6) 简述固体中电子的有效质量的意义。(??)

有效质量的物理意义：把晶体周期性势场的作用概括到电子的有效质量中去，使得在引入有效质量之后，把晶体中电子准经典运动的加速度与外力联系起来，就可把运动复杂的晶体电子看作为简单的自由电子

引入有效质量的用处：使讨论晶体电子运动时，问题变得很简单，否则几乎不可能。

第六章 基本概念和知识点

1) 从电子热容量子理论简述金属中的电子对固体热容的贡献。

在量子理论中， 大多数电子的能量远远低于费密能量与热激发， 只有在

附近约

，由于受到泡利原理的限制不能参

范围内电子参与热激发， 对金属的热容量有贡献。 计算结

果表明电子的热容量与温度一次方成正比。

为什么温度较高时可以不考虑电子对固体热容量的贡献？

在量子理论中， 大多数电子的能量远远低于费密能量与热激发， 只有在

附近约

，由于受到泡利原理的限制不能参

范围内电子参与热激发， 对金属的热容量有贡献。 在一般

温度下， 晶格振动的热容量要比电子的热容量大得多；在温度较高下，热容量基本是一个常数。 温度较低时必须考虑电子对热容量的贡献？(??)

在低温范围下， 晶格振动的热容量按温度的 3 次方趋于零， 而电子的热容量与温度 1 次方成正比，随温度下降变化比较缓慢，此时电子的热容量可以和晶格振动的热容量相比较，不能忽略。

2) 为什么绝对零度时，金属中的电子仍具有较高能量？(?) ? 温度T?0时：电子的平均能量(平均动能)：EKin?30EF，电子仍具有相当大的平均能量。因为5电子必须满足泡利不相容原理，每个能量状态上只能容许两个自旋相反的电子。因此所有的电子不可能都填充在最低的能量状态。

3) 简述研究金属热容量的意义，并以过渡元素具有较高的热容量为例加以说明。(??)

许多金属的基本性质取决于能量在 附近的电子，电子的热容量

与 成正比，由电子的热容量可以获得费米面附近能态密度的信息。

过渡元素 Mn、 Fe、 Co 和 Ni 具有较高的电子热容量， 反映了它们在费米面附近具有较大的能态密度。

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过渡元素的特征是 d 壳层电子填充不满，从能带理论来分析，有未被电子填充满的 d 能带。由于原子的 d 态是比较靠内的轨道，在形成晶体时相互重叠较小，因而产生较窄的能带，加上的轨道是 5重简并的，所以形成的 5 个能带发生一定的重叠，使得 d 能带具有特别大的能态密度。过渡金属只是部分填充 d 能带，所以费密能级位于 d 能带内。 4) 简述金属接触电势差的形成？

两块不同的金属 A 和 B 相互接触，由于两块金属的费米能级不同，当相互接触时可以发生电子交换，电子从费米能级较高的金属流向费米能级较低的金属，使一块金属的接触面带正电（电子流出的金属）， 使另一块金属的接触面带负电（电子流入的金属），当两块金属达到平衡后，具有相同的费米能级，电子不再流动交换。因此在两块金属中产生了接触电势差。 经典和量子理论得出的功函数的含义分别是什么？(??)

5) 什么是金属的费米面？采用近自由电子近似，在接近布里渊区边界时，费米面如何变化？(?) ? 固体中的电子填充的最高能量称为费米能量。在状态空间形成一个等能面，称为费米面。一般情况下，由于能带的交叠，费米面分布在几个布里渊区，由若干个等能面组成。

自由电子的费米面是球面。在近自由电子近似模型中，费米面在接近布里渊区时向外凸出。

第七章 基本概念和知识点

1) 简述N沟道晶体管的工作原理。(?)

? 栅极电压很小时，源区S和漏区D被P型区隔开，即使在SD之间施加一定的电压，但由于SP和DP区构成两个反向PN结，因此只有微弱的PN反向结电流。

如果栅极电压达到或超过一定的阈值，在P型半导体和氧化物表面处形成反型层——电子的浓度大于体内空穴的浓度，反型层将源区S和漏区D连接起来，此时在SD施加一个电压，则会有明显的电流产生。

通过控制栅极电压的极性和数值，使MOS晶体管处于导通和截止状态，源区S和漏区D之间的电流受到栅极电压的调制——集成电路应用。

2) 什么是本征光吸收跃迁和电子－空穴复合发光？半导体本征边吸收光的波长为多少？(?) ? 本征光吸收：光照可以将价带中的电子激发到导带中，形成电子—空穴对，这一过程称为本征光吸收。电子－空穴对复合发光是本征光吸收的逆过程，即导带底部的电子跃迁到价带顶部的空能级，发出能量约为带隙宽度的光子。

—— 本征光吸收光子的能量满足：???Eg，??2?c?，

2??c??Eg

长波极限：?0?2??c —— 本征吸收边 Eg3) 简述半导体本征激发的特点。(?)

? 在足够高的温度时，由满带到导带的电子激发(本征激发)将是主要的。本征激发的特点是每产生一个电子同时将产生一个空穴: 有：n?p 由np?N?N?e?E??E?kBTEg2kBT —— n?p?N?N?e?，其中Eg?E??E?为带隙宽度。

因为：Eg??Ei，因此本征激发随温度变化更为陡峭。在这个范围里，测量和分析载流子随温度的变化关系，可以确定带隙宽度。

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4) 什么是非平衡载流子？(?)

