半导体物理思考题
1、为什么内壳层电子能带窄,外层电子能带宽
答:内层电子处于低能态,外层电子处于高能态,所以外层电子的共有化运动能力强,因此能带宽。
2、为什么点阵间隔越小,能带越宽
点阵间隔越小,电子共有化运动能力越强,能带也就越宽。
3、简述半导体的导电机构
导带中的电子和价带中的空穴都参与导电。
4、什么是本征半导体、n型半导体、p型半导体
答:纯净晶体结构的半导体称为本征半导体;自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体称为n型半导体;空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体称为p型半导体。
5、什么是空穴电子和空穴的异同之处是什么
(1)在电子脱离价键的束缚而成为自由电子后,价键中所留下的空位叫空穴。(2)相同点:在真实空间的位置不确定;运动速度一样;数量一致。不同点:有效质量互为相反数;能量符号相反;电子带负电,空穴带正电。
6、为什么发光器件多半采用直接带隙半导体来制作
答:直接带隙半导体中载流子的寿命很短,同时,电子和空穴只要一相遇就会发生复合,这种直接复合可以把能量几乎全部以光的形式放出,因此发光效率高。
7、半导体的五大基本特性
(1)负电阻温度效应:温度升高,电阻减小。(2)光电导效应:由辐射引起的被照射材料的电导率改变的现象。(3)整流效应:加正向电压时,导通;加反向电压时,不导通。(4)光生伏特效应:半导体和金属接触时,在光照射下产生电动势。(5)霍尔效应:通有电流的导体在磁场中受力的作用,在垂直于电流和磁场的方向产生电动势的现象。
1、简述实际半导体中杂质与缺陷来源。
①原材料纯度不够;②制造过程中引入;③人为控制掺杂。
2、什么是点缺陷、线缺陷、面缺陷
(1)点缺陷:三维尺寸都很小,不超过几个原子直径的缺陷;(2)线缺陷:三维空间中在二维方向上尺寸较小,在另一维方向上尺寸较大的缺陷;(3)面缺陷:二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。
3、点缺陷类型有哪些答:①空位;②基质原子的填隙;
③杂质原子的填隙与替位。
4、简述肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的异同之处。
答:(1)共同点:都是热缺陷(2)不同点:弗伦克尔缺陷是空位和间隙质点成对缺陷,晶体体积不发生改变;肖特基缺陷:正离子和负离子空位是成比例出现,伴随体积的增加。
5、元素半导体掺杂工艺有哪些
答:①外延;②离子注入;③热扩散。
6、什么是施主杂质什么是受主杂质以Si为例说明。
Ⅴ族元素在硅中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心,称此类杂质为施主杂质;Ⅲ族元素在硅中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心,称此类杂质为受主杂质。
7、本征激发什么是本征半导体本征半导体的特征
1)电子从价带直接向导带激发,成为导带电子的过程就是本征激发。(2)纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。(3)电子浓度等于空穴浓度,载流子少,导电性差,温度稳定性差。
8、在半导体中掺入杂质的作用是什么
答:半导体中掺入微量杂质时,杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态,在禁带中产生杂质能级,从而改变半导体的导电性和决定半导体的导电类型。
9、浅能级杂质和深能级杂质对半导体性质的影响是什么
1.浅能级:改变半导体的导电性和决定半导体的导电类型。
2.深能级:(1)不容易电离,对载流子浓度影响不大;
(2)一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级,也产生受主能级;
(3)能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低。
10、为什么在半导体掺杂中,杂质会产生多个能级
因为杂质能级与杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大小、杂质在半导体晶格中的位置等因素有关,各种因素的不同影响使得杂质产生多个能级。
11、阐述深能级杂质的特点。
(1)不容易电离,对载流子浓度影响不大;(2)一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级,也产生受主能级;(3)能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低。
12、元素半导体中的缺陷、原子空位起什么作用间隙起什么作用 1)缺陷、原子空位起受主作用2)间隙起施主作用。
13、什么是杂质半导体掺入杂质的本征半导体
1、热平衡时载流子浓度由哪些因素决定
①能量状态密度;②电子分布函数
2、什么是能量状态密度
能带中能量E附近单位能量间隔内的量子态数。
3、解释费米能级及其物理意义。
(1)费米能级是半导体中大量电子构成的热力学系统的化学势。(2)费米能级的意义:在各种温度下,在该能级上的一个状态被电子占据的几率正好是1/2。代表了电子的填充能级高低。
4、阐述影响本征半导体载流子浓度的主要因素。
答:①能带结构:在一定温度下,禁带宽度越窄的半导体,本征载流子浓度越大;②温度:对于给定的半导体材料,其本征载流子浓度随温度升高而迅速增加。
5、为什么器件正常工作大多在饱和电离区
答:温度太低或太高,器件都无法正常工作。而在饱和电离区,半导体的载流子浓度基本与温度无关,此时可以正常工作。
6、为什么能带能级可以允许两个电子占据而杂质能级最多容纳一个电子
当一个电子被杂质或缺陷的缺陷中心的束缚态俘获后,该束缚态或陷阱能级就消失了。也就是说,对于第二个电子看来这些能级是不存在的,所以第二个电子不可能被俘获。
1、一般半导体电导率的表达形式
σ=σn+σp=nqμn+ pqμp
2、半导体中空穴迁移率一般比电子迁移率低
首先迁移率指的是单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度。因为空穴运动比电子困难,所以空穴的平均漂移速度小于电子。
3、半导体中载流子的散射机构
答:①电离杂质散射;②晶格散射;③其他散射。
4、简述电离杂质散射的散射几率与温度、杂质浓度的关系。
Pi∝NiT-3/2。杂质浓度Ni越大,载流子遭受散射的机会越多,即散射几率大。温度越高,载流子热运动的平均速度越大,可以较快地掠过杂质离子,偏转就小,所以散射几率小。
5、简述半导体的迁移率与杂质浓度、温度的关系。
(1)杂质浓度Ni的影响:①杂质浓度低,少子与多子迁移率相同;②杂质浓度变大,迁移率降低;③杂质浓度高,少子迁移率大于多子迁移率,随浓度增大差别加大。
(2)①高温时,主要是晶格散射,温度升高,迁移率减小;②低温时,主要是电离杂质散射,温度升高,迁移率增大。
6、简述含有一定杂质浓度的半导体中电阻率与温度的关系
