半导体物理练习题

半导体物理练习题
半导体物理练习题

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
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()。

A. 施主态
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

9. 怎样才能使得 n 型硅与金属铝接触才能分别实现欧姆接触和整流接触?
综合练习题二 一、选择填空 1.Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体起施主作用的缺陷是( )。 A. 正离子填隙 B. 正离子缺位 C.负离子填隙
2.下列哪个参数不能由霍尔效应确定() A. 迁移率μ B. 载流子浓度 扩的方向是( )。 B.电子扩散方向 C.电子浓度梯度方向 C. 有效质量 m*
3.非平衡电子的扩散电流密度 A.流密度 Sn 的方向
4. 有效陷阱中心的能级接近()能级。 A.禁带中心能级 B.施主或受主能级 C.费米能级
5.在强电离区,N 型半导体的费米能级位于() A.高于施主能级 B.低于施主能级 C.等于施主能级
6.在强电场下,随电场的增加,GaAs 中载流子的平均漂移速率是() A.增加 B.减少 C.不变
7.直接复合时,小注入的 N 型半导体的非平衡载流子寿命τd 主要决定于( )。 A. B. C.
8.N 型半导体的霍尔系数随温度的变化 A. 从正变到负 B. 从负到正 C. 始终为负
9.有效复合中心的能级接近()能级。 A.禁带中心能级 Ei B.施主或受主能级 C.费米能级 EF
10.对于某 n 型半导体构成的金-半阻挡层接触,加上正向电压时,随着电压增加, 阻挡层的厚度将逐渐()。

A. 变宽
B. 不变
C. 变窄
综合练习题三 一、单项选择题(总分 16 分,每小题 2 分) 1. 若某半导体导带中发现电子的几率为零,则该半导体必定( a) 不含施主杂质 c)本征半导体 b)不含受主杂质 d)处于绝对零度 ) )
2. 半导体中载流子扩散系数的大小决定于其中的( a) 散射机构 c) 复合机构 b) 能带结构 d) 晶体结构
3. 在温室条件下,1cm3 的硅中掺入浓度为 1016/cm3 的 N 型杂质,则其电导率将增 加( )倍 a) 一百万 c)十万 4. 硅中掺金工艺主要用于制造( a) 大功率 c) 高频 b) 一千万 d)无法确定 )器件 b) 高反压 d)低噪声 )
5. 现有一材料的电阻率随温度增加而先下降后上升,该材料是( a)金属 c)掺杂半导体 6. MOS 器件的导电沟道是( a)耗尽 c)阻挡 )层 b)反型 d)反阻挡 ) b)本征半导体 d)高纯化合物半导体
7. 有效的复合中心能级通常都是靠近(

a)Ec c)Ei
b)Ev d)Ef )电流
8. 反向的 PN 结空间电荷区中不存在( a)少子 c)产生
b)漂移 d)复合
二、多项选择题(总分 24 分,每小题 3 分) 1. 以下的叙述中( )不属于空穴的特征
a)空穴浓度等于价带中空状态浓度 b)空穴所带的正电荷等于电子电荷 c)空穴的能量等于原空状态内电子的能量的负值 d)空穴的波矢与原空状态内电子的波矢相同 2. 关于电子的费米分布函数 f(E),叙述正确的是( a)是能量为 E 的一个量子状态被电子占据的几率 b)电子在能量为 E 的状态上服从泡利原理 c)当 EC-EF〉〉kT 时,费米分布可用波尔兹曼分布近似 d)服从费米分布的半导体是简并的 3. 关于 结的叙述中( )是正确的 )
a)流过 b)
结的正向电流成分中空穴电流占优势
结的耗尽区宽度主要在 N 型侧 结的反向电流成分中没有复合电流 结的反向击穿电压
c)流过
d)降低 N 区的掺杂浓度可以提高
4. 下面四块半导体硅单晶,除掺杂浓度不同外,其余条件均相同,由下面给出的数 据可知:电阻率最大的是( a) ),电阻率最小的是( b) , )

