半導體物理學什麼

Ⅰ 學習半導體物理需要哪些先學的基礎知識

學劉恩科那本書就齊活了。如果你要是深究，量子力學是必須的，不過忽略它吧，否則你一年都花了，半導體物理還沒有開始學。
直接學半導體，用到別的再去查！想要提前打好基礎再開始學，需要很多時間和精力的。

Ⅱ 半導體物理學或通信原理是什麼意思

電子信息類專業名稱，半導體物理學是研究半導體材料構成的晶體管集成電路等微電子的一面物理學學科，通信原理是研究信號與系統的一門理工科信息類的學科。

Ⅲ 學習半導體物理應有哪些基礎知識

需要固體物理的知識：
費米能級(電子的分布) -- 能帶(晶格原子對勢場分布的影響)
最後要弄懂載流子就是空穴和電子

需要統計物理：
玻爾茲曼分布 -- 費米分布
要知道簡並， 非簡並時該用什麼分布

剩下的半導體物理全都是簡單的積分。算來算去無非就是算載流子濃度的變化。延伸一下就是電流密度，電容.....
如果你沒學過固體物理，那麼第一章直接跳過。用弄懂費米能級 -- 能帶 -- 空穴 -- 電子這四個概念。然後從第二章開始學，其實就是統計積分----不過，這樣會很累。

Ⅳ 固體物理與半導體物理學有什麼區別和聯系

固體物理主要介紹凝聚態物理的基本原理及其應用，又稱材料物理（固體物理與材料科學合並）。
半導體物理主要介紹半導體基礎（晶體結構、能帶結構）主體（載流子）及應用（pn結,MIS結構,金屬半導體接觸）。
兩者聯系與區別：
固體物理是基礎，半導體物理很多理論都利用了固體物理的原理。半導體物理可以看出固體物理的一個分支。

Ⅳ 半導體物理學的主要研究內容

研究半導體原子狀態和電子狀態以及各種半導體器件內部電子過程的學科。是固體物理學的一個分支。研究半導體中的原子狀態是以晶體結構學和點陣動力學為基礎，主要研究半導體的晶體結構、晶體生長，以及晶體中的雜質和各種類型的缺陷。研究半導體中的電子狀態是以固體電子論和能帶理論為基礎，主要研究半導體的電子狀態，半導體的光電和熱電效應、半導體的表面結構和性質、半導體與金屬或不同類型半導體接觸時界面的性質和所發生的過程、各種半導體器件的作用機理和製造工藝等。
滿意請採納，祝你學習進步。

Ⅵ 半導體物理學（1）

根據量子統計理論，服從泡利不相容原理的電子遵循費米統計率。對於一個能量為E的一個量子態被一個電子占據的概率為

f(E)稱為電子的費米分布函數。式子中的 稱為費米能級或費米能量，它和溫度、半導體材料的導電類型、雜質含量以及能量零點的選取有關。它可以由半導體中能帶內所有量子態中被電子占據的量子態數應該等於電子總數來決定，即

由統計理論證明，費米能級 是系統的化學勢，即

式子中， 代表系統的化學勢，F是系統的自由能。上式的意義是：當系統處於熱平衡狀態，也不對外作功的情況下，系統增加一個電子所引起系統自由能的變化等於系統的化學勢，處於熱平衡的系統由統一的化學勢，因此費米能級是統一的。

當T>0K時，

上述結果說明，系統溫度一定的情況下，如果量子態的能量比費米能級低，則概率大；反之則小。在溫度為0K時電子全部分布在費米能級以下的量子態；溫度不是很高時大於費米能級的量子態幾乎沒有電子分布。

如果我們讓 ，那麼會有

這時候，令 ，則我們有

這就是玻爾茲曼分布函數，在電子能量遠大於費米能級的時候，費米分布近似為玻爾茲曼分布。對於空穴， 就是空穴的分布函數，類似的有

這里表示的與電子相反，費米能級以上空穴分布多，以下分布少。

在半導體中最常遇到的是費米能級位於禁帶內，故價帶空穴、導帶電子滿足近似條件，可以用玻爾茲曼分布來計算它們的統計分布。

通常把服從玻爾茲曼統計律的電子系統稱為非簡並性系統，服從費米統計律的電子系統稱為簡並性系統。

這里首先利用推導出來的式子：

這里分別表示表示電子和空穴導帶底/價帶頂附近的狀態密度。利用:

以及近似條件可得V內電子濃度 ，空穴濃度 為

這里 ， 分別稱為導帶的有效狀態密度和價帶有效狀態密度。

相乘後得到 的表達式為：

可見，電子和空穴的濃度乘積和費米能級無關，對於一定的半導體材料，乘積只取決於溫度T，與所含雜質無關。且在一定溫度下，達到熱平衡後乘積保持恆定。

本徵半導體無雜質，因此電子和空穴成對出現。根據空穴濃度等於電子濃度有：

其中 為本徵半導體的費米能級。

一般溫度下 不是特別的大，但結合上邊式子，我們可以看出，隨著溫度的升高， 會迅速增大。因此 半導體對溫度的敏感性很高。在實際中，半導體會有一個極限工作溫度，超過這個溫度會使得器件失效。一般雜質濃度高、帶隙大的半導體極限溫度會高。

首先雜質能級與能帶中的能級有區別，施主雜質能級只能是：1、被一個有任意自旋的電子占據；2、不接受電子。施主能級不允許同時被自旋方向相反的兩個電子所佔據，所以不能套用玻色分布來表徵統計分布。可以推導出的式子如下：

是施主雜質的基態簡並度， 是受主能級的基態簡並度，通常稱為簡並因子。

下邊是分析雜質半導體時的一些參量：

分析基礎：

（1）低溫弱電離區：大部分施主雜質仍為電子占據，只有很少的施主雜質發生電離，少數施主雜質進入導帶。但這個時候仍然是施主雜質提供的導帶電子更多，因此本徵激發的那部分可以忽略。有

（2）強電離區（飽和區）：大部分雜質都幾乎電離，即 ，此時， 。所以這時候有：

注意，嚴格來說，室溫下，雜質濃度比本徵載流子濃度大一個數量級以上才能認為保持以雜質電離為主的情況。

（3）過渡區

（4）高溫本徵激發區：此時本徵激發的載流子數遠多於雜質電離產生的載流子數。雜質濃度越高這個溫度也越高。

（1）低溫弱電離區：

（2）強電離區（飽和區）

（3）過渡區

隨著溫度升高，n型半導體的費米能級從靠近施主雜質能級不斷下移到禁帶中線處；p型半導體的費米能級從靠近受主雜質能級不斷上移到禁帶中線處。而載流子則從以受主電離為主轉化到以本徵激發為主要來源。當溫度一定，費米能級的位置有雜質濃度決定。這說明雜質半導體中，費米能級的位置不僅反映了半導體的導電類型，而且反映了半導體的摻雜水平。

Ⅶ 半導體物理怎麼學哪裡是重點

無論是半導體物理考研專業課，還是本科課程學習，搭建框架都挺重要的。不知道哪裡是重點？這篇文章介紹《半導體物理學》的框架，有助於初學者了解這個科目的整體結構。

面對比較復雜的科目，初學者可能會遇到這種情況——學了好幾章，仍然雲里霧里，不知自己在學什麼，接下來又要學什麼。等到學完，只記得一些零零散散的知識點，無法形成完整體系。這可能是因為忽略了一些內容，那就是這個科目的框架。

接下來以劉恩科《半導體物理學（第七版）》為參考書，講講半導體物理學的框架。當然，同樣的知識可以有很多種分類方式，我非常鼓勵大家按自己的理解去劃分，以下內容可供參考借鑒。