(1)温度很低时,电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱,可以忽略;载流子主要来源于杂质电离,随着温度升高,载流子浓度逐步增加,相应地电离杂质散射也随之增加,从而使得迁移率随温度升高而增大,导致电阻率随温度升高而降低。(2)温度进一步增加,电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内,杂质已经全部电离,同时本征激发尚不明显,故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射,迁移率随温度升高而降低,导致电阻
率随温度升高而升高。(3)温度再进一步增加,电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多,虽然迁移率随温度升高而降低,但是本征载流子增加很快,其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响,导致电阻率随温度升高而降低。当然,温度超过器件的最高工作温度时,器件已经不能正常工作了。
7、什么是迁移率影响迁移率的主要因素有哪些
(1)迁移率是指单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度;
(2)主要受材料内部的散射因素影响,还与单位载流子的电荷量、载流子的平均自由时间和载流子有效质量有关。
2、如何设计一个电路研究光照对半导体中非子浓度的影响
答:tu
3、简述准费米能级的概念。
统一的费米能级是热平衡状态的标志。当外界的影响破坏了热平衡,使半导体处于非平衡状态时,就不再存在统一的费米能级。但是可以认为,分别就导带和价带中的电子讲,他们各自基本上处于平衡状态,导带与价带之间处于不平衡状态。因为费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍是适用的,可以引入导带费米能级和价带费米能级,它们都是局部的费米能级,称为“准费米能级”。
4、简述能级杂质在半导体复合中所起的作用。
1)浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用;
2)深能级杂质在半导体中起复合中心或缺陷的作用。
5、影响表面复合的因素有哪些
表面粗糙度;表面积与总体积的比例;表面清洁度、化学氛围。
6、什么是陷阱效应
陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et中,使在Et上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较大的变化,从而引起△n=△p。
7、计算题:对于n型硅,ND=1016/cm3,光注入非子△n=△p=1014/cm3,计算有无光照时得电导率,其中:μn=1200cm2/V?S,μp=400cm2/V?S。
解:无光照时:σ0=nqμn=NDqμn=1016××10-19×1200≈(S/cm)
有光照时:△n=△p=1014cm-3< =[(1016+1014)×1200+1014×400]××10-19=(S/cm) 第四章习题及答案 1. 300K时,Ge的本征电阻率为47Ωcm,如电子和空穴迁移率分别为 3900cm2/( V.S)和1900cm2/( V.S)。试求Ge 的载流子浓度。解:在本征情况下,n=p=ni,由ρ=1/σ= 47?1.602?10 -19 1nqu n +pqu = p 1niq(un+up)cm -3 知 ni= ρq(un+up) = ?(3900+1900) =2.29?10 13 2. 试计算本征Si在室温时的电导率,设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/( V.S)和500cm2/( V.S)。当掺入百万分之一的As后,设杂质全部电离,试计算其电导率。比本征Si的电导率增大了多少倍? 解:300K时,un=1350cm2/(V?S),up=500cm2/(V?S),查表3-2或图3-7可知,室温下Si的本征载流子浓度约为ni=1.0?1010cm-3。本征情况下, σ=nqun+pqu p =niq(un+up)=1?10 10 ?1.602?10 18 -19 ?(1350+500)=3.0?10 12 -6 S/cm 金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为8?+6?的晶格常数为0.543102nm,则其原子密度为 +4=8个,查看附录B知Si。 8 (0.543102?10 11000000 -7 ) 3 =5?10 22 cm -3 掺入百万分之一的As,杂质的浓度为ND=5?1022? =5?10 16 cm -3 ,杂质全 2 ND>>ni,部电离后,这种情况下,查图4-14(a)可知其多子的迁移率为800 cm/( V.S) σ≈NDqun=5?10 ''16 ?1.602?10 -19 ?800=6.4S/cm 比本征情况下增大了 σσ ' = 6.43?10 -6 =2.1?10倍 1。晶体结构中,常见的考题是正格子和倒格子之间的相互关系, 布里渊区的特点及边界方程,原胞和晶胞的区别,晶面指数和晶向指数,面间距的计算,比如面心立方的倒格子是体心立方,算 晶体结构中a/c,求米勒指数,以及表面驰豫和重构等等, 拔高一点的话,可以考二维或三维的对称性操作,叫你写出点群, 空间群甚至磁群。也可以考原子形状因子和几何结构因子。 要特别注意x射线衍射得到的是倒空间中的照片。 再拔高一点,可以考你准长程序的作用范围。让你求 径向分布函数,回答测量非晶的实验方法,以及准晶 和非晶的问题(penrose堆砌等,一般是定性的问答题) 2。固体的结合是主要做化学键和弱的非键电磁相互作用 (注意不是弱相互作用!!)的计算,注意马德隆能的计算 和晶体结构中计算次序的画法,然后要牢记born-mayer势 和lenard-johns势等。并用它来计算一些物理量如分子间的 平衡位置,分子间力和弹性模量甚至摩擦力等,并不容易。 3。晶格动力学和晶格热力学是晶格理论的核心和灵魂。 求解一维单原子链最简单。一般考试时会让我们算质量不一样, 或弹性系数不一样,或两者都不一样的一维双原子链,还会要 我们回答声学波和光学波的特点,并让我们做色散关系的图的。 拔高一点的话,可以出带电荷的一维双原子链,以及二三维 和多原子链的情形,不过考的可能性不是太大,如果两节课 算不完的话。 双原子链可以退化为单原子链,这个很基本,几乎必考。 晶格振动谱有一本专著,就叫《晶格振动光谱学》,高教出的。 声子的正过程和倒逆过程是德文,这个记不住就对不住观众了, 一般会问他们之间的差别,那个过程对热导没有贡献。 计算晶体热容时,重点掌握debye模型和einstein模型,后者 最基本,前者考试考得最多。用德拜模型算态密度,零点能, 比热,声速以及其高低温极限是必考内容,注意死背debye积分 (由Reman积分和Zeta积分构成),一定要记得结果。 热膨胀是非线性作用的后果,会计算格林爱森常数。 4。晶体中的缺陷理论也很重要。 缺陷的分类,0,1,2维缺陷的实例; 小角晶界与刃位错,晶体生长与螺位错 之间的关系需要熟练掌握。可能还要掌握 伯格斯矢量,伯格斯定理和位错, 位错线的画法。这都是很基本的内容。 一般认为,扩散的主导因素是填隙原子。 扩散的分类和扩散方程的求解,可能会结合 点缺陷的寿命来出题。 