c) 5. 下列叙述正确的是(
d) )
a)非平衡载流子在电场作用下,在寿命 时间内所漂移的距离叫牵引长度 b)非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离称为扩散长度 c)使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量叫电子亲和 能 d)复合中心指的是促进复合过程的杂质和缺陷 6. 关于 P 型半导体的费米能级 a) 的叙述( )是正确的
由温度和受主浓度决定 与 与 的差就越小 的差就越小 与 的差变大
b)当温度一定时,受主浓度越高, c)当受主浓度一定时,温度越高,
d)用适当波长的光均匀照射半导体时, 7. 关于 PN 结击穿的叙述( )是正确的
a)雪崩击穿的击穿电压比隧道击穿的击穿电压高 b)轻掺杂的 PN 结易发生雪崩击穿 c)重掺杂的 PN 结易发生隧道击穿 d)P-i-N 结的击穿电压要比一般 PN 结的击穿电压高 8. 下列叙述中( )是正确的
a)PN 结的接触电势差随温度升高要减小
b)PN 结的接触电势差 c)零偏压时的硅 PN 结微分电阻要比锗 PN 结的微分电阻大 d)在相同的正向电压情况下,锗 PN 结的微分电阻 要比硅 PN 结的小 e)在相同的正向电流情况下,锗 PN 结的微分电阻 要比硅 PN 结的大

三、填空题(共 15 分,每题 3 分) 1.在公式 中, 是载流子的_________________,m 是载流子的
*
_________________。 2.N 型硅掺砷后,费米能级向_______移动,在室温下进一步升高温度,费米能级向 _______移动。 3.在同一个坐标系中画出硅和锗二极管的伏安特性为_________________ 4.一维情况下,描述非平衡态半导体中空穴运动规律的连续性方程为
写出每一项的物理意义是: ① ______________________________________ ② ______________________________________ ③ ______________________________________ ④ ______________________________________ ⑤ ______________________________________ ⑥ ______________________________________ 5.MOS 结构的强反型条件是 __________________ 四、解释或说明下列各名词(共 15 分,每小题 5 分) 1.有效质量 2.本征激发 3.欧姆接触和肖特基接触
五、说明以下几种效应及其物理机制,并分别写出其可能的一种应用(总分 21 分, 每小题 7 分) 1.汤姆逊效应 2.霍尔效应 3.耿氏效应
六、计算题或证明题(总分 59 分,共 5 小题)

1.(12 分)一块足够厚的 P 型硅样品,室温下电子迁移率 命 ,其表面处,稳定注入的电子浓度
,电子寿 。计算: 在距表面多 (表面复合不计)。 , ,结面积
远处?由表面扩散到该处的非平衡少子的电流密度为 2.(12 分)一硅 ,空穴寿命 时,流过 结,结两边的掺杂浓度为 ,空穴扩散系数 的电流。
。室温下计算: 加正偏压
3. 12 分) ( 已知本征锗的电导率在 310K 是为 一个 N 型锗样品,在这两个温度时,施主浓度为 温度时掺杂锗的电导率。(设 ,
, 273K 时为 在

。试计算: 在上述两个 )
4.(13 分)设一均匀的 N 型硅样品,在右半部用一稳定的光照射,如图所示。均匀 产生电子空穴对,产生率为 g。若样品足够长,求稳态时: 1) 样品两边的空穴浓度分布的表达式 2)画出 随 的分布示意图。
5.(10 分)证明爱因斯坦关系式。

综合练习题四
一、单项选择题(总分 16 分,每小题 2 分) 1.设半导体能带位于 k=0 处,则下列叙述( a)能带底的电子有效质量为正 b)能带底的电子有效质量为负 c)能带底的电子有效质量为负 d)能带底附近电子的速度为负 2. 在室温时 T=300K,在本征半导体的两端外加电压 U,则( a)价带中的电子不参与导电 b)价带中的电子参与导电 c)基本能级位于禁带中央的下方 d)基本能级位于禁带中央的上方 3. 在制造半导体高速开关器件时,认为地掺入金,其目的是( a)减少关断时间 c)提高击穿电压 4. 关于载流子浓度 b)增加电流放大倍数 d)增加少子寿命 ,对同一材料,在一定温度时,正确的说法是( b)仅适用于 p 型半导体 d)以上三种情况都适用 ) ) ) )正确
a)仅适用于本征半导体 c)仅适用于 n 型半导体 5. 由(
)散射决定的迁移率正比于 b)声子波 d)电子间的 )。
a)电离杂质 c)光子波
6. 关于半导体中非平衡载流子的寿命,下列叙述不正确的是( a)寿命与材料类型有关

