《半导体物理学》期末考试试卷参考答案(A卷)-往届
赣 南 师 范 学 院
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2010–2011学年第一学期期末考试参考答案（A 卷）
开课学院：物电学院 课程名称：半导体物理学 考试形式：闭卷，所需时间：120分钟
注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线；
2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线；
3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。
一、填空题（共30分，每空1分） 1、 电子 空穴 电子 2、 替位式 间隙式 3、 01
()1exp()
F
f E E E k T
=
-+ 在热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布
0()F E E k T
B f E e
--= 前者受泡利不相容原理的限制
4、 电子 空穴 00n p 电子-空穴对 n p = 多数 少数 多数 注入的非平衡多数载
流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多 少数 注入的非平衡少数载流子浓度比
平衡时的少数载流子浓度大得多
5、 电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合 电子和空穴通过禁
带的能级（复合中心）进行复合 发射光子 发射声子 将能量给予其它载流子，增加它们的动能
6、 半导体表面非平衡载流子浓度比内部高
扩散 扩散 漂移 漂移
二、选择题（共10分，每题2分） 1、A 2、B 3、D 4、C 5、B 三、计算题（共60分）
一、1、解：（1）因为n p nq pq σμμ=+，又2
i np n =，所以
22i n p i n nq q n n σμμ=+≥=
根据不等式的性质，当且仅当n nq μ＝2
i p n q n
μ时，上式取等。 解得：1/2
(
)p i n
n n μμ=，即此时电导率σ最小。 相应地，此时21/2
()i n i
p
n p n n
μ
μ==
（
2）对本征Ge ：
13
19
2()
2.510 1.610
(19003800)2.2810(/)
i i n p n q S cm σμμ--=+ =????+ =?
在最小电导率条件下：
min 1319((2(2.510)(1.610)/n p i n q n q n S cm σμμ--2=+ =2 =???? =2.12?10()
（3）当材料的电导率等于本征电导率时，有：
00()n p i n p n q p q n q μ
μμμ+=+
即：2
00
()i n p i n p n n q q n q n μμμμ+=+
整理得:2
2
00()0n i n p i
p n n n n μμμμ-++=
解得:0n
n =
带入数据得：00()2i i n n n n ==舍或
赣南师范学院考试卷（ A 卷 ）
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∴1330 1.2510/2
i
n n cm =
=? 2
13300
510/i n p cm n ==?
显然，此材料是p 型材料。
2、解：空穴扩散电流密度：()p p
d p
J qD dx
扩＝- 由题意，空穴线性分布，且在3μm 内浓度差为1015
cm -3
，则空穴的浓度梯度为：
153184
4
()10 3.310310d p x cm cm dx cm
---=-=-?? 根据爱因斯坦关系式：0p
p D k T
q
μ=
0p p k T D q μ=
∴
002184192()0.026400/()( 3.310)3.410/()
p p p k T d p d p
J q k T q dx dx
eV cm V s cm C s cm μμ-?
?=-??=-???-?=??扩＝-
3、（1）已知 4.05eV χ=
n 型Si 的功函数为：0()s F n c F W E E E E E χχ=-=+=+- 室温下，杂质全部电离，则电子浓度00c F
E E k T
D c n N N e
--==
173
0193
10/ln 0.026ln 0.152.810/D c F C N cm E E k T eV eV N cm -=-=-?=?
∴() 4.050.15 4.20s c F W E E eV eV eV χ=+-=+=
（2）已知 4.18Al W eV =，所以Al s W W <，故二者接触形成反阻挡层。
5.20Au W eV =，则有Au s W W >，故Au 与n-Si 接触形成阻挡层。
4、（1）令D N +和A N -
表示电离施主和电离受主的浓度，则电中性方程为
00A D n N p N -++=+ （I ）
室温下，半导体处于过渡区，杂质已全部电离，153
510A A N N cm --==?，
1631.510D D N N cm +-==?，代入（I ）式整理得：
16300 1.010n p cm --=? （II ）
又2
00i n p n = （III ），1031.510i n cm -=? (IV)，联立（II ）、(III )、(IV)式可解得：
163
043
0 1.0102.210n cm
p cm
--?=???=??? 1100163153
1
103
*(
)()221.5105100.026()2 1.5100.35D D A
F i i i i
i i N N N E E k Tsh E k Tsh n n cm cm E eV sh cm E eV
-------=+=+?-?=+???=+
即此时费米能级在禁带中线上面0.35eV 处。 （2）电导率00n p n q p q σμμ=+ 由于0
0n p ，故可忽略空穴对电流的作用，即此时
01632191.0101000/ 1.6101.6/n
n q cm cm V s C S cm
σμ--==?????= （3）T=600k 时，半导体处于本征激发区，本征激发开始起主要作用。此时，杂质已全部电离，（II ）、(III)式仍然成立。
该温度下 153
610i n cm -=? （V ）
联立（II ）、(III )、(V)式解得：
163
0153
0 1.3102.810n cm
p cm
--?=???=???