有时也可能考考色心,主要是F心,画图或问答题。 以上讲的是晶格理论。一般认为 固体物理可以分为晶格理论(含理想晶格理论, 晶格结构,晶格动力学,晶格热力学以及 一、选择 1.与半导体相比较,绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量(比半导体的大); 2.室温下,半导体Si 掺硼的浓度为1014cm -3,同时掺有浓度为×1015cm -3的磷,则电子浓度约 为(1015cm -3 ),空穴浓度为(×105cm -3),费米能级为(高于E i );将该半导体由室温度升至 570K ,则多子浓度约为(2×1017cm -3),少子浓度为(2×1017cm -3),费米能级为(等于E i )。 3.施主杂质电离后向半导体提供(电子),受主杂质电离后向半导体提供(空穴),本征激发 后向半导体提供(空穴、电子); 4.对于一定的n 型半导体材料,温度一定时,减少掺杂浓度,将导致(E F )靠近E i ; 5.表面态中性能级位于费米能级以上时,该表面态为(施主态); 6.当施主能级E D 与费米能级E F 相等时,电离施主的浓度为施主浓度的(1/3)倍; 重空穴是指(价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴) 7.硅的晶格结构和能带结构分别是(金刚石型和间接禁带型) 8.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体(各元胞对应点出现的几率相同)。 9.本征半导体是指(不含杂质与缺陷)的半导体。 10.简并半导体是指((E C -E F )或(E F -E V )≤0)的半导体 11.3个硅样品的掺杂情况如下: 甲.含镓1×1017cm -3;乙.含硼和磷各1×1017cm -3;丙.含铝1×1015cm -3 这三种样品在室温下的费米能级由低到高(以E V 为基准)的顺序是(甲丙乙) 12.以长声学波为主要散射机构时,电子的迁移率μn 与温度的(B 3/2次方成反比) 13.公式* /q m μτ=中的τ是载流子的(平均自由时间)。 14.欧姆接触是指(阻值较小并且有对称而线性的伏-安特性)的金属-半导体接触。 15.在MIS 结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压,在栅极电压由负值增加到足够大的 正值的的过程中,如半导体为P 型,则在半导体的接触面上依次出现的状态为(多数载流子 堆积状态,多数载流子耗尽状态,少数载流子反型状态)。 16.在硅和锗的能带结构中,在布里渊中心存在两个极大值重合的价带,外面的能带(曲率 小),对应的有效质量(大),称该能带中的空穴为(重空穴E )。 17.如果杂质既有施主的作用又有受主的作用,则这种杂质称为(两性杂质)。 18.在通常情况下,GaN 呈(纤锌矿型 )型结构,具有(六方对称性),它是(直接带隙) 半导体材料。 19.同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体,如果甲的相对介电常数εr 是乙的3/4, m n */m 0 值是乙的2倍,那么用类氢模型计算结果是(甲的施主杂质电离能是乙的32/9,的弱束缚 电子基态轨道半径为乙的3/8 )。 20.一块半导体寿命τ=15μs ,光照在材料中会产生非平衡载流子,光照突然停止30μs 后, 其中非平衡载流子将衰减到原来的(1/e 2)。 21.对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体,在温度足够高、 n i >> /N D -N A / 时,半导体具有 (本征) 半导体的导电特性。 22.在纯的半导体硅中掺入硼,在一定的温度下,当掺入的浓度增加时,费米能级向(Ev ) 移动;当掺杂浓度一定时,温度从室温逐步增加,费米能级向( Ei )移动。 23.把磷化镓在氮气氛中退火,会有氮取代部分的磷,这会在磷化镓中出现(产生等电子陷 阱)。 24.对于大注入下的直接复合,非平衡载流子的寿命不再是个常数,它与(非平衡载流子浓 度成反比)。 25.杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中,当温度升高时,电离杂质散射的概率和 第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。答:原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在,没有一个固定的轨道;而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子,在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似。2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。 答:引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此,为什么? 答:不是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就是越窄;而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄,掺杂浓度低,禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响,有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此,为什么? 答:有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1(k)随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大,内层电子的能带窄,有效质量大;外层电子的能带宽,有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系;答:能带越窄,有效质量越大,能带越宽,有效质量越小。 6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化?外场对电子的作用效果有什么不同; 答:在能带底附近,电子的有效质量是正值,在能带顶附近,电子的有效质量是负值。在外电F作用下,电子的波失K不断改变,f=h(dk/dt,其变化率与外力成正比,因为电子的速度与k有关,既然k状态不断变化,则电子的速度必然不断变化。 7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系,为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度? 答:沿不同的晶向,能量带隙不一样。因为电子要摆脱束缚就能从价带跃迁到导带,这个时候的能量就是最小能量,也就是禁带宽度。 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2015半导体物理器件期末考试试题(全) 半导体物理器件原理(期末试题大纲)指导老师:陈建萍一、简答题(共 6 题,每题 4 分)。 