這本《半導體物理學》共13章，但大部分本科課程及考研大綱，重點在1~8章（半導體的電效應），剩餘章節僅對少量內容作要求。

按大的來分，就是兩個部分：1~9章是半導體的電效應（核心）、10~13章是其他效應和拓展。再分細一點，我們可以把整本書分為四個部分：

第一部分：固體物理基礎（1,2章）

第二部分：載流子的性質（3,4,5章）

第三部分：器件結構（6,7,8,9章）

第四部分：其他效應及拓展（10,11,12,13章）

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第1章 半導體中的電子狀態 

第2章 半導體中的雜質和缺陷能級

第一部分，主要解決【半導體是什麼】、【半導體中有什麼】這兩個問題。

首先介紹半導體作為晶體的性質：晶格結構，以及晶體的能帶。

然後介紹半導體中有什麼：載流子（電子和空穴），以及雜質等缺陷。

電子和空穴這兩種載流子，決定了半導體的電、光、熱、磁等基本性質。而雜質，則是調控半導體這些性質最重要的手段。

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第3章 半導體中載流子的統計分布 

第4章 半導體的導電性 

第5章 非平衡載流子

第二部分中，主要解決【如何調控載流子濃度】、【如何調控半導體電學性質】這兩個問題。

第3章介紹「溫度、雜質濃度和載流子濃度的關系」。溫度和雜質濃度對載流子濃度有決定性的影響，控制這兩個量，就能控制載流子濃度，調控半導體的各種性質。

第4章介紹「溫度、雜質濃度和導電性的關系」。從σ=nqμ知道，半導體導電性主要受載流子濃度、遷移率的影響，其中遷移率主要受散射影響。無論是載流子濃度還是散射，都由溫度和雜質濃度控制。因此，確定了溫度和雜質濃度，就能調控半導體的導電性。

第5章介紹「載流子的動態變化」。載流子不是靜態的，它有產生、復合、擴散、漂移等活動，載流子濃度會因此發生動態變化。我們據此採取措施，可以進一步調控載流子濃度。

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第6章 pn結

第7章 金屬和半導體的接觸

第8章 半導體表面與MIS結構

第9章 半導體異質結構

第三部分主要解決【半導體有什麼用】這個問題。

半導體最重要的性質就是電效應，1~9章都在講電效應，後面的10~13章，研究方法與電效應是相通的。

半導體電效應的應用，最重要的就是6~9章對應的四種結構——pn結、肖特基結、MIS結構、異質結。重中之重是pn結和MIS結構，它們是信息時代的基石。

基於pn結的雙極晶體管，是集成電路的濫觴，它的問世掀起了一場技術革命，讓人類社會從工業時代進入了信息時代。

基於MIS結構的場效應晶體管，占今天所用晶體管的絕大部分（具體比例沒查到，可能要高於99%）。你現在拿著的手機里，就有幾十億、上百億個基於MIS結構的場效應晶體管。[1]

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第10章 半導體的光學性質和光電與發光現象 

第11章 半導體的熱電性質 

第12章 半導體磁和壓阻效應

第13章 非晶態半導體

第四部分，解決的是【半導體還有什麼用】、【介紹特殊的半導體】這兩個問題。

光、熱、磁效應的研究方法，與電效應是相通的，也是從載流子、能帶、溫度、雜質這幾個方面去研究。看看採取什麼措施能調控這些性質，能做出什麼有用的器件。

1~12章的內容都是基於半導體晶體，因為我們日常所用的絕大部分半導體，都是晶態半導體。但除此之外，還有一種特殊的半導體——非晶態半導體。

如果要對非晶態半導體進行研究，方法和1~12章是一樣的，我們同樣按以下順序，解決非晶態半導體的問題即可：

【半導體是什麼】

【半導體中有什麼】

【如何調控載流子濃度】   

【如何調控半導體電學性質】

【半導體有什麼用（電效應）】

【半導體還有什麼用（光熱磁）】

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怎麼樣，現在對半導體物理學的框架有概念了吧？在接下來的學習過程中，一步步解決問題，就能學懂半導體物理了。加油！

