那么电子在吸收了光子后将由价带跃迁到导带，
而在
价带上留下一个空穴，
这种现象称为光吸收。
半导体材料吸收光子能量转换成电能是光电器
件的工作基础。光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：
0
1
x
x
I
I
r
e
式中，
x
I
表示距离表面
x
远处的光强；
0
I
为入射光强；
r
为材料表面的反射率；
为材料
吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。
1
本征吸收
半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，
在价带中留下空穴，
产生等量的电
子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。
要发生本征光吸收必须满足能量守恒定律，也就是被吸收光子的能量要大于禁带宽度
g
E
，即
g
h
E
，从而有：
0
0
1.24
g
g
g
E
h
hc
E
m
eV
E
其中
h
是普朗克常量，
ν
是光的频率．
c
是光速，
ν0
：材料的频率阈值，
λ0
：材料的波长阈
值，下表列出了常见半导体材料的波长阀值。
几种重要半导体材料的波长阈值
电子被光激发到导带而在价带中留下一个空穴，
这种状态是不稳定的，
由此产生的电子、
空穴称为非平衡载流子。
隔了一定时间后，
电子将会从导带跃迁回价带，
同时发射出一个光
子，光子的能量也由上式决定，
这种现象称为光发射。光发射现象有许多的应用，
如半导体
发光管、
半导体激光器都是利用光发射原理制成的，
只不过其中非平衡载流子不是由光激发
产生，
而是由电注入产生的。
发光管、
激光器发射光的波长主要由所用材料的禁带宽度决定，
如半导体红色发光管是由
GaP
晶体制成，而光纤通讯用的长波长（
1.5μm
）激光器则是由
Ga
x
In
1-x
As
或
Ga
x
In
1-x
As
y
P
1-y
合金制成的。
半导体在我们的生活中有着至关重要的地位，我们现在所享受到智能科技带来的生活和便捷都离不开半导体，下面一起了解一下什么是半导体吧。半导体，顾名思义就是导电性介于导体和绝缘体之间的一类物体。通过杂质的掺入而改变材料的导电性能，这便是半导体技术的底层基础。由此延展，这一特性可以用来制作出各类具备不同IV特性（电流电压特性）的晶体管。将成万上亿只晶体管集成在一起，并实现一定的电路功能，便形成了集成电路。粗略地讲，集成电路经过设计、制造、封装、测试后便形成了一颗完整的芯片，它通常是一个可以立即使用的独立整体。
说到半导体，其实它的发现可以追溯到很久以前，早在1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。后来人们又陆续发现了半导体的其他三种特性：光电伏特效应、光电导效应、整流效应。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
半导体的生产制造流程十分复杂，我们都知道半导体的主要成分是硅，而沙子正好就是硅组成的，由沙子到半导体这俩的跨越难度可想而知。简单来讲，半导体的生产制造流程主要分为硅片制造、晶圆制造、IC封测。
其中硅片制造：硅片制造的原料是硅锭，硅锭在要经历许多工艺步骤才能制成合乎要求的硅片，包括研磨、刻印定位槽、切片、磨片、倒角、刻蚀、抛光、清洗、检测和包装；晶圆制造：晶圆指制造半导体晶体管或集成电路的衬底。晶圆制造过程主要包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、化学机械抛光、金属化七个相互独立的工艺流程；晶圆封测：导体封装测试是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。晶圆封测过程主要包括晶圆电测、切割、贴片、引线键合、封装、老化测试。
半导体是科技发展中必不可少的东西，在当下大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
无论是半导体物理考研专业课，还是本科课程学习，搭建框架都挺重要的。不知道哪里是重点？这篇文章介绍《半导体物理学》的框架，有助于初学者了解这个科目的整体结构。
