半导体物理和半导体器件学习总结1
作者：互联网
最近看了一遍半导体物理和半导体器件物理，准备总结一下。
涉及的内容和概念非常多，需要写好多篇，并配合图片和思维导图。同时复习以前做过的习题、ppt、整理出的考研题等等。
但其实想要系统的理解其原理，还需要一些量子、电磁场、热力学、固体物理的知识，才能完整的掌握。当然这些课我学的也不好，准备复习一下。所以这里超纲或者不解的部分，我会做出记号，等明白之后再来解答。
- 半导体物理基础和能带理论
- 载流子统计分布
- PN结原理
- 金半接触和MIS结构
- PN结原理
- 双极型晶体管
- MOS原理
以上即为整理的目录，本次先从第一章，半导体物理基础和能带理论开始。
一、半导体物理基础和能带理论
1、能带论①：用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论称为能带论
单电子近似法只知道密度泛函理论，虽然具体的推导也不太会，但大概意思了解一点。这部分可能还要看看固体物理课本。
2、金刚石型结构：sp3杂化轨道
这部分确实不太懂，好像是量子力学里面的内容，还要再复习一下②
3、分子结构：
四族主要是金刚石型结构
三五族主要是闪锌矿型结构
晶向、晶面之类的概念就不看了，具体研究遇到再说。
4、原子的能级和晶体的能带
能级分立的原子形成晶体后，各个原子的电子壳层会有一定的交叠，外层交叠多，内层少，所以会产生电子共有化运动，越外层越显著。同时能级分裂形成能带。
形成晶体的原子数N很大时，会形成明显的能带，叫做允带，允带之间是禁带。
但能带不一定与能级一一对应，例如硅、锗，它们都有四个价电子，两个s电子、两个p电子，组成晶体后，由于轨道杂化，形成上下两个能带，分别可以容纳4N个电子，于是形成满的价带和空的导带。
这部分还是不是很明白，可能还需要复习量子和近代物理才行。③
5、布里渊区与能带
单电子近似的概念：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场，以及大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，周期与晶格周期相同。
对于自由电子，没有外加势场。我们有p=mv，E=p²/2m，德布罗意指出，可以用平面波表示，并利用波矢和频率表示能量和动量。
对于波矢为k的运动状态，能量E，动量P，速度v可以唯一确定，因此波矢k可以用来表示电子的运动状态。自由电子的波矢k是连续谱。
但在晶体中，我们有一个外加势场，且满足周期性条件。结合布洛赫定理，可以得到解的形式，即晶体中的电子是以一个被调幅的平面波的形式在晶体中传播。反映了了电子在整个晶体中的运动规律。
得到的E-k关系是周期性的，不同的曲线代表不同能级的电子。但这里个人还是不太理解，周期性是空间上的周期性，而k是波长的倒数，k空间的直观意义还不是很明白，等看看固体物理试试。
以及倒格子、第一布里渊区之类的概念，同样不太理解。。。④
6、绝缘体、导体和半导体
区别在于导带有无电子，以及禁带宽度的大小。半导体的电子和空穴都参与导电，金属只有电子导电，这是最大的区别。
比较容易理解。
7、有效质量
因为半导体中起作用的常常是接近导带底和价带顶的电子，因此只需要知道此处的E-k关系即可。反过来，只要知道有效质量，带顶的E-k关系也就确定了。
有效质量的意义：有效质量包含了内部势场的作用，把加速度和外力直接联系起来。且有效质量可以直接由实验测定，因此可以很方便的研究电子的运动规律。
在导带底，电子有效质量的正值，价带顶是负值。
准动量的概念：hk为自由电子的动量，但在半导体中，hk不代表电子的动量，而代表准动量。至于具体的意义，我也不太明白。
8、空穴导电
满带电子不导电这部分我也不太明白，满带是指占据能级，而不是占据空间中的空位，电子为什么不能流动？
书上的空穴导电原理我也不太明白：为什么外力会使k值发生变化，而不是位置发生变化？电路不应该是电子的位置发生变化吗？
这部分可能要细看固体物理，充分理解k空间的意义后才能搞清楚。⑤
9、回旋共振
原理同样涉及到k空间和等能面，还是无法完全理解。⑥
10、杂质和缺陷能级
施主杂质和受主杂质的概念
施主能级和受主能级的概念，可以在能带图中用短线表示。
11、半导体的其他知识
Ge Si是第一代半导体
GaAs是第二代
SiC、GaN 宽禁带半导体，是第三代
半导体的导电性与温度相关性很强、与掺杂浓度相关性很强，与光照关系也很大。
晶体分为单晶和多晶 以及相对的非晶体
12、原子的电离能和电负性;
电离能：使原子失去一个价电子所需的能量，即夺取其电子的能量
亲和能：一个中性原子的最外层得到一个电子，形成一个负离子，所放出的能量
负电性：原子的负电性的定义综合了电离能和亲和能，定义为 负电性=0.18（电离能＋亲和能），加系数为的是使Li的负电性为1，用来参考。
负电性越大，代表电离能和亲和能越大，
电离能越大，表示电子越难摆脱原子的束缚
亲和能越大，代表原子具有较大能量来获得电子
负电性表示了两个原子键合时，最外层电子得失的难易程度，即原子束缚电子的能力。负电性大的难损失易获得，负电性小的易损失难获得。
电子一般会向负电性大的原子转移，在元素周期表上，同一周期越向右，电负性越大；同一族，越往下电负性越小。
负电性也可以成为非金属性，因为金属易失电子。
负电性差别大的元素化合物晶体 或者 负电性强的元素晶体，一般是绝缘体
负电性差别小的化合物晶体 或者 负电性弱的元素晶体，一般是导体或半导体
13、离子键、共价键、金属键
概念略了
标签：总结,半导体器件,晶体,负电,电子,原子,能带,半导体 来源： https://www.cnblogs.com/Raven-claw/p/13326880.html