必须重新激发导带通效复合中心完成空穴复合陷阱空穴陷阱
3非衡少数载流子维非稳态扩散方程建立基思路：取体积元计算单位时间该体积元非衡少数载流子变化量导出求非稳态扩散方程考虑非衡少数载流子变化量时四素：
① 扩散单位时间流入体积元非衡少数载流子n型样品空穴）
② 光单位时间体积元中产生非衡少数载流子
③ 扩散单位时间流出体积元非衡少数载流子
④ 复合单位时间体积元中消失掉非衡少数载流子显然述四条中前两条会体积元中非衡少数载流子数量增加两条会体积元中非衡少数载流子数量减少前两条减两条体积元体积单位时间单位体积中非衡载流子改变量导出维非稳态扩散方程n型样品中空穴例求方程表示：
式中G产生率体积元扩散方线度方程中右端四项分应述引起空穴改变量时四素
果致取极限数字处理式写作：
该方程意义方程右端：
第项 表示扩散单位时间单位体积中积累空穴数
第二项 表示复合单位时间单位体积中消失空穴数
第三项 表示光单位时间单位体积中产生空穴数
方程左端表示单位时间单位体积中净增加空穴数
章基物理概念问题：
1 非衡状态：半导体受外界（光电）作热衡状态破坏载流子浓度偏离热衡载流子浓度种情况称非衡状态
2 光产生非衡载流子求光子量者等半导体禁带宽度
3 光产生非衡载流子特点产生电子－空穴价带电子受光激发跃迁导带价带留空穴产生非衡电子浓度等价带非衡空穴浓度
光注入产生非衡载流子导致半导体电导率增加引起附加电导率（参考书称光电导率）：
1 复合率：单位时间单位体积复合消失电子－空穴数
2 净复合率：单位时间单位体积净复合消失电子－空穴数
3 产生率：单位时间单位体积产生电子－空穴数
4 热产生率：温度引起单位时间单位体积热产生电子－空穴数
5 非衡载流子寿命：非衡载流子均生存时间半导体材料种半导体器件（包括半导体集成电路）中相非衡数载流子非衡少数载流子起着十分重作非衡载流子寿命常称少数载流子寿命简称少子寿命寿命非衡载流子复合程中指数规律衰减寿命标志着非衡载流子浓度减原值1e历时间寿命越短衰减越快
6 寿命半导体材料重参数材料种类材料含杂质缺陷数量等素关
准费米级具费米级类似功标准着载流子填充带水非衡状态状态电子浓度衡状态时电子准费米级高衡状态时费米级理果空穴浓度衡状态时空穴费米级衡状态时费米级更接价带顶准费米级偏离费米级反映必定偏离热衡状态程度偏离越说明衡情况越显著两者越衡态两者重合时形成统费米级半导体处衡态引进准费米级更形象解非衡态情况
注意：注入情况非衡少数载流子准费米级偏离费米级距离越非衡数载流子准费米级偏离费米级距离越画非衡带图时应考虑差异
电子俘获率：单位体积单位时间复合中心俘获电子数
电子产生率：单位体积单位时间复合中心导带发射电子数
空穴俘获率：单位体积单位时间复合中心俘获空穴数
空穴产生率：单位体积单位时间空复合中心价带发射空穴数
效复合中心：深级禁带中位置促进非衡载流子复合起作分析表明复合中心级位禁带中央附时非衡载流子复合作位禁带中央附深级称效复合中心效复合中心电子俘获系数空穴俘获系数相差
表面复合率表面复合速度：通常表面复合速度描写复合快慢单位时间通单位表面积复合掉电子－空穴数称表面复合率实验发现表面复合率表面处非衡载流子浓度成正
例系数s表示表面复合强弱显然具速度量纲称表面复合速度直观形象意义：表面复合失非衡载流子数目表面处非衡载流子s垂直速度流出表面
通陷阱讨点：
7电子陷阱空穴陷阱
8陷阱中心非衡载流子远远超导带价带中非衡载流子时显著陷阱效应陷阱效应非衡少数载流子非衡数载流子陷阱作显著