代表试卷已出的题目1、耗尽区:半导体内部净正电荷与净负电荷区域,因为它不存在任何可动的电荷,为耗尽区(空间电荷区的另一种称呼)。 2、势垒电容:由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应,即反偏 Fpn 结的电容。 3、Pn 结击穿:在特定的反偏电压下,反偏电流迅速增大的现象。 4、欧姆接触:金属半导体接触电阻很低,且在结两边都能形成电流的接触。 5、饱和电压:栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压:达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应:随 C-E 结电压或 C-B 结电压的变化,中性基区宽度的变化。 8、截止频率:共发射极电流增益的幅值为 1 时的频率。 9、厄利效应:基带宽度调制的另一种称呼(晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象) 10、隧道效应:粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系:扩散系数和迁移率的关系: 12、扩散电容:正偏 pn 结内由于少子的存储效应而形成的电容。 1/ 11 13、空间电荷区:冶金结两侧由于 n 区内施主电离和 p 区内受主电离 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结:冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的 pn 结。 15、界面态:氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压:平带条件发生时所加的栅压,此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点:反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射:当载流子在源极和源漏极漂移时,氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿:由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大,称为雪崩击穿。 20、内建电场:n 区和 p 区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场,方向由正电荷区指向负电荷区,就是由 n 区指向 p 区。 21、齐纳击穿:在重掺杂 pn 结内,反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近,以至于电子可以由 p 区的价带直接隧穿到 n 区的导带的现象。 22、大注入效应:大注入下,晶体管内产生三种物理现象,既三个效应,分别称为:(1)基区电导调制效应;(2)有效基区扩展效应; (3)发射结电流集边效应。 它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。 3/ 11 一、选择填空(含多项选择) 1. 与半导体相比较,绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量() A. 比半导体的大 B. 比半导体的小 C. 与半导体的相等 A. 施主态 基本概念题: 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数,而且某些能量区间能级是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k 1.与绝缘体相比,半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 ( B )。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半 导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料,在温度一定时,减小掺杂浓度,费 米能级会( B )。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时,P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数,它和( B )有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型 ( B )。 A.相同 B.不同 C.无关 6.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 7.砷化稼的能带结构是( A )能隙结构。 A. 直接 B.间接 8.将Si掺杂入GaAs中,若Si取代Ga则起( A )杂质作 用,若Si 取代As 则起( B )杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 9. 在热力学温度零度时,能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 ( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比F E 小的 量子态被电子占据的概率为( A )。 A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 10. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中,AB 段代表 ( A ),CD 段代表(B )。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 11. P 型半导体发生强反型的条件( B )。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??=i D S n N q T k V ln 0 D. ??? ? ??≥i D S n N q T k V ln 20 12. 金属和半导体接触分为:( B )。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C. 非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D. 非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 13. 一块半导体材料,光照在材料中会产生非平衡载流子,若光照 半导体物理器件原理(期末试题大纲) 指导老师:陈建萍 一、简答题(共6题,每题4分)。 代表试卷已出的题目 1、耗尽区:半导体内部净正电荷与净负电荷区域,因为它不存在任何可动的电荷,为耗尽区(空间电荷区的另一种称呼)。 2、势垒电容:由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应,即反偏Fpn结的电容。 3、Pn结击穿:在特定的反偏电压下,反偏电流迅速增大的现象。