b)寿命与材料的表面状态有关 c)寿命与材料的纯度有关 d)寿命与材料的晶格完整性有关 7. 若 pn 结空间电荷区中不存在复合电流,则 pn 结一定在( a)反向 b)正向 c)击穿 d)零偏压 )。 )工作状态。
8. 在同样的条件下,硅二极管的反向饱和电流要比锗二极管的要( a)大 b)小 c)相等 d)无法判断
二、多项选择题(总分 24 分,每小题 3 分) 1. 关于霍耳效应,下列叙述正确的是( a)n 型半导体的霍耳系数总是负值。 b)p 型半导体的霍耳系数可以是正值,零或负值。 c)利用霍耳效应可以判断半导体的导电类型。 d)霍耳电压与样品形状有关。 2. 下列( )不属于热电效应。 )。
a)塞贝克效应 b)帕耳帖效应 c)汤姆逊效应 d)帕斯托效应 3. 半导体 pn 结激光的发射,必须满足的条件是( a)形成粒子数分布反转 b)共振腔 c)至少达到阈值的电流密度 d)pn 结必须处于反向工作状态 4. 若 ,则正确的是( )。 )。

a)金属与 n 型半导体接触形成阻挡层 b)金属与 p 型半导体接触形成反阻挡层 c)金属与 n 型半导体提接触形成反阻挡层 d)金属与 p 型半导体接触形成阻挡层 5. 下列结构中,( a)金属-n+-n c)金属-p-p+ )可以实现欧姆接触。 b)金属-p+-p d)金属-n-n+ )是正确的。
6. 下列关于 p+n 结的叙述中,(
a)p+n 结的结电容要比相同条件的 pn 结结电容大 b)流过 p+n 结的正向电流中无产生电流成分 c)p+n 结的开关速度要比一般 pn 结的开关速度快 d)p+n 结的反向击穿电压要比一般 pn 结的低 7. 对于硅 pn 结的击穿电压,叙述正确的是( a)击穿电压>6.7V 时,为雪崩击穿 b)击穿电压<4.5V 时,为隧道击穿 c)隧道击穿电压的温度系数为正值 d)雪崩击穿电压的温度系数为负值 8. 在理想 MIS 结构中,下列结论( a)平带电压为零 势为零 d)无外加电压时,半导体表面无反型层也无耗尽层 三、填空题(共 15 分,每题 3 分) 1.在晶体中电子所遵守的一维薛定谔方程,满足此方程的布洛赫函数 为 。 b) )正确。 c)无外加电压时,半导体表面 )。

2. 硅掺磷后,费米能级向 米能级向 移动。
移动,在室温下进一步提高温度,费
3. 画出硅的电阻率随温度的变化关系示意 图。 。
4.写出 p 型半导体构成的理想 MIS 结构形成下列状态所满足的条件: ① 多子堆积 ② 多子耗尽 ③ 反型 ___________________________________ 晶格温度。而热电子指的是电子的温
5. 暖电子通常指的是它的温度 度 晶格温度。
四、解释或说明下列各名词(共 15 分,每小题 5 分) 1. 空穴 2. 准费米能级 3. pn 结的雪崩击穿 五、说明以下几种效应及其物理机制,并分别写出其可能的一种应用(总分 21 分, 每小题 7 分) 1.霍耳效应 2.半导体的光声伏特效应 3.pn 结的电容效应 六、计算题或证明题(总分 59 分,共 5 小题) 1.(12 分)计算硅 p+n+结在 时的最大接触电势差。 ,n 区电阻率为 10 。 ,电子迁
2.(12 分)设硅 p+n 结的 p 区电阻率为 0.01 移率为 100 ,空穴迁移率为 300
求:(1)接触电势差 (2)势垒高度 (3)势垒宽度

3.(12 分)侧得某 p+n 结的势垒电容 0 20 设 pn 结面积= 0.5 17.3 1 15.6 ,计算 1.5 14.3
和反向电压 2 13.3
间关系如下表所示: 3 11.6
2.5 12.4
(1)p+n 结的接触电势差 (2)求 4.(13 分)完成下列问题 (1)画出栅控二极管的结构示意图 (2)分析表面电场对 pn 结的反向电流的影响 (3)分析表面电场对 pn 结击穿特性的影响 (4)为稳定半导体表面的性质,可以采用哪些措施 5.(10 分)证明 pn 结反向电流可以表示为:
式中, 体的电导率。


分别为 n 型和 p 型半导体的电导率,
为本征半导
综合练习题五
一.(15 分)请回答下列问题: 1.费米分布函数的表示式是什么? 2.T=0K 及 T>0K 时该函数的图形是什么? 3.费米分布函数与波尔兹曼分布函数的关系是什么? 二.(15 分)请画出 N 型半导体的 MIS 结构的 C—V 特性曲线,要求在图中表示出:

