填空题：1’x20 多选：1’x15 简答：10’x5 综合：15’x1
1. 加工硬化的原理：
加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增值所引起的，所以能够产生加工硬化的材料必须是位错能够滑移的塑性材料；通过使金属发生塑性变形的方式，可以使其屈服强度增高。这就是所谓的加工硬化。
一般情况下，未经历冷加工的金属材料中的位错密度约为106cm/cm3。相对来说，这样的位错密度还是很小的。经过了冷加工的金属材料中的位错密度可增殖至1012cm/cm3 ，比初始的位错密度大近百万倍。
位错密度越大，位错之间的相互作用也越大，对位错进行滑移的阻力也随之增大。这就是加工硬化的原理。
2. frank-reed位错源：p65
位错增殖示意图
3. 强化的方法：
a) 加工硬化、固溶强、弥散强化、固态相变强化、复合强化。
b) 合金化和冷加工、热处理。
4. 七大实验：拉伸试验、弯曲试验、硬度试验、冲击试验、断裂韧性、蠕变、疲劳
5. 能带理论：p113
1. 半导体的表面能级：在能带结构图中，电子的能级向上为越来越高，空穴的能级向下为越来越高。
如果外来的射线将价带的电子激发到导带，同时在价带留下空穴。这些激发电子就会向半导体内部移动，而空穴则会向半导体表面移动。
晶体表面的能带结构：
2. 半导体与半导体的接触：可以将两个禁带宽度不同的半导体材料组成p-n结，这种由不同材料组成的p-n结又称异质结。
此时，禁带较宽的半导体将吸收波长较短的光线，禁带较窄的半导体则吸收波长较长的光线，可以利用的太阳光波长范围更大，从而增加了太阳能利用效率。由于短波光线的穿透能力差一些，所以此时一般都将禁带宽度较宽的半导体设计在朝向太阳光一侧，这种半导体又称为电池的窗口材料。
p-n结在结合瞬间的能级状态
3. 半导体与金属的接触：
典型的金属与半导体接触有两类：一类是整流接触，即制成肖特基势垒二极管，另一类是非整流接触，即欧姆接触。半导体与金属的接触状态与这两种材料的功函数有关。
6. 能带理论解释实际问题（四大金属的例子）
由于钠只有1个3s电子，所以在3s价带上，只有一半的能级被电子所占据。自然，这些被电子占据的能级应该是能量较低的能级，而3s价带中能量较高的处于上方的能级很少有电子占据。当温度为绝对零度时，只有下面一半的能级被电子占据，上面一半的能级没有电子占据。
能带中有一半的能级被电子占据的能级称为费密能级。而当温度大于绝对零度时，有一些电子获得了能量，跳到价带里的较高能级，而在相对应的较低的能级上失去了电子，产生了相同数量的空穴。
镁原子的核外电子结构为1s22s22p63s2。像镁这样的周期表ⅱa族元素的最外层3s轨道有2个电子，所以按理说它的3s能带就会被电子全部占满。 但是，由于固体镁的3p能带与3s能带有重叠，这种重叠使得电子能够激发到3s和3p的重叠能带里的高能级，所以镁具有导电性。
从钪到镍的过渡族金属中，未被电子充满的3d能带和4s能带发生重叠。这种重叠使得电子能够被激发到高能量的能级。能带之间的复杂的相互作用使得这些金属的导电性不够理想。
但铜是一个例外。铜中的内层3d能带已经被电子充满，这些电子被原子紧紧束缚，不能与4s能带相互作用。由于铜中的3d能带和4s能带之间基本没有相互作用，所以铜的导电性非常好。
银和金的情况与铜类似。
周期表ⅳa族元素，如碳、硅、锗、锡，在最外层p轨道有2个电子，化合价为4。根据前面的讨论，因为这些元素的p能带没有被电子充满，似乎应该具有良好的导电性。但实际情况却不是这样。
这些元素都是以共价键结合的，最外层的s能带电子和p能带电子都被原子紧紧束缚。共价键使能带结构发生比较复杂的变化，即杂化现象。
在金刚石的价带和导带之间有一个较大的禁带eg。很少有电子具有足够的能量，能够从价带跃迁到导带去。所以金刚石的电导率很低。
7. 马申基定理：
马基申(mathhissen)和沃格特(vogt)早期根据对金属固溶体中溶质原子的浓度较小，以致可以略去它们之间的相互影响，把固溶体的电阻看成由金属的基本电阻和残余电阻组成。这实际上表明，在一级近似下不同散射机制对电阻的贡献可以加法求和。这—导电规律称为马基申定则。
8. 半导体中的两种载流子：
自由电子和空穴的产生：在热力学温度零度和没有外界能量激发时，价电子受共价键的束缚，晶体中不存在自由运动的电子，半导体是不能导电的。但是，当半导体的温度升高（例如室温300k）或受到光照等外界因素的影响，某些共价键中的价电子获得了足够的能量，足以挣脱共价键的束缚，跃迁到导带，成为自由电子，同时在共价键中留下相同数量的空穴。
空穴产生后，临近共价键中的价电子很容易填补这个空穴，从而使空穴转移到临近的共价键中去，而后，新的空穴又被其相邻的价电子填补，这一过程持续下去，就相当于空穴在运动。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动与带正电荷的粒子作反方向运动的效果相同，因此我们把空穴视为带正电荷的粒子。即半导体中存在两种载流子：
即带电荷+q的空穴和带电荷–q的自由电子。
自由电子和空穴的运动：在没有外加电场作用时，载流子的运动是无规则的，没有定向运动，所以形不成电流。在外加电场作用下，自由电子将产生逆电场方向的运动，形成电子电流，同时价电子也将逆电场方向依次填补空穴，其导电作用就像空穴沿电场运动一样，形成空穴电流。
虽然在同样的电场作用下，电子和空穴的运动方向相反，但由于电子和空穴所带电荷相反，因而形成的电流是相加的，即顺着电场方向形成电子和空穴两种漂移电流。在外加电压作用下， 电子在导带中移动，空穴则在价带中朝相反方向移动
9. 元素半导体与化合物半导体：
元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。
化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。
二元系化合物半导体有ⅲ-ⅴ族（如砷化镓、磷化镓、磷化铟等）、ⅱ族（如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、ⅳ族（如硫化铅、硒化铅等）、ⅳ族（如碳化硅）化合物。
三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。
有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等，还处于研究阶段。
锗比硅容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制成的。但是，锗的禁带宽度（0.67ev）只有硅的禁带宽度（1.
