固体物理与半导体物理Word文件下载.docx
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3、什么是复式格子?
复式格子是怎么构成?
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);
复式格子由两个或多个相同的
布拉菲格子以确定的方位套购而成。
4、原胞和晶胞是怎样选取的?
它们各自有什么特点?
原胞选取方法:
体积最小的周期性(以基矢为棱边围成)的平行六面体,选取方法不唯一,但它们体
积相等,都是最小的重复单兀。
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;
(3)每个原
胞只含一个格点。
⑷体积:
门-印.^?
a3);
(5)原胞反映了晶格的周期性,各原胞中等价点的物理量相同。
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。
(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;
⑶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原胞和晶胞的?
复式格子中找到布拉菲格子方法:
将周围相同的原子找出。
6、金刚石结构是怎样构成的?
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结构?
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、密堆积有几种密积结构?
它们是布拉菲格子还是复式格子?
密堆积有两种密积结构;
密积六方是复式格子,密积立方是布拉菲格子。
9、8种独立的基本对称操作是什么?
8种独立的基本对称操作:
Ci、C2、C3、C4、C6、二、I、S4
10、7大晶系是什么?
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?
晶列指数确定:
以某个格点为原点,以a、b、c为原胞的3个基矢、则晶格中任一各点的位矢
可以表示为:
=manb•pc,将m、n、p化为互质的整数m、n、p,求的晶列指数[mnp],晶
列指数可正、可负、可为零。
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?
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,(gh2h3)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?
倒数关系。
14、倒格子的定义?
正倒格子之间的关系?
倒格子的定义:
周期分布点子所组成的格子,描述晶体结构周期性的另一种类型的格子。
倒格子基矢的定义:
设晶格(正格子)原胞的基矢为印、a2、a3,则对应的倒格子原胞基矢为
---刖,2当\=j
bpb?
、匕3。
则b耳=2兀6=丿.
jj、0当j
正倒格子之间的关系:
*3
⑴原胞体积之间的关系门=(2二)/「;
(2)倒格矢与一族平行晶面之间的关系;
⑶正格矢与倒格矢的点积为2n的整数倍;
(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?
1
一维单原子晶格的色散关系:
X叽叫qa)色散关系周期性的物理意义:
«
=comaxSin(-qa)的一个基本周期为—兀/avq兰兀/a,那么周期之外的点q'
可以用基本周期在内的一个点q来等效即是:
q=q•n-二1,2...
a
16、一维双原子晶格的色散关系?
一维双原子色散关系:
.2[(Mm)_.M2m22Mmcos(2qa)
Mm
17、同一原胞内两种原子有什么振动特点?
同一原胞内两种原子振动特点:
(1)声学波的振动:
同一原胞内相邻的两种原子倾向于沿同一方向振动。
长波极限:
原胞中两种原子的
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。
(2)光学波的振动:
同一原胞内相邻的两种原子作反方向振动。
原胞内不同原子振动位相相
反,长光学波反映的是原胞质心不动;
重原子不振动,轻原子振动。
18、晶格振动的格波数、格波支数及总格波数是如何确定的?
波矢数(q的取值数)=原胞数N;
格波支数=原胞内原子的自由度数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?
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:
(1)声子是能量携带者,一个声子具有能量为'
1;
(2)一「|中的I从1—;
3Nn,l不同表示不同种类的声子,共有3Nn种声子;
⑶n为声子数,表明能量为屉|的声子有nl个;
(4)频率为-的格波能量变化了n「•.|,这一过程产生了nl个能量为-「的声子;
(5)声子是玻色子,遵循玻色统计。
nl=0一/心丁“
20、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
驻波边界条件状态密度:
一维:
1:
2訂3
(匚)二维:
匚)三维:
匚)
行波边界条件状态密度:
2二」2二2二
(L)二维:
丨)三维:
「)
21、一维、二维、三维晶格的能级密度如何求出
2k2
2m
一维晶格的能级密度:
兀i2兀i
驻波:
2(—)dk/dE行波:
2()dk/dE其中:
E
LL
二维晶格的能级密度:
兀一2,亠2兀、
2(「)公kdk/dE行波:
2(匚)
三维晶格的能级密度:
..322…32
2(—)・4「:
k2dk/dE行波:
2()二k2dk/dE
22、
在什么情况下电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述
在E-EfKbT电子的费米统计可用玻尔兹曼分布来描述;
在Ef-E…KbT空穴的费米统
计可用玻尔兹曼分布来描述。
23、布洛赫定理的内容是什么?
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(r'
Re)
布洛赫波函数的周期性与势场周期性相同。
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?
禁带出现的位置与晶体结构有关;
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?
每个能带能容纳的电子数为2N,与原胞数有关。
26、如何运用紧束缚近似出的能量公式?
紧束缚近似出的能量公式:
E=Eo-、exp(-k.6)
m
找出近邻原子的个数m,以某一个原子为原点,求出矢量,带入能量公式便可得到晶体中电子的能量。
27、布洛赫电子的速度和有效质量公式?
1、1:
E
布洛赫电子的速度公式:
vkE(k)一维情况下:
v;
有效质量公式:
戸ck
一维:
1?
_2:
:
kx
三维:
(m*'
)i
'
2*也
i,j二x,y,z
28、有效质量为负值的含义?
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,外力作用不足以补偿内部势场的
作用时,电子的真实动量是下降的。
29、绝缘体、半导体、导体的能带结构即电子填充情况有什么不同呢?
