固体物理基础

固体物理是各种芯片、传感器的基础。本导图简单梳理了大学物理关于固体物理的相关内容。

固体物理

• 固体
  • 非晶体
    • 各向同性
    • 没有固定的熔点
  • 晶体
    • 外观是规则的几何形状
    • 微观是周期性重复排列
      • 晶格
      • 周期性势场和电子共有化
      • 能级分裂
        • 能带
• 能带
  • 概念
    • 导带
      • 未被电子填满的能带
    • 价带
      • 价电子产生的能带
        • 能量最小原理
        • 泡利不相容原理
    • 禁带
      • 电子没有稳定能态的能带
    • 空带
      • 没有电子填入
    • 满带
      • 各能级被电子填满
  • 导体
    • 1||| 价带中只填入部分电子
    • 2||| 价带填满，但是与临近空带重叠
    • 3||| 价带既未填满，又与临近重叠
  • 绝缘体
    • 最上面价带被电子填满，且与临近空带之间的禁带宽度为几个电子伏特
      • 如果外电场很强，价电子越过禁带到达空带，绝缘体变成导体
• 半导体
  • 特征
    • 价带填满，与相邻空带间的禁带宽度很小，电子较容易激发到空带
  • 分类
    • 本征半导体
      • 没有掺杂和缺陷的理想半导体
      • 载流子数目相等
        • 电子和空穴
      • 四价元素
        • 硅和锗
    • 杂志半导体
      • n型半导体
        • 载流子为电子
        • 掺杂5价元素
      • p型半导体
        • 载流子为空穴
        • 掺杂3价元素
  • 发展
    • 第一代
      • 硅、锗
        • 大尺寸晶圆、小芯片制程
        • 大规模集成电路
    • 第二代
      • 砷化镓、磷化铟
        • 提升通信速度和存储密度
        • 光通信、光显示和光存储
    • 第三代
      • 氮化镓、碳化硅
        • 高击穿场强、高功率、高频率
        • 高频率和高功率电子器件
• PN结
  • 二极管
    • 正向
      • n到p
    • 电流特性
      • 正向导通，反向截止
        • 整流
  • 三极管
    • 结构
      • 发射区
        • 杂质浓度较大
      • 基区
        • 很薄，杂质浓度最小
      • 集电区
        • 和发电区同类型半导体，但掺杂浓度较小
    • 作用
      • 电流放大
        • 放大系数
          • 集电极电流变化/基极电流变化
      • 开关作用
        • 饱和状态
          • 基极电流过大
        • 截止状态
          • 发射结反向电压
    • 分类
      • PNP
      • NPN