、欧姆接触:金属半导体接触电阻很低,且在结两边都能形成电流 的接触。 5、饱和电压:栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压:达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应:随C-E结电压或C-B结电压的变化,中性基 区宽度的变化。 8、截止频率:共发射极电流增益的幅值为1时的频率。 9、厄利效应:基带宽度调制的另一种称呼(晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象) 10、隧道效应:粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系:扩散系数和迁移率的关系: 12、扩散电容:正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。 13、空间电荷区:冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结:冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。 15、界面态:氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压:平带条件发生时所加的栅压,此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点:反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射:当载流子在源极和源漏极漂移时,氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿:由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大,称为雪崩击穿。 20、内建电场:n区和p区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场,方向由正电荷区指向负电荷区,就是由n区指向p区。 21、齐纳击穿:在重掺杂pn结内,反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近,以至于电子可以由p区的价带直接隧穿到n区的导带的现象。 22、大注入效应:大注入下,晶体管内产生三种物理现象,既三个效应,分别称为:(1)基区电导调制效应;(2)有效基区扩展效应; (3)发射结电流集边效应。它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。这里将它们统称为大注入效应。 23、电流集边效应:在大电流下,基极的串联电阻上产生一个大的压 第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子,K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即:v(k)= -v(-k),并解释为什么无外场时,晶体总电流等于零。 解:K状态电子的速度为: (1)同理,-K状态电子的速度则为: (2)从一维情况容易看出: (3)同理 有: (4) (5) 将式(3)(4)(5)代入式(2)后得: (6)利用(1)式即得:v(-k)= -v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关,即:E(k)=E(-k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同,且v(k)=-v(-k)故这两个状态上的电子电流相互抵消,晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成: 式中,a为晶格常数。试求: (1)能带的宽度; (2)能带底部和顶部电子的有效质量。 解:(1)由E(k)关 系 (1) (2)令得: 当时,代入(2)得: 对应E(k)的极小值。 当时,代入(2)得: 对应E(k)的极大值。 根据上述结果,求得和即可求得能带宽度。 故:能带宽度 (3)能带底部和顶部电子的有效质量: 习题与思考题: 1 什么叫本征激发?温度越高,本征激发的载流子越多,为什么?试定性说明之。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。 5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV,晶格常数a=5×10-11m。求: (1)能带宽度; (2)能带底和能带顶的有效质量。 6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同?原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同? 7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响? 复习思考题与自测题 第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。 答:原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在,没有一个固定的轨道;而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子,在晶体周期性势场中运动。 当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似。 2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。 答:引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量 3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此,为什么答:不是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就是越窄;而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄,掺杂浓度低,禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响,有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此,为什么 答:有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1(k)随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大,内层电子的能带窄,有效质量大;外层电子的能带宽,有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系; 答:能带越窄,有效质量越大,能带越宽,有效质量越小。 