怎樣學好半導體物理？

武忠祥這個是在營銷嗎？

PS. 寫干貨好累啊，一不小心就到一兩點了。真吃不消。少熬夜。休息一段時間。

參考文獻：[1] 麒麟9000集成153億晶體管

Ⅷ 半導體物理學的內容簡介

《半導體物理學(第7版)》較全面地論述了半導體物理的基礎知識。全書共13章，主要內容為：半導體的晶格結構和電子狀態；雜質和缺陷能級；載流子的統計分布；載流子的散射及電導問題；非平衡載流子的產生、復合及其運動規律；pn結；金屬和半導體的接觸；半導體表面及MIS結構；半導體異質結構；半導體的光、熱、磁、壓阻等物理現象和非晶態半導體。
《半導體物理學(第7版)》可作為高等學校電子科學與技術類微電子技術、半導體器件，以及集成電路設計等專業學生的教材，也可供從事相關專業的科技人員參考。

Ⅸ 學好半導體物理要學好那幾門課

我學習的是微電子專業，主要的研究方向就是固體物理。我現在學的專業知識有這么幾門：半導體物理器件、集成電路製造工藝、微電子材料。主要的科目就這三門。你所說的量子力學是在微電子材料中學習到的，既然你問量子力學和他的關系，那麼我就簡潔明了地說好了：研究物體分為宏觀研究和微觀研究。量子力學除了應用到原子、分子、原子核、粒子等微觀體系外，它還被應用到固體領域等復雜體系，用它解釋了鐵磁體、鐵電體等物質的電磁性質，也解釋了為什麼有些材料是絕緣體，有些是導體。 在學習這兩門課程（半導體物理、固體物理）之前，我先學習了：電路基礎、高等數學、化學、物理、模擬電路、數字電路、VisualBasic，這其中最重要的是電路基礎、數字電路、模擬電路三門。其它的稍微學習一下就可以了。另外半導體物理、固體物理於數學和英語不同，不是一環扣一環的，只要掌握了一些基礎知識加上後天的鑽研就一定可以學好的。我現在就是正在學習中，個人感覺你所說的兩門都非常重要，不過想要學習好要有很大的毅力啊！加油，祝你成功！