9电子陷阱言陷阱级费米级越接费米级陷阱效应越显著
10扩散扩散流密度扩散定律扩散长度扩散速度扩散电流密度
11爱斯坦关系表面非简条件载流子迁移率扩散消失间关系然爱斯坦关系式针衡载流子推导出实验证明关系直接非衡载流子说明刚激发载流子然具衡载流子速度量晶格作寿命短时间取温度相适应速度分布复合前绝部分时间中已衡载流子没什区
12牵引长度：载流子电场作寿命时间漂移距离注意牵引长度扩散长度处
章求掌握容考点：
1掌握述基概念
2熟悉点：光注入条件：光子量等半导体禁带宽度光注入产生非衡载流子特点光注入半导体产生附加电导率理：注入方式产生附加电导率光注入非衡载流子现象通实验观测
3明确列问题：什引入准费米级？准费米级意义什？n型半导体p型半导体电子准费米级空穴准费米级偏离费米级程度什？带图表示出
4掌握直接复合间接复合表面复合机理种素非衡载流子寿命影响
5明晰陷阱作陷阱中心复合中心区
6扩散方程研究半导体非衡载流子运动规律重方程掌握扩散方程应掌握扩散电流密度计算方法
7熟练应爱斯坦关系式
8较熟练应连续性方程解决具体问题
9课作业题
第十章 半导体光学性质
章求掌握容考点：
1吸收系数消光系数折射率：固体光吸收程通常吸收系数消光系数折射率表征光媒质中传播时光强度指数规律衰减
光强度关系数称媒质吸收系数单位表示光强衰减原值1e时光强深入媒质均距离明确媒质吸收系数光波长关吸收系数波长关系称吸收光谱吸收系数情况光吸收实际集中晶体薄表面层消光系数表征光衰减参数吸收系数存联系两者成正关系
明晰吸收系数消光系数等光学参数物理意义
2征吸收征吸收限：理想半导体绝零度时价带完全电子占满价带电子激发更高级唯吸收足够量光子电子激发越禁带跃迁入空导带价带中留空穴形成吸收程称征吸收显然发生征吸收光子量必须等禁带宽度应征吸收光谱低频方面必然存频率界线（者说长波方面存波长极限）频率低频率界线波长波长极限时产生征吸收吸收系数迅速降种吸收系数显著降特定波长（特定频率）称半导体征吸收限
直接跃迁：光电子吸收光子跃迁程量必须守恒外必须满足动量守恒谓满足选择定设电子原波矢量跃迁波矢量状态带中电子 具类似动量性质跃迁程中必须满足条件：
般半导体吸收光子动量远带中电子动量光子动量忽略计式似写：
说明电子吸收光子产生跃迁时波矢保持变（电子量增加）电子跃迁选择定满足选择定电子跃迁程中波矢保持变原价带中状态A电子跃迁导带中状态BAB曲线位统垂线种跃迁称直接跃迁AB直接跃迁中吸收光子量图中垂直距离AB相应显然应k垂直距离相等说相k值量光子吸收吸收光子量应等禁带宽度见征吸收形成连续吸收带具长波吸收限光吸收测量求禁带宽度数常半导体中Ⅲ–Ⅴ族砷化镓锑化铟Ⅱ–Ⅵ族等材料导带极值价带极值应相波矢常称直接带隙半导体种半导体征吸收程中产生电子直接跃迁
间接跃迁：征吸收中附选择定直接跃迁外存着非直接跃迁程非直接跃迁程中电子仅吸收光子时晶格交换定振动量放出吸收声子严格讲量转换关系应该考虑声子量非直接跃迁程电子光子声子三者时参加程量关系应该
式中代表声子量加号吸收声子减号发射声子声子量非常数量级百分电子伏特忽略计粗略讲电子跃迁前量差等吸收光子量声子量禁带宽度量附微变化非直接跃迁出直接跃迁相关系总光征吸收程中果考虑电子电磁波相互作根动量守恒求发生直接跃迁果考虑电子晶格相互作非直接跃迁反射吸收声子动量守恒原然满足间接跃迁吸收程方面赖电子电磁波相互作方面赖电子晶格相互作理种二级程发生样程率取决电子电磁波相互作直接跃迁率间接跃迁光吸收系数直接跃迁光吸收系数