11ev）的大约一半，所以硅的电阻率比锗大，而且在较宽的禁带中能够更加有效地设置杂质能级，所以后来硅半导体逐渐取代了锗半导体。硅取代锗的另一个主要原因是在硅的表面能够形成一层极薄的sio2绝缘膜，从而能够制备mos型三极管。
在化合物半导体中，载流子的移动速率远远大于硅和锗，所以能够制备更加高速的大规模集成电路。
10. n型半导体与p型半导体：
半导体的杂质效应：理想晶体中电子只能占据在容许能级上，如价带和导带，而在禁带上是不存在任何孤立的能级让电子占据的。由于杂质、热振动、位错、晶界及表面等的存在，使理想晶体严格的周期势场遭到破坏而发生畸变，电子处于这种势场中发生畸变的区域时，其能量和原电子能量有所不同，因此出现了新的能级，这种能级处于禁带之中，形成禁带上孤立的能级。
n 型半导体：如果在硅或锗中添加锑或磷的5价元素，那么锑或磷中的4个价电子参与共价键的结合，富余的那个价电子由于与本身原子的结合较松，很容易激发到导带，因此这种杂质增加了导带中的电子数，从而增加其导电性能。这种提供电子作为载流子的杂质元素称为施主。
掺入了施主杂质的非本征半导体以负电荷（电子）作为载流子，所以称为n（negative，表示负电荷的意思）型半导体。
若从能带结构观点看：掺杂施主杂质后，相应在导带底部附近产生了一个局部能级被多余的电子占据，由于和导带相隔较近，只要有一个很小的能量ed就可以使这个电子进入导带。
随着温度的升高，越来越多的施主电子越过禁带ed进入导带，最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产生的导电性。
p 型半导体：如果在硅或锗中添加的杂质是镓（ga）等3价元素，结果构成了共价键少一个电子，相应在价带顶部附近产生一个未被电子占据的局部能级。显然，价带中电子受热激发易填入这些能级中去，从而增加了价带中的空穴，增大其导电性。
向本征半导体提供空穴作为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为p（positive，表示正电荷的意思）型半导体。
11. 半导体材料的特性参数：
半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。）
禁带宽度：由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。
电阻率、载流子迁移率：反映材料的导电能力。
非平衡载流子寿命：反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。
位错密度：用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。
12. 半导体材料的应用&p-n结：
（半导体材料的导电性对外界条件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用于信息转换。）
半导体热电仪。半导体的导电性与温度有关。利用这一特性可以制成半导体热电仪，用于火灾报警器。
压力传感器。能带结构和禁带结构与材料中的原子之间的距离有关。处于高压下的半导体材料，其原子间距离变小，禁带也随之变小，电导率增大。所以通过测量电导率的变化，就可以测量压力。
p-n结：不同类型半导体间接触（构成pn结）或半导体与金属接触时，因电子（或空穴）浓度差而产生扩散，在接触处形成位垒，因而这类接触具有单向导电性。利用pn结的单向导电性，可以制成具有不同功能的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管等。
13. 余辉时间：
辅助理解：如果荧光材料中含有一些微量杂质，且这些杂质的能级位于禁带内，相当于陷阱能级(ed)，从价带被激发的电子进入导带后，就会掉入这些陷阱能级。因为这些被陷阱能级所捕获的激发电子必须首先脱离陷阱能级进入导带，然后这些电子跃回到价带，才能发出可见光，所以它们被入射光子激发后，需要延迟一段时间才会发光，这样就出现了所谓的余辉现象。
）余辉时间取决于这些陷阱能级与导带之间的能级差，即陷阱能级深度。因为在一定温度下，处于较深的陷阱能级上的电子被热重新激发到导带的几率较小，或者电子进入导带后又落入其他陷阱能级（发生多次捕获），这些情况都使余辉时间变长，也就是使发光的衰减变得很慢。
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