Ⅹ 求教半導體物理學幾個基本概念

半導體中有兩種載流子：自由電子和空穴。在熱力學溫度零度和沒有外界能量激發時，價電子受共價鍵的束縛，晶體中不存在自由運動的電子，半導體是不能導電的。但是，當半導體的溫度升高（例如室溫300oK）或受到光照等外界因素的影響，某些共價鍵中的價電子獲得了足夠的能量，足以掙脫共價鍵的束縛，躍遷到導帶，成為自由電子，同時在共價鍵中留下相同數量的空穴。空穴是半導體中特有的一種粒子。它帶正電，與電子的電荷量相同。把熱激發產生的這種躍遷過程稱為本徵激發。顯然，本徵激發所產生的自由電子和空穴數目是相同的。 由於空穴的存在，臨近共價鍵中的價電子很容易跳過去填補這個空穴，從而使空穴轉移到臨近的共價鍵中去，而後，新的空穴又被其相鄰的價電子填補，這一過程持續下去，就相當於空穴在運動。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動與帶正電荷的粒子作反方向運動的效果相同，因此我們把空穴視為帶正電荷的粒子。可見，半導體中存在兩種載流子，即帶電荷+q的空穴和帶電荷–q的自由電子。 在沒有外加電場作用時，載流子的運動是無規則的，沒有定向運動，所以形不成電流。在外加電場作用下，自由電子將產生逆電場方向的運動，形成電子電流，同時價電子也將逆電場方向依次填補空穴，其導電作用就像空穴沿電場運動一樣，形成空穴電流。雖然在同樣的電場作用下，電子和空穴的運動方向相反，但由於電子和空穴所帶電荷相反，因而形成的電流是相加的，即順著電場方向形成電子和空穴兩種漂移電流。 在本徵半導體硅（或鍺）中摻入少量的五價元素，如磷、砷或銻等，就可以構成N型半導體。若在鍺晶體中摻入少量的砷原子如圖1所示，摻入的砷原子取代了某些鍺原子的位置。砷原子有五個價電子，其中有四個與相鄰的鍺原子結合成共價鍵，餘下的一個不在共價鍵內，砷原子對它的束縛力較弱，因此只需得到極小的外界能量，這個電子就可以掙脫砷原子的束縛而成為自由電子。這種使雜質的價電子游離成為自由電子的能量稱為電離能。這種電離能遠小於禁帶寬度EGO,所以在室溫下，幾乎所有的雜質都已電離而釋放出自由電子。雜質電離產生的自由電子不是共價鍵中的價電子，因此，與本徵激發不同，它不會產生空穴。失去一個價電子的雜質原子成為一個正離子，這個正離子固定在晶格結構中，不能移動，所以它不參與導電。 由於砷原子很容易貢獻出一個自由電子故稱為「施主雜質」。失去一個價電子而電離的雜質原子，稱為「施主離子」。施主雜質的濃度用ND表示。 砷原子對第5個價電子的束縛力較弱，反應在能帶圖上，就是該電子的能級非常接近導帶底，稱施主能級ED，其能帶圖如圖2所示。在砷原子數量很少時，各施主能級間幾乎沒有什麼影響，施主能級處於同一能量水平。 施主能級ED和導帶底能級EC之差稱為施主電離能級EiD。對鍺中摻有砷的雜質半導體，約為0.0127eV，比鍺的禁帶寬度0.72eV小的多。在常溫下，幾乎所有砷施主能級上的電子都跳到了導帶，成為自由電子，留下的則是不能移動的砷施主離子。因此，N型半導體的自由電子由兩部分構成，一部分由本徵激發產生，另一部分由施主雜質電離產生，只要在鍺中摻入少量的施主雜質，就可以使後者遠遠超過前者。例如每104個鍺原子中摻入一個砷原子，鍺的原子密度是4.4´1022/cm3，在單位體積中就摻入了4.4´1018個砷原子，即施主雜質濃度ND=4.4´1018/cm3。在室溫下，施主雜質電離產生的自由電子濃度n=ND=4.4´1018/cm3。而鍺本徵激發產生的自由電子濃度ni=2.5´1013/cm3,可見由雜質提供的自由電子濃度比本徵激發產生的自由電子濃度大10萬倍。由於自由電子的大量增加，使得電子與空穴復合機率增加，因而空穴濃度急劇減小，在熱平衡狀態下，空穴濃度Pn比本徵激發產生的空穴濃度pi要小的多。因此，N型半導體中，自由電子濃度遠大於空穴濃度，即nn>>pn。因為自由電子佔多數，故稱它為多數載流子，簡稱「多子」；而空穴佔少數，故稱它為少數載流子，簡稱「少子」。 在本徵半導體硅（或鍺）中摻入少量的三價元素，如硼、鋁或銦等，就可以構成P型半導體。若在鍺晶體中摻入少量的硼原子如圖3所示，摻入的硼原子取代了某些鍺原子的位置。硼原子有三個價電子，當它與相鄰的鍺原子組成共價鍵時，缺少一個電子，產生一個空位，相鄰共價鍵內的電子，只需得到極小的外界能量，就可以掙脫共價鍵的束縛而填補到這個空位上去，從而產生一個可導電的空穴。