电子填充情况及能带结构不同:
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、半导体的能带只有满带和空带。
绝缘体
的能带与价带相互独立,禁带较宽;
半导体能带与价带相互独立,禁带较窄,一般在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。
空穴定义:
满带(价带)中的空状态;
性质:
空穴具有正有效质量,空穴具有正电荷,空穴的速度等于该状态有电子时其电子的速度,空穴的能量是向下增加的,位于满带顶附近。
32、半导体呈本征型的条件?
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?
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?
E-E
载流子浓度公式:
n。
二Ncexp(-Ec匚F)
KbT
Po
EE
二Nvexp(-EfEv)
热平衡状态下的非简并半导体的判据式:
nopo=ni2
35、非简并半导体的费米能级随温度和杂质浓度的变化
讨论n型半导体:
电中性条件:
n0=n+D+po
(1)低温弱电离区:
no=n+D
EEcEd如)Nd)
222Nc
在温度T一定范围内,Ef随温度增大而增大,当温度上升到
Nc=(ND/2)e-3/2=0.11ND时,Ef随温度增大
而减小。
⑵强电离区(饱和电离区):
no=Nd
nd
Ef=Ec-KbTIn(-)在温度T一定时,Nd越大,
Nc
Ef就越向导带方向靠近,而在N-—定时,温度越高,Ef就
越向本征费米能级Ei方向靠近。
⑶高温电离区:
no=ND+poEi=EF(呈本征态)
36、半导体在室温下全部电离下的电中性条件?
n型:
no=ND;
p型:
Po=Na
37、由于简并半导体形成的杂质能带,能带结构有什么变化呢
杂质电离能变小,禁带宽度变窄。
38、散射的原因是什么?
散射的原因:
周期势场遭到破坏。
39、载流子的迁移率和电导率的公式?
迁移率公式:
电子)n=牛
mn
(原子的热振动;
杂质原子和缺陷的存在)
qp
*
mp
电导率的公式:
n型半导体;
「n二nq»
p型半导体:
二p=pq」p
电子、空穴点同时导电;
nq%pq"
p本征半导体「=niq(%…打)
40、什么是准费米能级?
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?
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
者。
42、爱因斯坦关系式?
爱因斯坦关系式:
DnKbT
Jnq
DpKbT
jpq
43、什么是P—N结的空间电荷区?
自建场是怎样建立起来的?
P—N结的空间电荷区:
在n型区和p型交界面的两侧形成了带正、负电荷的区域。
自建场:
空间电荷区中的正负电荷形成电场,电场方向由n区指向p区。
44、雪崩击穿和隧道击穿的机理。
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,使势垒区单位时
间内产生大量载流子,致使反向电流速度增大,从而发生p-n结击穿。
雪崩击穿除与电场有关,还与势垒
区宽度有关。
一般掺杂以雪崩击穿为主。
隧道击穿的机理:
当电场E大到或隧道长度短到一定程度时,将使p区价带中大量的电子通过隧道效应穿过势垒到达n区导带中去,使反向电流急剧增大,于是p-n结发生隧道击穿。
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?
功函数:
电子从费米能级到真空能级所需的最小能量电子亲和能:
半导体导带底的电子逸出体外
所需要的最低能量,即X二Eo-EC。
47、金属一半导体接触的四种类型
答:
n型
P型
Wm>
Ws
阻挡层
反阻挡层
Wm<
48、金属一半导体整流接触特性的定性解释?
金半接触的整流作用:
无外场:
半-金电子=金-半电子,阻挡层无净电流。
正偏:
金正半负半-金电子>金-半电子,I随V变化
反偏:
金负半正半-金电子<金-半电子,金属中势垒高且不变,I随V不变
49、在考虑表面态的情况下,怎样形成欧姆接触?
用高掺杂的半导体和金属接触在半导体上形成欧姆接触。
其他知识点:
1费米能级的物理意义:
(1)决定各个能级上电子统计分布的参量;
(2)直观反映了电子填充能级的水平。
2、产生非平衡载流子的方法:
(1)电注入;
(2)光注入
3、最有效的复合中心位于禁带中线附近的深能级
4、非平衡载流子的扩散原因:
在载流子浓度不均匀条件下,有无规则的热运动引起。
5、漂移电流是多子的主要电流形式,扩散电流是少子的主要电流形式。
6、p—n结载流子的扩散是由于两区费米能级不一致所引起的;
平衡p-n结,具有统一的费米能级。
7、p—n结的单向导电性是因为势垒的存在。
正向偏压下p—n结的特性:
正向电压Vf与自建场反向,势垒高度降低,势垒宽度变窄,载流子的扩散运动大于漂移运动。
反向偏压下p—n结的特性:
正向电压Vr与自建场同向,势垒区加宽,势垒高度增高,载流子的漂移运动大于扩散运动。
8、势垒电容:
势垒区的空间电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应(发生在势垒区)
扩散电容:
扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。
(发生在扩散区)
反偏时:
势垒电容为主,扩散电容很小;
正偏时:
既有势垒电容,也有扩散电容;
9、纯净表面:
没有杂质吸附层和氧化层的理想表面
实际表面:
与体内晶体结构不同的原子层
表面能级:
表面存在而产生的附加电子能级,对应的电子能态为表面态。
表面态:
(1)从能带角度,当晶体存在表面,在垂直表面方向成了半无限周期势场。
(2)从化学键角度,表面是原子周期排列终止的地方。
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- 固体 物理 半导体