1.测量频率的影响。 2.平带电压。 3.积累、耗尽与反型状态各对应曲线的哪一部分? 三.(15 分)请画出图形并解释: 1.直接能隙与间接能隙。 2.直接跃迁与间接跃迁。 3.直接复合与间接复合。 四.(15 分)下列三种效应的实际表现是什么?请说出其物理成因。 1.霍耳效应。 2.塞贝克效应。 3.光生伏特效应。 五.(10 分)请设计一个实验,来验证 MIS 结构的绝缘层中存在着可动电荷。 六.(15 分)室温下,一个 N 型硅样品,施主浓度 ND= 设非平衡载流子的产生率 的 七.(15 分)有人在计算“施子浓度 少子寿命 ,
,计算电导率及准费米能级的位置。(硅 ,室温下本征载流子浓度为 )
的锗材料中,在室温下的电子和
空穴浓度”问题时采取了如下算法:由于室温下施主已全部电离,所以电子浓度就等 于施主浓度与室温下的本征载流子浓度 之和。 请判断这种算法是否正确, 如果你认
为正确,请说明理由;如果你认为不正确,请把正确的方法写出来。(室温下锗的本 征载流子浓度可取值 )
综合练习题六
一、解释名词(共 12 分,每小题 3 分)

1.有效质量
2.准费米能级
3.状态密度
4.载流子迁移率
二、回答问题(共 32 分,每小题 4 分) 1.绝缘体、半导体、导体的能带结构有何区别? 2.辐射复合、非辐射复合、俄歇复合有何区别? 3.直接跃迁与间接跃迁的区别? 4.P-N 结的击穿有几种?请分别说明它们的机制。 5.P-N 结的电容效应有几种?解释它们的物理成因。 6.什么是简并半导体?在什么情况下发生简并化? 7.半导体的载流子运动有几种方式?如何定量描述它们? 8.载流子浓度随温度的增加是增大还是减少?为什么? 三、写出下面列出的常用公式,并写出所用符号代表的物理意义。(共 10 分,每小 题 2 分) 1.热平衡状态下,半导体中两种载流子的乘积。 2.非平衡载流子浓度随时间的衰减公式。 3.P-N 结的 I-V 关系。 4.一种载流子的霍耳系数。 5.半导体电导率的一般表达式。 四、选择题(共 6 分,每小题 2 分) 1.室温下,硅中本征载流子浓度的数量级大致是( A. B. C. ) C. ). C.4.5ev D.45ev )
2.在硅中,电子漂移速度的上限为( A. B.
3.在硅中,硼杂质的电离能大致是( A.0.45ev B.0.045e v

五、(8分)已知:硅半导体材料中施主杂质浓度为 求:1.在T=300K时EF的位置. 2.当施主杂质电离能为0.05ev, T=300K 时,施主能级上的浓度。 六.(6分)室温下,N型硅中掺入的施主杂质浓度 在光的照射下产生了非平衡载流子,其浓度为Δn=Δp= , 。
求此情况下, 电子与空穴的准费米能级的位置, 并与没有光照时的费米能级比较。 七.(6分)掺杂浓度为 的硅半导体中,少子寿命为 秒,当中
由于电场的抽取作用 (如在反向偏压下PN结附近的空间电荷区中) 少子被全部清除, 求此情况下电子空穴对的产生率。 八、(8分)一硅样品,掺入的硼浓度为9× 。 1.在室温下此样品是N型还是P型? 2.当T=300K时的多子及少子浓度? 3.当温度升高到600K时,此半导体样品是N型还是P型? 九.(6分)设P型硅受主浓度NA=5× 金属为铝的MOS结构,氧化层中的正电荷密度 Vms=-0.8伏,真空介电常数 平带电压。 十.(6分)根据 -N结反向扩散电流密度公式 ,氧化层厚度 dI=1500A,栅极 。已知铝硅的接触势差 ,二氧化硅介电常数 。求 ,同时掺入的砷浓度为14×
指出在Ge、Si 两种材料构成的 扩散电流哪个占主要地位?
-N结的反向电流中势垒区产生电流与反向
综合练习题七

