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复习模电第一章--半导体物理

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 楼主 | 2020-6-29 18:24 | 显示全部楼层 |阅读模式


首先声明:
  学海无涯,学,然后知不足。

这些老话是有道理的,大家会感觉到越学,会发现自动懂的东西越少(这是相对于未知的事物而言的),会发现自己还有很多东西都不懂,即便你已经潜心研究一二十年了。

例如关于气体动理论,大学物理上只说了两章,而老外能写本大几百页厚的专著:


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再例如一个金属理论,人家同样能写个300多页的专著:

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即便学习100年,也学不完浩瀚的知识。


所以,我们这里也只能研究点皮毛了,具体实验大家一起做,或者个人感兴趣自己做。







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 楼主 | 2020-6-29 18:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 18:37 编辑


教材上第一个问题:半导体


半导体器件,也叫【固态】器件,这个所谓的固态,自然是相对气体、液体或真空而言的。

实际上,大家仔细想想,半导体器件,实际上并非固态的!!!
从宏观上,用肉眼观察固体,表明上是密无间隙的,一点点空隙都没用。而站在微观的角度看,实际上都处都是空荡荡的:

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如上图所示,晶体可以抽象成晶格的概念,里面到处都空隙。



然后书上给出了导体、半导体和绝缘体的定义,或者说区分方法,这个是从电阻率的角度看的,而大多数半导体物理都从带隙的角度区分的。

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其中阴影区域表示过渡段,也就是这个定义不是绝对到某个数值,低于某个值属于什么,高于某个值属于,这样严格区分是没有意义的。


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 楼主 | 2020-6-29 18:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 19:09 编辑

重点来了:

本周任务,阅读波尔的大作【论原子和分子的构成】,一共三部分,没必要全都看懂,即便是浏览一遍,也是好的!!!

尤其是群里有几位要读研究生的,铁定要尽早训练阅读英文文献能力,否则到了研二,进入研究室和导师做项目,会严重拖后腿的。



波尔--论原子和分子的构造之一.pdf (1.23 MB, 下载次数: 0)

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 楼主 | 2020-6-29 19:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 19:47 编辑

锗硅原子的波尔模型:


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这个图想说两个意思:一个是我前面讲过的,对于碳硅锗等四族元素,可以统一使用一个相同的模型,即上图右边那个。

另一个意思是想说离散能带的概念。
上图左边那个,电子是分层运动的,每一层对应一个能级:



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电子距离原子核越近,原子核对电子的引力越强,于是电子就需要更大的离化能才能逃脱原子核的束缚。

所以,最外层电子最易于逃脱,也就是说它的逃脱能力强,只需一点能量就够,所以叫价电子!!!!这个价的英文是Valence,这个词来源于拉丁语【强】,就是逃脱能力强的意思。
所以相应地,最外壳层也叫价壳层,或价带。

当电子获取足够的离化能后,从价带逃离到原子空间的外面(即导带中),就变成传导或导电电子,导电就靠它了。



书中然后介绍了原子婚姻问题。

下图中是两个孤立原子,一人只有一个价电子,都是光棍,光棍太多,社会容易不问题,引发犯罪
所以既然两个人都倍感孤独,只要稍微走的近一点,两个人就容易好上的趋势,两个人搭伙过日子,都不孤独。


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由于一家只有一个孩子,结婚后两个年轻人要共同抚养双方父母,所以两个孩子两家跑着过,于是相当于两家都有两个孩子了,有两个电子才能稳定。

上图中的价键,就是这个意思。

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 楼主 | 2020-6-29 19:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 19:57 编辑

然后书中复习了晶体学:


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晶体学内容庞大,首先是抽象的晶格概念,一维晶格只有一种可能,就是一条直线上等间距的点,因为晶格定义成无穷大的数学点阵列,要求没一点的环境都相同。
二维晶格有5种可能,分别是面心长方、六角、斜方、正方等。
三维晶格一共有14种可能,有正交、立方、正方、单斜、三斜等。


研究半导体物理,最重要的是研究面心立方fcc结构。




我们前面讲过了,书上介绍施主和受主,说电子可以在相邻原子间游荡,走个电子,相当于来个空穴,站在严格的量子力学角度看,这是不可能的,根据类氢模型可以计算出这个电子的运动半径,包含原子数太多,这种局域化是不可能或者说没有意义。

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 楼主 | 2020-6-29 20:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 20:24 编辑

很多人学了N多年模电,还不知道晶体管这个词,是什么意思。
书中给予专门解释,这个特别好。



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晶体管和张弛振荡器中张弛,都是通过这个方法生成的专业词语。


上图的意思是:先让开关处于A的位置,于是10V和R1=10生成1A电流,这个1A电流在R1上产生10W的功耗
然后连接开关到位置B,用上面生成的1A电流流过R2,R2=1000,于是1A电流在R2上的功耗是1000W.
两个功耗之比为100,于是就说能放大功率,所以说是有源电路。
而这个转换功能,是用晶体管完成的。


由于大多数人都比较讨厌、甚至是痛恨半导体物理理论,所以后面这一大部分没法说了。


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关于这个帖子:

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请看图:

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| 2020-7-1 17:30 | 显示全部楼层
群号能发一下吗,谢谢,这本书淘宝买了,不过店家给发的是影印的

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