由於三價雜質的原子很容易接受價電子，所以稱它為「受主雜質」。 硼的受主能級EA非常接近價帶頂EV,即受主電離能級EiA=EA-EV之值很小，受主能級幾乎全部被原價帶中的電子占據，受主雜質硼全部電離。受主雜質接受了一個電子後，成為一個帶負電荷的負離子。這個負離子固定在鍺晶格結構中不能移動，所以不參與導電。在常溫下，空穴數大大超過自由電子數，所以這類半導體主要由空穴導電，故稱為P型或空穴型半導體。P型半導體中，空穴為多數載流子，自由電子為少數載流子。 雜質半導體中，施主雜質和受主雜質要麼處於未離化的中性態，要麼電離成為離化態。以施主雜質為例，電子占據施主能級時是中性態，離化後成為正電中心。因為費米分布函數中一個能級可以容納自旋方向相反的兩個電子，而施主雜質能級上要麼被一個任意自旋方向的電子占據(中性態)，要麼沒有被電子占據(離化態)，這種情況下電子占據施主能級的幾率為 如果ED-EF>>k0T，則未電離施主濃度nD≈0，而電離施主濃度nD+≈ND，雜質幾乎全部電離。 如果費米能級EF與施主能級ED重合時，施主雜質有1/3電離，還有2/3沒有電離。 雜質半導體載流子濃度（n型） n型半導體中存在著帶負電的導帶電子(濃度為n0)、帶正電的價帶空穴(濃度為p0)和離化的施主雜質(濃度為nD+)，因此電中性條件為 一般求解此式是有困難的。 實驗表明，當滿足Si中摻雜濃度不太高並且所處的溫度高於100K左右的條件時，那麼雜質一般是全部離化的，這樣電中性條件可以寫成 一般Si平面三極體中摻雜濃度不低於5×1014cm-3，而室溫下Si的本徵載流子濃度ni為1.5×1010cm-3，也就是說在一個相當寬的溫度范圍內，本徵激發產生的ni與全部電離的施主濃度ND相比是可以忽略的。這一溫度范圍約為100～450K，稱為強電離區或飽和區，對應的電子濃度為 一般n型半導體的EF位於Ei之上Ec之下的禁帶中。 EF既與溫度有關，也與雜質濃度ND有關： 一定溫度下摻雜濃度越高，費米能級EF距導帶底Ec越近；如果摻雜一定，溫度越高EF距Ec越遠，也就是越趨向Ei。圖5是不同雜質濃度條件下Si中的EF與溫度關系曲線。 n型半導體中電離施主濃度和總施主雜質濃度兩者之比為 越小，雜質電離越多。所以摻雜濃度ND低、溫度高、雜質電離能ΔED低，雜質離化程度就高，也容易達到強電離，通常以I+=nD+/ND=90%作為強電離標准。經常所說的室溫下雜質全部電離其實忽略了摻雜濃度的限制。 雜質強電離後，如果溫度繼續升高，本徵激發也進一步增強，當ni可以與ND比擬時，本徵載流子濃度就不能忽略了，這樣的溫度區間稱為過渡區。 處在過渡區的半導體如果溫度再升高，本徵激發產生的ni就會遠大於雜質電離所提供的載流子濃度，此時，n0>>ND，p0>>ND，電中性條件是n0=p0，稱雜質半導體進入了高溫本徵激發區。在高溫本徵激發區，因為n0=p0，此時的EF接近Ei。 可見n型半導體的n0和EF是由溫度和摻雜情況決定的。 雜質濃度一定時，如果雜質強電離後繼續升高溫度，施主雜質對載流子的貢獻就基本不變了，但本徵激發產生的ni隨溫度的升高逐漸變得不可忽視，甚至起主導作用，而EF則隨溫度升高逐漸趨近Ei。 半導體器件和集成電路就正常工作在雜質全部離化而本徵激發產生的ni遠小於離化雜質濃度的強電離溫度區間。 在一定溫度條件下，EF位置由雜質濃度ND決定，隨著ND的增加，EF由本徵時的Ei逐漸向導帶底Ec移動。 n型半導體的EF位於Ei之上，EF位置不僅反映了半導體的導電類型，也反映了半導體的摻雜水平。 圖6是施主濃度為5×1014cm-3的n型Si中隨溫度的關系曲線。低溫段(100K以下)由於雜質不完全電離，n0隨著溫度的上升而增加；然後就達到了強電離區間，該區間n0=ND基本維持不變；溫度再升高，進入過渡區，ni不可忽視；如果溫度過高，本徵載流子濃度開始占據主導地位，雜質半導體呈現出本徵半導體的特性。 如果用nn0表示n型半導體中的多數載流子電子濃度，而pn0表示n型半導體中少數載流子空穴濃度，那麼n型半導體中 也就是說在器件正常工作的較寬溫度范圍內，隨溫度變化少子濃度發生顯著變化，因此依靠少子工作的半導體器件的溫度性能就會受到影響。對p型半導體的討論與上述類似。