半導(dǎo)體物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、一、半導(dǎo)體物理知識(shí)大綱一、半導(dǎo)體物理知識(shí)大綱?核心知識(shí)單元核心知識(shí)單元A：半導(dǎo)體電子狀態(tài)與能：半導(dǎo)體電子狀態(tài)與能級(jí)（課程基礎(chǔ)級(jí)（課程基礎(chǔ)——掌握物理概念與物理掌握物理概念與物理過(guò)程、是后面知識(shí)的基礎(chǔ)）過(guò)程、是后面知識(shí)的基礎(chǔ)）?半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)（第半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)（第1章）章）?半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)（第半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)（第2章）章）?核心知識(shí)單元核心知識(shí)單元B：半導(dǎo)體載流子統(tǒng)計(jì)分：半導(dǎo)體載流子統(tǒng)計(jì)分布與輸運(yùn)（課程重點(diǎn)布與輸

2、運(yùn)（課程重點(diǎn)——掌握物理概念、掌握物理概念、掌握物理過(guò)程的分析方法、相關(guān)參數(shù)的掌握物理過(guò)程的分析方法、相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法）計(jì)算方法）?半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布（第半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布（第3章）章）?半導(dǎo)體的導(dǎo)電性（第半導(dǎo)體的導(dǎo)電性（第4章）章）?非平衡載流子（第非平衡載流子（第5章）章）?核心知識(shí)單元核心知識(shí)單元C：半導(dǎo)體的基本效應(yīng)：半導(dǎo)體的基本效應(yīng)（物理效應(yīng)與應(yīng)用（物理效應(yīng)與應(yīng)用——掌握各種半導(dǎo)體掌握各種半導(dǎo)體物理效應(yīng)、分析其產(chǎn)生

3、的物理機(jī)理、掌物理效應(yīng)、分析其產(chǎn)生的物理機(jī)理、掌握具體的應(yīng)用）握具體的應(yīng)用）?半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)（第半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)（第10章）章）?半導(dǎo)體熱電性質(zhì)（第半導(dǎo)體熱電性質(zhì)（第11章）章）?半導(dǎo)體磁和壓阻效應(yīng)（第半導(dǎo)體磁和壓阻效應(yīng)（第12章）章）一系列允帶和禁帶。一個(gè)允帶對(duì)應(yīng)的K值范圍稱為布里淵區(qū)。5、用能帶理論解釋導(dǎo)帶、半導(dǎo)體、絕緣體的導(dǎo)電性。6、理解半導(dǎo)體中求E（k）與k的關(guān)系的方法：晶體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要比自由電子復(fù)雜得多，要得到它的E（k）

4、表達(dá)式很困難。但在半導(dǎo)體中起作用地是位于導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂附近的電子。因此，可采用級(jí)數(shù)展開的方法研究帶底或帶頂E（k）關(guān)系。7、掌握電子的有效質(zhì)量的定義：＝（一維），注意，在能帶底是正值，nm2h22dkEdnm在能帶頂是負(fù)值。電子的速度為v＝，注意v可以是正值，也可以是負(fù)值，nmh1dkdE這取決于能量對(duì)波矢的變化率。8、引入電子有效質(zhì)量后，半導(dǎo)體中電子所受的外力與加速度的關(guān)系具有牛頓第二定律的形式，即a＝f?？梢娛且杂行з|(zhì)量代換了電子慣

5、性質(zhì)量。nmnm0m9、有效質(zhì)量的意義：在經(jīng)典牛頓第二定律中a=fm0式中f是外合力，是慣性質(zhì)量。但0m半導(dǎo)體中電子在外力作用下，描述電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程中出現(xiàn)的是有效質(zhì)量mn，而不是電子的慣性質(zhì)量。這是因?yàn)橥饬并不是電子受力的總和，半導(dǎo)體中的電子即使0m在沒有外加電場(chǎng)作用時(shí)，它也要受到半導(dǎo)體內(nèi)部原子及其它電子的勢(shì)場(chǎng)作用。當(dāng)電子在外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，它一方面受到外電場(chǎng)力f的作用，同時(shí)還和半導(dǎo)體內(nèi)部原子、電子相互作用著，電子的加速度應(yīng)該是半

6、導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)和外電場(chǎng)作用的綜合效果。但是，要找出內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的具體形式并且求得加速度遇到一定的困難，引進(jìn)有效質(zhì)量后可使問題變得簡(jiǎn)單，直接把外力f和電子的加速度聯(lián)系起來(lái)，而內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用則由有效質(zhì)量加以概括。因此，引進(jìn)有效質(zhì)量的意義在于它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。特別是mn可以直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，因而可以很方便地解決電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在能帶底部附近，d2Edk2

7、0，電子的有效質(zhì)量是正值；在能帶頂附近，d2Edk20，電子的有效質(zhì)量是負(fù)值，這是因?yàn)閙n概括了半導(dǎo)體內(nèi)部的勢(shì)場(chǎng)作用。有效質(zhì)量與能量函數(shù)對(duì)于k的二次微商成反比，對(duì)寬窄不同的各個(gè)能帶，E（k）隨k的變化情況不同，能帶越窄，二次微商越小，有效質(zhì)量越大。內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；外層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。因而，外層電子，在外力的作用下可以獲得較大的加速度。10、半導(dǎo)體中電子的準(zhǔn)動(dòng)量v＝hk。nm11、滿帶中的電子不導(dǎo)電：電子可以在晶體

8、中作共有化運(yùn)動(dòng)，但是，這些電子能否導(dǎo)電，還必須考慮電子填充能帶的情況，不能只看單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)能帶中所有的狀態(tài)都被電子占滿，那么，即使有外加電場(chǎng)，晶體中也沒有電流，即滿帶電子不導(dǎo)電。只有雖包含電子但并未填滿的能帶才有一定的導(dǎo)電性，即不滿的能帶中的電子才可以導(dǎo)電。絕對(duì)溫度為零時(shí)，純凈半導(dǎo)體的價(jià)帶被價(jià)電子填滿，導(dǎo)帶是空的。在一定的溫度下，價(jià)帶頂部附近有少量電子被激發(fā)到導(dǎo)帶底部附近，在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶中電子便參與導(dǎo)電。因?yàn)?/p>