半导体物理考点归纳（完整版）BBIN BBIN宝盈集团

　　作为电子科学与技术or集成电路or微电子专业的学生，相信大家都深深体会过被《半导体物理》带来的恐惧所支配的痛苦，哈哈~~~

　　闲来无事，本着输出干货的原则，从考试的角度，以刘恩科老师编写的教材作为框架，对半导体物理这门课的考点做一个小小的归纳。

　　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。

　　知道了金刚石结构是什么样，也就不难理解砷化镓的闪锌矿结构。闪锌矿结构是两种不同原子构成的面心立方沿空间对角线平移四分之一套构而成。

　　需要从布里渊区的角度去理解能带的形成，其次需要知道半导体常见的导带、价带、禁带的概念以及电子处于不同的能量状态时对应的线 电子和空穴

　　电子的概念非常好理解，从初中物理就开始引入。但是空穴的概念却有点抽象，概要的说，当电子从价带跃迁到导带，全满的价带便形成空位，引入空穴的概念，将价带大量电子的运动问题转化为少量空穴的问题，从而大大有利于问题的求解与分析。

　　载流子在半导体中运动时，不仅仅会受到外加电场的影响，同时还会受到半导体内部的周期性势场的作用以及其他电子的作用，所以有效质量将载流子受到的半导体内部势场的作用包括进来，在研究外力作用下载流子的运动时，可以直接考虑外力而将内部势场的作用代入有效质量中，同时有效质量可以通过实验求得。

　　硅是间接带隙半导体，砷化镓是直接带隙半导体，硅和砷化镓的解理面的区别等。

　　凡是和半导体固有原子不同的原子均称为杂质，杂质又分为替位式杂质和间隙式杂质，只有替位式杂质才能够激活，起到改变半导体的导电类型和电阻率的作用。

　　杂质对电子或空穴的束缚的能量状态对应于施主能级和受主能级，掺杂了施主杂质的半导体称为N型半导体，掺杂了受主杂质的半导体称为P型半导体，其对应的多数载流子和少数载流子亦是不同的。

　　费米分布函数是：在特定的温度下，载流子占据能量状态E的概率。当对费米函数进行近似的时候，引入了玻尔兹曼函数。在此基础上，通过一系列的推导，得出了价带的空穴浓度的计算公式、导带电子浓度的计算公式。

　　首先需要明确本征半导体的概念：没有任何掺杂和缺陷的半导体称为本征半导体。在本征半导体中，导带上的电子来源于价带中电子的激发，所以本征半导体的电子浓度等于空穴浓度，这也是和杂质半导体最大的区别。

　　掺杂有杂质的半导体称为杂质半导体。由于室温下，杂质几乎完全电离，载流子的浓度几乎等于杂质浓度。当温度继续升高之后，杂质半导体开始本征激发，载流子浓度大幅升高，电子浓度近似于等于空穴浓度。费米能级逐渐接近于本征费米能级。此处经常会考察杂质半导体多数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简并半导体

　　简并半导体是掺杂浓度比较高、费米能级接近或进入导带和价带、适用于费米分布函数的半导体。

　　非简并半导体与之相对应，是杂质浓度比较低，费米能级远离导带和价带，适用于玻尔兹曼分布函数的情况。

　　迁移率指的是载流子在单位场强下的运动速度，表征了载流子在半导体中迁移运动能力的大小。

　　电离杂质散射指的是半导体中电离杂质产生的电场对载流子运动造成的影响。杂质浓度越高，电离杂质散射的作用就越强；温度越高，电离杂质散射的作用越弱。

　　晶格振动散射指的是晶格位置上的原子热震动对载流子运动造成的影响。温度越高，晶格振动越剧烈，散射作用越强。

　　由此可见，总的散射作用应该是电离杂质散射和晶格散射作用的综合效果，主要的影响因素是温度和杂志浓度。

　　平衡态：简而言之，就是半导体处于热平衡的状态。热平衡状态的比较重要的特征之一就是，载流子的浓度保持不变。知道了平衡态的概念，非平衡状态就很好理解了。

　　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。

　　产生：非平衡载流子的产生可以通过外加电场、光照、加热等一系列措施，使半导体处于非平衡状态，从而产生非平衡载流子。

　　复合：非平衡载流子的复合指的是在某种作用下产生的非平衡多子和非平衡少子通过复合，使得半导体回复平衡状态的作用。

　　非平衡载流子的寿命可以类比人的寿命，从降生到这个世界，到逝去的那一段时间是人的寿命；非平衡载流子的寿命就是非平衡载流子从产生到复合的时间。

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

　　半导体的复合根据机理的不同，主要分为：直接复合、间接复合、俄歇复合、表面复合、体内复合等，一般考试只是考察相关的概念，不太会考察相应复合机理寿命公式的推导。

　　载流子由于浓度梯度的原因，导致载流子发生运动的形式，成为扩散运动。此处引入扩散方程：

　　连续性方程是这一部分的重中之重，好多计算题会从这里引申出来，最好掌握推导过程，建议详细看刘恩科老师的书。

　　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，主要在此状态下分析PN结的形成及内部的各种载流子运动、能带状态等，重点理解掌握以下要点：

　　6.2直流偏置状态下的PN结PN结的主要应用场景就是在外加电压下工作，所以必定要引入对直流偏置状态在PN的各种特性的分析，重点理解掌握以下要点，尤其是肖克来方程，不仅考试会考，保研（考研）面试的时候，也有可能会问到相关的内容：

　　6.3 PN结的电容首先需要明白什么是电容效应？突然一问这个，很多人都会一愣，都知道电容是什么，怎么用，但是又该怎么描述呢？

　　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结的电容主要分为势垒电容、扩散电容，理解掌握概念即可。

　　PN结在外加反向电压达到一定程度时，会发生击穿。根据击穿机理的不同，分为雪崩击穿、隧道击穿。值得注意的一点是，雪崩击穿电压具有正温度系数，隧道击穿电压具有负温度系数。

　　当今的集成电路大多应用CMOS作为基本单元，具体原因可以参考集成电路设计课程，所以本章也是非常之重要的。

　　建议着重理解并掌握以下要点，这部分在刘恩科老师的书上讲的非常之详细，本人不再赘述：– 表面态

　　建议重点理解欧姆接触和肖特基接触的联系与区别、二者的能带图的画法以及二者的应用场合。