硅锗砷化镓吸收光谱：硅锗间接带隙半导体光子量时征吸收开始着光子量增加吸收系数首先式段较缓区域应间接跃迁更短波长方面着光子量增加吸收系数次陡增发生强烈光吸收表示直接跃迁开始砷化镓直接带隙半导体光子量开始强烈吸收吸收系数陡峻升反映出直接跃迁程
研究征吸收意义：研究半导体征吸收光谱仅根吸收限决定禁带宽度助解带复杂结构作区分直接带隙间接带隙半导体重重掺杂半导体例n型半导体费米级进入导带温度较低时费米级状态电子占价带电子跃迁费米级状态征吸收长波限短波反移动现象称伯斯坦移动强电场作征吸收长波限长波反移动意味着量禁带宽度光子发生征吸收通光子诱导隧道效应实现
掌握征半导体吸收特点直接跃迁间接跃迁特点(间接跃迁考虑电子晶格作发生间接跃迁率直接跃迁间接跃迁吸收系数直接跃迁吸收系数)熟悉吸收机构产生吸收机理
8光电导：光吸收半导体中形成非衡载流子载流子浓度增必须样品电导率增种光引起半导体电导率增现象称光电导效应征吸收引起附加光电导率称征光电导率简称征光电导设光注入非衡载流子浓度分电子刚激发导带时原导带中热衡电子较量光生电子通晶格碰撞极短时间反射声子形式丢失余量变成热衡电子认整光电导程中光生电子热衡电子具相迁移率附加光电导率
定态光电导：定态光电导指恒定光产生光电导果光时间足够长定态光电导时间变化光开始时光吸收非衡载流子光生载流子产生率复合率非衡载流子开始增加果光保持变光生载流子浓度应时间线性增事实光激发时存复合程光生载流子浓度直线升光生载流子浓度时间变化非直线升达稳定值时附加电导率达稳定值定态光电导显然达定态光电导时电子空穴复合率等产生率
光电导弛豫程：光定时间达定态光电导样光停止光电导逐渐消失种光光电导率逐渐升光停止光电导率逐渐降现象称光电导弛豫现象做光电导弛豫程注入情况光电导均指数规律升降注入情况光电导升降规律注入复杂
第十章 半导体热电性质
求掌握PPT课件介绍种热电效应物理原理应
第十二章 半导体磁压阻效应
章求掌握容考点：
霍耳效应：通电流半导体放均匀磁场中磁场方垂直电流方垂直磁场电流方产生横电场现象称霍耳效应横电场称霍耳电场霍耳效应实质带电粒子（电子空穴）磁场中受洛仑兹力结果实验表明磁场太强情况霍耳电场电流密度磁感应强度成正例系数称霍耳系数通实验间接测量实验中通常霍耳电压电流强度代霍耳电场电流密度式中d磁场方样品厚度理分析表明材料考虑载流子速度统计分布弱磁场霍耳系数：
n型半导体：
p型半导体：
两式出种载流子时n型p型半导体霍耳系数符号相反原霍耳电场方相反果计入载流子速度统计分布两式右端均子称霍耳迁移率果半导体中两种载流子电子空穴计入载流子速度统计分布时霍耳系数：
（式中 ）
果计入载流子速度统计分布设种情况式右端
n型半导体p型半导体霍耳系数符号相反霍耳电压正负相反利霍耳电压正负判断半导体导电类型利霍耳效应制成电子器件称霍耳器件霍耳效应较常选迁移率高半导体材料迁移率高样电场作漂移速度加磁场载流子受洛仑兹力霍耳效应明显实际常选锑化铟砷化铟等化合物半导体锗作霍耳器件霍耳输出电压正控制电流磁感应强度积中量保持变作变量者两者作变量种途
掌握霍耳效应原理掌握弱磁场情况考虑载流子速度统计分布时n型p型半导体中种载流子两种载流子半导体霍耳系数公式推导程应霍耳效应原理指导实验解霍耳效应基应
掌握光磁电效应物理原理
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