面对比较复杂的科目，初学者可能会遇到这种情况——学了好几章，仍然云里雾里，不知自己在学什么，接下来又要学什么。等到学完，只记得一些零零散散的知识点，无法形成完整体系。这可能是因为忽略了一些内容，那就是这个科目的框架。
接下来以刘恩科《半导体物理学（第七版）》为参考书，讲讲半导体物理学的框架。当然，同样的知识可以有很多种分类方式，我非常鼓励大家按自己的理解去划分，以下内容可供参考借鉴。
这本《半导体物理学》共13章，但大部分本科课程及考研大纲，重点在1~8章（半导体的电效应），剩余章节仅对少量内容作要求。
按大的来分，就是两个部分：1~9章是半导体的电效应（核心）、10~13章是其他效应和拓展。再分细一点，我们可以把整本书分为四个部分：
第一部分：固体物理基础（1,2章）
第二部分：载流子的性质（3,4,5章）
第三部分：器件结构（6,7,8,9章）
第四部分：其他效应及拓展（10,11,12,13章）
——————————
第1章 半导体中的电子状态
第2章 半导体中的杂质和缺陷能级
第一部分，主要解决【半导体是什么】、【半导体中有什么】这两个问题。
首先介绍半导体作为晶体的性质：晶格结构，以及晶体的能带。
然后介绍半导体中有什么：载流子（电子和空穴），以及杂质等缺陷。
电子和空穴这两种载流子，决定了半导体的电、光、热、磁等基本性质。而杂质，则是调控半导体这些性质最重要的手段。
——————————
第3章 半导体中载流子的统计分布
第4章 半导体的导电性
第5章 非平衡载流子
第二部分中，主要解决【如何调控载流子浓度】、【如何调控半导体电学性质】这两个问题。
第3章介绍“温度、杂质浓度和载流子浓度的关系”。温度和杂质浓度对载流子浓度有决定性的影响，控制这两个量，就能控制载流子浓度，调控半导体的各种性质。
第4章介绍“温度、杂质浓度和导电性的关系”。从σ=nqμ知道，半导体导电性主要受载流子浓度、迁移率的影响，其中迁移率主要受散射影响。无论是载流子浓度还是散射，都由温度和杂质浓度控制。因此，确定了温度和杂质浓度，就能调控半导体的导电性。
第5章介绍“载流子的动态变化”。载流子不是静态的，它有产生、复合、扩散、漂移等活动，载流子浓度会因此发生动态变化。我们据此采取措施，可以进一步调控载流子浓度。
——————————
第6章 pn结
第7章 金属和半导体的接触
第8章 半导体表面与MIS结构
第9章 半导体异质结构
第三部分主要解决【半导体有什么用】这个问题。
半导体最重要的性质就是电效应，1~9章都在讲电效应，后面的10~13章，研究方法与电效应是相通的。
半导体电效应的应用，最重要的就是6~9章对应的四种结构——pn结、肖特基结、MIS结构、异质结。重中之重是pn结和MIS结构，它们是信息时代的基石。
基于pn结的双极晶体管，是集成电路的滥觞，它的问世掀起了一场技术革命，让人类社会从工业时代进入了信息时代。
基于MIS结构的场效应晶体管，占今天所用晶体管的绝大部分（具体比例没查到，可能要高于99%）。你现在拿着的手机里，就有几十亿、上百亿个基于MIS结构的场效应晶体管。[1]
——————————
第10章 半导体的光学性质和光电与发光现象
第11章 半导体的热电性质
第12章 半导体磁和压阻效应
第13章 非晶态半导体
第四部分，解决的是【半导体还有什么用】、【介绍特殊的半导体】这两个问题。
光、热、磁效应的研究方法，与电效应是相通的，也是从载流子、能带、温度、杂质这几个方面去研究。看看采取什么措施能调控这些性质，能做出什么有用的器件。
1~12章的内容都是基于半导体晶体，因为我们日常所用的绝大部分半导体，都是晶态半导体。但除此之外，还有一种特殊的半导体——非晶态半导体。
如果要对非晶态半导体进行研究，方法和1~12章是一样的，我们同样按以下顺序，解决非晶态半导体的问题即可：
【半导体是什么】
【半导体中有什么】
【如何调控载流子浓度】
【如何调控半导体电学性质】
【半导体有什么用（电效应）】
【半导体还有什么用（光热磁）】
——————————
怎么样，现在对半导体物理学的框架有概念了吧？在接下来的学习过程中，一步步解决问题，就能学懂半导体物理了。加油！
怎样学好半导体物理？
武忠祥这个是在营销吗？
PS. 写干货好累啊，一不小心就到一两点了。真吃不消。少熬夜。休息一段时间。
参考文献：[1] 麒麟9000集成153亿晶体管
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）