6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化外场对电子的作用效果有什么不同; 答:在能带底附近,电子的有效质量是正值,在能带顶附近,电子的有效质量是负值。在外电F作用下,电子的波失K不断改变,dk ,其变化 f h dt 率与外力成正比,因为电子的速度与k有关,既然k状态不断变化,则电子的速度必然不断变化。 7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结 半导体物理学第七版完 整答案修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】 第一章习题 1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k) 分别为: E C (K )=0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ (1)禁带宽度; (2)导带底电子有效质量; (3)价带顶电子有效质量; (4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1) 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/m ,107 V/m 的电场时,试分别计算电子 自能带底运动到能带顶所需的时间。 解:根据:t k h qE f ??== 得qE k t -?=? 补充题1 分别计算Si (100),(110),(111)面每平方厘米内的原子个数,即原子面密度(提 示:先画出各晶面内原子的位置和分布图) Si 在(100),(110)和(111)面上的原子分布如图1所示: (a )(100)晶面 (b )(110)晶面 (c )(111)晶面 补充题2 一维晶体的电子能带可写为)2cos 81 cos 8 7()22ka ka ma k E +-= (, 式中a 为 晶格常数,试求 (1)布里渊区边界; (2)能带宽度; (3)电子在波矢k 状态时的速度; (4)能带底部电子的有效质量* n m ; (5)能带顶部空穴的有效质量*p m 解:(1)由 0)(=dk k dE 得 a n k π = (n=0,?1,?2…) 进一步分析a n k π ) 12(+= ,E (k )有极大值, a n k π 2=时,E (k )有极小值 半导体物理学考题 A (2010年1月)解答 一、(20分)简述下列问题: 1.(5分)布洛赫定理。 解答:在周期性势场中运动的电子,若势函数V(x)具有晶格的周期性,即:)x (V )na x (V =+, 则晶体中电子的波函数具有如下形式:)x (u e )x (k ikx =ψ,其中,)x (u k 为具有晶格周期性的 函数,即:)x (u )na x (u k k =+ 2.(5分)说明费米能级的物理意义; 试画出N 型半导体的费米能级随温度的变化曲线。 解答: 费米能级E F 是反映电子在各个能级中分布情况的参数。 能量为E F 的量子态被电子占据的几率为1/2。 N 型半导体的费米能级随温度变化曲线如右图所示:(2分) 3、(5分)金属和N 型半导体紧密接触,接触前,二者的真空能级相等,S M W W <。试画出金属— 半导体接触的能带图,标明接触电势差、空间电荷区和内建电场方向。 解答: 4.(5分)比较说明施主能级、复合中心和陷阱在半导体中的作用及其区别。 解答: 施主能级:半导体中的杂质在禁带中产生的距离能带较近的能级。可以通过杂质电离过程向半导体导带提供电子,因而提高半导体的电导率;(1分) 复合中心:半导体中的一些杂质或缺陷,它们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级,非平衡载流子(电子和空穴)可以通过复合中心进行间接复合,因此复合中心很大程度上影响着非平衡载流子的寿命。(1分) 陷阱:是指杂质或缺陷能级对某一种非平衡载流子的显著积累作用,其所俘获的非平衡载流子数目可以与导带或价带中非平衡载流子数目相比拟。陷阱的作用可以显著增加光电导的灵敏度以及使光电导的衰减时间显著增长。(1分) 浅施主能级对载流子的俘获作用较弱;有效复合中心对电子和空穴的俘获系数相差不大,而且,其对非平衡载流子的俘获几率要大于载流子发射回能带的几率。一般说来,只有杂质的能级比费米能级离导带底或价带顶更远的深能级杂质,才能成为有效的复合中心。而有效的陷阱则要求其对电子和空穴的俘获几率必须有很大差别,如有效的电子陷阱,其对电子的俘获几率远大于对空穴的俘获几率,因此才能保持对 C v FN FM E i E ? C i d V 1.纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质,当杂质电离时释放电子。这种杂质称施主杂质;相应的半导体称 N 型半导体。 2.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时,载流子将做 扩散 运动;在半导体存在外加电压情况下,载流子将做 漂移 运动。其运动速度正比于 电场 ,比例系数称为 迁移率 。 3.n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态,当半导体掺入的杂质含量改变时,乘积n o p o 改变否? 不变 ;当温度变化时,n o p o 改变否? 改变 。 4.非平衡载流子通过 复合效应 而消失, 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ,寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关。 5. 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量, 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量,联系两者的关系式是q T k D n n 0=μ,称为关爱因斯坦关系式。 6.半导体中的载流子主要受到两种散射,它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用,后者在 温度高 下起主要作用。 7.半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ;深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8.对n 型半导体,如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准,那末,T k E E F C 02>-为非简并条件; T k E E F C 020<-<为弱简并条件;0≤-F C E E 为简并条件。 9.以长声学波为主要散射机构时,电子迁移率与温度的-3/2次方成正比。 10.半导体中载流子的扩散系数决定于其中的载流子的浓度梯度。 11.电子在晶体中的共有化运动指的是电子不在完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由移动到其它晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动。 