复习模电第一章--半导体物理

发表于 2020-6-29 18:24

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：

再例如一个金属理论，人家同样能写个300多页的专著：

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。

发表于 2020-6-29 18:34

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：

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。

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。

发表于 2020-6-29 18:54

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: 4)

论文第一段，复述了卢瑟福教授提出的原子模型-----他用太阳系行星，来模拟原子的构成，带正电的原子核相当于太阳，带负电的电子相当于太阳系的其它行星，以近似圆形的轨道绕着太阳转，原子核和电子之间有引力，提供这个必要的力做圆周运动。

然后说了句电中性的要求----正电荷+负电荷=0

然后说原子核虽然尺寸小，但质量大。

发表于 2020-6-29 19:26

本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 19:47 编辑

锗硅原子的波尔模型：

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：

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。

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。

发表于 2020-6-29 19:52

本帖最后由 xukun977 于 2020-6-29 19:57 编辑

然后书中复习了晶体学：

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。

发表于 2020-6-29 20:00

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。

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。

关于这个帖子：

请看图：

发表于 2020-7-1 17:30

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

发表于 2020-12-22 15:59

万事开头难，跟电子技术比较，半导体物理的讲解更不易贴近生活。

复习模电第一章--半导体物理

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