半导体中的电子状态

半导体物理（刘恩科）第一章：半导体中的电子状态考点知识梳理。

第一章 半导体中的电子状态

• 名词解释题
  • 单电子近似
    • 假设每个原子是在周期性排列且固定不变的原子核势场中及其他电子的平均势场中运动。（该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。）
  • 能带论
    • 利用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论
  • 三种晶体结构
    • 金刚石结构
      • 其晶胞由相同原子组成的两个面心立方晶胞，沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
    • 闪锌矿结构
      • 其晶胞由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
    • 纤锌矿结构
      • 其晶胞由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成
  • 共价键
    • 依靠共有自旋相反的配对的价电子所形成的结合力
  • 电子的共有化运动
    • 当原子形成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限于某一个原子上，可以在原子间转移，从而电子可以在整个晶体中运动。
  • 准自由电子
    • 外壳层电子因为处于高能级（特别是价电子），共有化运动显著，如同自由运动的电子一般。
  • 准连续
    • 实际晶体拥有无数多个能级，且能级相距很近，故每个能带中的能级基本上可视为是连续的。
  • 允带
    • 原子能级分裂的每一个能带都称为允带
  • 禁带
    • 允带之间因没有能级而称为禁带
  • 本征激发
    • 一定温度下，价带电子获得一定能量被激发到导带成为导带电子的过程
  • 本征半导体
    • 1.纯净，不含杂质； 2.具有理想的晶体结构，无缺陷
  • 空穴
    • 把价带中空着的量子状态看作是带正电的粒子
• 简答题
  • 孤立原子中的电子 自由电子 晶体中的电子
    • 区别
      • 孤立原子中的电子是在该原子的核及其他电子势场中运动
      • 自由电子在一恒定为零的势场中运动
      • 晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动的
  • 从能带角度角度解释金属、半导体、绝缘体的导电差异
    • 固体能导电是固体中的电子在外电场作用下做定向运动的结果。 对于满带来说，其中的能级被电子占满，在外电场作用下不形成电流，故满带电子不参与导电； 对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可从外电场吸收能量从而跃迁到未被电子占据的能级，形成电流，参与导电。 一、金 属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的导体； 二、半导体：在T＞0K时或有外界激励时，半导体的满带中的少量电子获得能量跃迁到空带中去，①原先的满带成为半满带，②原先的空带也成为半满带，①、②两部分都参与导电，故半导体具有一定的导电性； 三、绝缘体：绝缘体禁带宽度很大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下，能激发到导带的电子很少，所以导电性很差。
  • 有效质量的意义 （也可能出名词解释题）
    • 概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
  • 空穴的意义
    • 1.把价带中大量电子对电流的贡献作用用少量的空穴表达出来； 2.因为半导体拥有两种载流子，它们的相互作用丰富了半导体的应用。
  • 本征半导体的导电机构
    • 导带中出现多少电子，价带中就相应地出现多少空穴，导带电子参与导电，价带空穴也参与导电。
• 推导题
  • 有效质量的推导
  • 半导体中电子的
    • 平均速度
      • 波包中心的运动速度
      • 电子速度与能量的关系
      • 能带极值附近电子的速度
    • 加速度
  • 回旋共振公式的推导
• 知识库
  • Si、Ge、GaAs三巨头
    • 禁带宽度
      • Si ：1.17 eV Ge ：0.7437eV GaAs：1.424eV
    • 能带结构
      • 直接带隙
        • GaAs
      • 间接带隙
        • Si、Ge
    • Si的导带结构（几个吸收峰）
  • 能量、速度和有效质量与波矢的关系（P14 图1-14）
  • 绝缘体、半导体和导体的能带图