? 热平衡下，半导体中导带中的电子和价带中的空穴有一定的分布，满足：n0p0?N?N?e—空穴对。 有：??EgkBT

在外界的影响作用下，电子和空穴浓度偏离原来的平衡值，例如光激发诱导本征光吸收，产生电子

??n?n?n0—— 称为非平衡载流子

??p?p?p05) 以在P型材料形成的PN结为例，简述光生伏特效应?

利用扩散掺杂的方法， 在 P 型半导体的表面形成一个薄的 N 型层， 在光的照射下， 在 PN 结及其附近产生大量的电子和空穴对，在 PN 结附近一个扩散长度内，电子－空穴对还没有复合就有可能通过扩散达到 PN 结的强电场区域（PN 结自建电场）， 电子将运动到 N 型区， 空穴将运动到 P 型区，使 N 区带负电、 P 区带正电，在上下电极产生电压 —— 光生伏特效应。

为什么采用异质结可以提高太阳能电池的效率？(??)

光子能量小于宽带隙的 N 型层， 即 hν < (Eg ) N ， 可以透过 N 型层， 在带隙较窄的 P 型层被吸收。

用同质 PN 结制作光电池，入射光的大部分在表面一层被吸收，由于表面缺陷引起的表面复合和高掺杂层中载流子寿命低等因素，使得一些电子－空穴对不能到达强电场以前，就发生了复合，降低了太阳能电池的效率。 利用异质结的窗口效应，可以有效地减小电子－空穴的复合率，提高太阳能电池的光电转换效率。

6) 简述P型和N型半导体载流子的形成。(?)

? 根据掺杂元素对导电的不同影响，杂质态可分为两种类型。

杂质在带隙中提供带有电子的能级，能级略低于导带底的能量，和价带中的电子相比较，很容易激发到导带中，称为电子载流子。主要含有施主杂质的半导体，主要依靠施主热激发到导带的电子导电—— N型半导体。

杂质提供带隙中空的能级，电子由价带激发到受主能级要比激发到导带容易的多。主要含有受主杂质的半导体，因价带中的一些电子被激发到施主能级，而在价带中产生许多空穴，主要依靠这些空穴导电—— P型半导体。

7) 简述半导体中浅能级和深能级掺杂对半导体的导电有何影响？(??) 深能级：

1) 可以成为有效复合中心，大大降低载流子的寿命； 2) 可以成为非辐射复合中心，影响半导体的发光效率； 3) 可以作为补偿杂质，大大提高半导体材料的电阻率。

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8) 以在Ge半导体掺入As为例，简述为什么类氢杂质能级的施主能级位于导带附近？(??)

一个第IV族元素Ge（4 价元素）被一个第V族元素As（5 价元素）所取代的情形， As原子和近邻的Ge原子形成共价键后尚剩余一个电子。因为共价键是一种相当强的化学键，束缚在共价键上的电子能量很低， 从能带的角度来说， 就是处于价带中的电子。 多余一个电子受到As+离子静电吸引， 其束缚作用是相当微弱的，在能带图中，它位于带隙之中， 且非常接近导带底。这个电子只要吸收很小的能量，就可以从带隙跃迁到导带中成为电子载流子。

9) 什么是直接带隙半导体和间接带隙半导体？结合电子跃迁满足的能量和准动量守恒关系予以说明。(??)

10) 根据不同掺杂的锗样品导电率随温度变化的结果和霍耳效应测得电子浓度温度的变化曲线，简述材料中载流子的变化情况。(??)

题目补充：

简述题：1、简述基本术语基元、格点、布拉菲格子。

基元：组成晶体的最小基本单元，整个晶体可以看成是基元的周期性重复排列构成。 格点：将基元抽象成一个代表点，该代表点位于各基元中等价的位置。 布拉菲格子：格点在空间周期性重复排列所构成的阵列。 2、为什么许多金属为密积结构? [解答]

金属结合中, 受到最小能量原理的约束，要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的

低(绝对值尽可能的大)。原子实越紧凑，原子实与共有电子电子云靠得就越紧密，库仑能就越低。所以，许多金属的结构为密积结构。

3、简述爱因斯坦模型，并说明其成功之处、不足之处及原因 [解答]

爱因斯坦模型：假定所有的原子以相同的频率振动

成功之处：通过选取合适的爱因斯坦温度值，在较大温度变化的范围内，理论计算的结果和实验结果相当好地符合。且热容量随着温度降低而趋于零

不足之处：温度非常低时，热容量按温度的指数形式降低，而实验测得结果表明：热容量按温度的3次方降低

原因：是爱因斯坦模型忽略了各格波的频率差别

4、等能面在布里渊区边界上与界面垂直截交的物理意义是什么？

等能面在布里渊区边界上与界面垂直截交, 则在布里渊区边界上恒有=0, 即垂直于界面的速度分量为零. 垂直于界面的速度分量为零, 是晶格对电子产生布拉格反射的结果. 在垂直于界面的方向上, 电子的入射分波与晶格的反射分波干涉形成了驻波.

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5.晶体有哪几种结合类型？简述晶体结合的一般性质。 答：离子晶体，共价晶体，金属晶体，分子晶体及氢键晶体。

晶体中两个粒子之间的相互作用力或相互作用势与两个粒子的距离之间遵从相同的定性规律。 6. 晶体的结合能, 晶体的内能, 原子间的相互作用势能有何区别?

答：自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量，或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量称为晶体的结合能；原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能；在0K时，原子还存在零点振动能，但它与原子间的相互作用势能的绝对值相比小很多，所以，在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能。

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