12.当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时,反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ,其种类为: 雪崩击穿 、和 齐纳击穿(或隧道击穿) 。 13.半导体中掺杂浓度很高时,杂质电离能 增大 ,禁带宽度 减小。 14.简并半导体一般是 重掺杂半导体,这时 电离杂质 对载流子的散射作用不可忽略。 15.处在饱和电离区的N 型Si 半导体在温度升高后,电子迁移率会 下降/减小 ,电阻率会上升/增大。 16.电子陷阱存在于 P/空穴 型半导体中。 17.随温度的增加,P 型半导体的霍尔系数的符号 由正变为负 。 18.在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质,它们具有 杂质补偿 的作用,在制造各种半导体器件时,往往利用这种作用改变半导体的导电性能。 19.ZnO 是一种宽禁带半导体,真空制备过程中通常会导致材料缺氧形成氧空位,存在氧空位的ZnO 半导体为 N/电子 型半导体。 20.相对Si 而言,InSb 是制作霍尔器件的较好材料,是因为其电子迁移率较 高/大 。 21.掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si 中是一种 深能级 杂质,通常起 复合中心的作用,使得载流子寿命减小。 22. 有效质量 概括了晶体内部势场对载流子的作用,可通过回旋共振实验来测量。 23.某N 型Si 半导体的功函数W S 是4.3eV ,金属Al 的功函数W m 是4.2 eV , 该半导体和金属接触时的界面将会形成 反阻挡层接触/欧姆接触 。 24.有效复合中心的能级位置靠近 禁带中心能级/本征费米能级/E i 。 26.金属和n 型半导体接触形成肖特基势垒,若外加正向偏压于金属,则半导体表面电子势垒高度将降低,空间电荷区宽度将相应地(减少/变窄/变薄)。 27.硅的导带极小值位于布里渊区的 <100>方向上,根据晶体的对称性共有 6 个等价能谷。n 型硅掺砷后,费米能级向 Ec(上) 移动,如升高材料的工作温度,则费米能级向 Ei(下)移动。 28.波尔兹曼分布函数为 ???? ??--≈???? ??-+=T k E E T k E E E f F F 00exp exp 11 )( 29.对于导带为多能谷的半导体,如GaAs ,当能量适当高的子能谷的曲率较 小 时,有可能观察导负微分电导现象,这是因为这种子能谷中的电子的有效质量较 大 。 30.复合中心的作用是促进电子和空穴的复合,起有效的复合中心的杂质能级必须位于Ei (禁带中线),并且对电子和空穴的俘获系数r n 和r p 必 第一篇 习题 半导体中的电子状态 1-1、 什么叫本征激发?温度越高,本征激发的载流子越多,为什么?试定性说 明之。 1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。 1-3、 试指出空穴的主要特征。 1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 1-5、某一维晶体的电子能带为 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ,晶格常数a=5х10-11m 。求: (1) 能带宽度; (2) 能带底和能带顶的有效质量。 第一篇 题解 半导体中的电子状态 诺 编 1-1、 解:在一定温度下,价带电子获得足够的能量(≥E g )被激发到导带成为 导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。 如果温度升高,则禁带宽度变窄,跃迁所需的能量变小,将会有更多的电子被激发到导带中。 1-2、 解:电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带,即允带和禁带。温 度升高,则电子的共有化运动加剧,导致允带进一步分裂、变宽;允带变宽,则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之,温度降低,将导致禁带变宽。 因此,Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。 1-3、解:空穴是未被电子占据的空量子态,被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态,是准粒子。主要特征如下: A、荷正电:+q; B、空穴浓度表示为p(电子浓度表示为n); C、E P=-E n D、m P*=-m n*。 1-4、解: (1)Ge、Si: a)Eg (Si:0K) = 1.21eV;Eg (Ge:0K) = 1.170eV; b)间接能隙结构 c)禁带宽度E g随温度增加而减小; (2)GaAs: a)E g(300K) 第二篇习题-半导体中的杂质和缺陷能级 诺编 2-1、什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点? 2-2、什么叫施主?什么叫施主电离?施主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出n型半导体。 1、什么叫本征激发?温度越高,本征激发的载流子越多,为什么?试定性说明之。 解:在一定温度下,价带电子获得足够的能量(≥E g)被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。 如果温度升高,则禁带宽度变窄,跃迁所需的能量变小,将会有更多的电子被激发到导带中。 2、试指出空穴的主要特征。 解:空穴是未被电子占据的空量子态,被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态,是准粒子。主要特征如下: A、荷正电:+q; B、空穴浓度表示为p(电子浓度表示为n); C、E P=-E n D、m P*=-m n*。 3、试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 解:电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带,即允带和禁带。温度升高,则电子的共有化运动加剧,导致允带进一步分裂、变宽;允带变宽,则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之,温度降低,将导致禁带变宽。 因此,Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。 4、简述Ge、Si和GaAS的能带结构的主要特征。 解: (1)G e、Si: a)Eg (Si:0K) = 1.21eV;Eg (Ge:0K) = 1.170eV; b)间接能隙结构 c)禁带宽度E g随温度增加而减小; (2)G aAs: a)E g(300K)= 1.428eV,Eg (0K) = 1.522eV; b)直接能隙结构; c)Eg负温度系数特性:dE g/dT = -3.95×10-4eV/K; 5、什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点? 解:浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电(电离施主)或带负电(电离 受主)的离子,并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。 6、什么叫施主?什么叫施主电离?施主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出n型半导体。 解:半导体中掺入施主杂质后,施主电离后将成为带正电离子,并同时向导带提供电子,这种杂质就叫施主。 施主电离成为带正电离子(中心)的过程就叫施主电离。 施主电离前不带电,电离后带正电。例如,在Si中掺P,P 为Ⅴ族元素, 本征半导体Si为Ⅳ族元素,P掺入Si中后,P的最外层电子有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价电子,而P的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。 n型半导体的能带图如图所示:其费米能级位于禁带上方 半导体物理第四章习题 答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 第四篇 题解-半导体的导电性 刘诺 编 4-1、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体,为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同?试加以定性分析。 解:对于重掺杂半导体,在低温时,杂质散射起主体作用,而晶格振动散射与一般掺杂半导体的相比较,影响并不大,所以这时侯随着温度的升高,重掺杂半导体的迁移率反而增加;温度继续增加后,晶格振动散射起主导作用,导致迁移率下降。对一般掺杂半导体,由于杂质浓度较低,电离杂质散射基本可以忽略,起主要作用的是晶格振动散射,所以温度越高,迁移率越低。 4-2、何谓迁移率影响迁移率的主要因素有哪些 解:迁移率是单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。影响迁移率的主要因素有能带结构(载流子有效质量)、温度和各种散射机构。 4-3、试定性分析Si 的电阻率与温度的变化关系。 解:Si 的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段: (1) 温度很低时,电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱,可以 忽略;载流子主要来源于杂质电离,随着温度升高,载流子浓度逐步增加,相应地电离杂质散射也随之增加,从而使得迁移率随温度升高而增大,导致电阻率随温度升高而降低。 (2) 温度进一步增加(含室温),电阻率随温度升高而升高。在这一温度范 围内,杂质已经全部电离,同时本征激发尚不明显,故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射,迁移率随温度升高而降低,导致电阻率随温度升高而升高。 (3) 温度再进一步增加,电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越 多,虽然迁移率随温度升高而降低,但是本征载流子增加很快,其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响,导致电阻率随温度升高而降低。当然,温度超过器件的最高工作温度时,器件已经不能正常工作了。 4-4、证明当μn ≠μp ,且电子浓度p n i n n μμ/0=,空穴浓度n p i n p μμ/0=时半导体的电导率有最小值,并推导min σ的表达式。 证明:半导体物理学(刘恩科第七版)课后习题解第四章习题及答案(精)
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2. 室温下,半导体 Si 掺硼的浓度为 1014cm-3,同时掺有浓度为 1.1×1015cm-3 的磷,则电子浓度约为(),空穴浓度为(),费米能级();将该半导体升温至 570K,则多子浓度约为(),少子浓度为(),费米能级()。(已知:室温下,ni ≈1.5×1010cm-3,570K 时,ni≈2×1017cm-3) A. 1014cm-3 C. 1.1×1015cm-3 E. 1.2×1015cm-3 G. 高于 Ei I. 等于 Ei 3. 施主杂质电离后向半导体提供(),受主杂质电离后向半导体提供(),本征 激发后向半导体提供()。 A. 空穴 B. 电子 B. 1015cm-3 D. 2.25×1015cm-3 F. 2×1017cm-3 H. 低于 Ei
4. 对于一定的半导体材料, 掺杂浓度降低将导致禁带宽度 () 本征流子浓度 , () , 功函数()。 A. 增加 B. 不变 C. 减少
5. 对于一定的 n 型半导体材料,温度一定时,较少掺杂浓度,将导致()靠近 Ei。 A. Ec B. Ev C. Eg D. Ef
6. 热平衡时,半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数,它只与()有关,而与 ()无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度
7. 表面态中性能级位于费米能级以上时,该表面态为()。
B. 受主态
C. 电中性
8. 当施主能级 Ed 与费米能级 Ef 相等时,电离施主的浓度为施主浓度的()倍。 A. 1 B. 1/2 C. 1/3 D. 1/4
9. 最有效的复合中心能级位置在()附近;最有利陷阱作用的能级位置在()附 近,常见的是()的陷阱 A. Ea B. Ed C. E D. Ei E. 少子 F. 多子
10. 载流子的扩散运动产生()电流,漂移运动长生()电流。 A. 漂移 B. 隧道 C. 扩散
11. MIS 结构的表面发生强反型时,其表面的导电类型与体材料的(),若增加掺 杂浓度,其开启电压将()。 A. 相同 二、思考题 1. 简述有效质量与能带结构的关系。 2. 为什么半导体满带中的少量空状态可以用带有正电荷和具有一定质量的空穴来 描述? 3. 分析化合物半导体 PbS 中 S 的间隙原子是形成施主还是受主?S 的缺陷呢? 4. 说明半导体中浅能级杂质、深能级杂质的作用有何不同? 5. 为什么 Si 半导体器件的工作温度比 Ge 半导体器件的工作温度高?你认为在高 温条件下工作的半导体应满足什么条件工厂生产超纯 Si 的室温电阻率总是夏天低, 冬天高。试解释其原因。 6. 试解释强电场作用下 GaAs 的负阻现象。 7. 稳定光照下, 半导体中的电子和空穴浓度维持不变, 半导体处于平衡状态下吗? 为什么? 8. 爱因斯坦关系是什么样的关系?有何物理意义? B. 不同 C. 增加 D. 减少(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结
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