一、解释名词(共16分,每小题4分) 1.载流子陷阱 异质结 二、(8分)金属一半导体接触能否实现少子注入,为什么? 三、(8分)光电导效应的增强常用光电导增益因子来表示。如光敏电阻外加电压为 V,电子迁移率为 ,电极间距离为ι,请据此导出光电导增益因子的表达式。 2.PN结的热电击穿 3.欧姆接触 4.同型异质结与反型
四、 (8分)半导体中载流子在运动过程中为什么会遭到散射?半导体中的主要散射 机构有哪些? 五、(8分)为了缩短半导体中的少数载流子寿命,可以采用哪些手 段?简要说明采用这些手段的原因。 六、(8分)为了降低PN结的势垒电容,可以采用哪些手段?简要说明采用这些手 段的原因。 七、(8分)肖特基二极管不同于PN结二极管的主要特点是什么? 八、(8分)以N型硅为例,说明强电离时半导体中的杂质电离程度 关? 九、(8分)画出典型的N型半导体MIS结构的C-V特性曲线,并简要说明。 十、(10分)对一个没有任何标识的二极管,如何通过实验判断其中的PN结是冶 金结还是扩散结。 (方法任选, 要求对所选用的方法做出具体的说明, 即方法的依据, 所用的仪器设备和实验步骤) 十一、(10分)如何利用PN结来测量温度?请设想一种方案。 十二、(10分)证明:在一定的简化条件下,PN结的势垒区复合电流Jr 可表示 为 与哪些因素有

其中,XD为势垒区宽度,τ为载流子寿命。 十三.(10分)证明:PN结单位面积上的微分扩散电容为
其中,Ln 与Lp 分别为电子与空穴的扩散长度。
综合练习题八
一、(12 分)解释下列名词: a.直接跃迁与间接跃迁; 级 二、(12 分)说明以下几种效应及其物理机制,并说出其可能的应用: a.霍耳效应; b.光生伏特效应; c.压阻效应。 b.直接复合与间接复合; c.费米能级与准费米能
三、(8 分)请按照你的看法,写出半导体能带的主要特征是什么? 四、(8 分)请你根据对载流子产生与复合过程的分析,得出在热平衡条件下,两种 载流子浓度的乘积 n0p0 等于恒量(不需要通过对载流子浓度的计算)。 五、(9 分)什么是 P-N 结的雪崩击穿现象,请说明形成击穿的物理机制。 六、(9 分)请画出以 N 型半导体为衬底的 MIS 结构,在不同栅压下的表面能带的形 状与电荷的分布,同时给出简要的说明。 七、(10 分)推导出 P-N 结的接触电势差的表示式。 八、(10 分)请设计一个使用半导体的利用太阳能致冷的电器,要求画出原理图, 不要求设计细节。 九、(10 分)请利用温差电效应和帕尔贴效应构想一个既可加温又可致冷的电器。

十、(10 分)如果给你一块半导体样品,请你判断其导电类型,你采用什么办法? 请说明你采用的方法的原理和实验的具体做法。 十一、(10 分)请详细说明如何利用光电导的衰减测量少子的寿命(要求说明原理、 仪器和测量方法) 十二、(12 分)室温条件下考虑一个 N 型锗样品,施主浓度 面积为 ,样品截
,长为 1 ㎝,电子和空穴的寿命均为 100μs。假定样品被光照射,且 ,已知室温下 , 计算该半导
光被均匀地吸收,电子—空穴对产生率为 , 体样品有光照时的电阻率和电阻。 ,
十三、(12 分)考虑室温下的两个硅样品,分别掺入浓度为 N1 和 N2 的硼杂质。已 知室温下硅的本征载流子浓度为 a.哪个样品的少子浓度低? b.哪个样品的费米能级 Ef 离价带顶近? c.如果再掺入少量的磷(设磷的浓度为 N3,且 N3< N2),两样品的费米能级 又如何变化? 以上问题均应通过公式计算得出结论。 ,而且有 N1﹥N2﹥﹥ 。问:
综合练习题九
一、请解释下列各概念(每小题 5 分,总分 20 分) 1.间隙式杂质和替位式杂质 2.本征激发 3.热电击穿 4.表面势
二、说明以下各种效应,并说明每种效应的一种应用(每小题 7 分,总分 28 分) 1.霍耳效应 三、回答下列问题(总分 50 分) 2.光生伏特效应 3.珀尔贴效应 4.压阻效应

1.请写出 1) 费米分布函数的表示式,式中各符号的意义及其与温度(T=OK,T>OK)的
关系曲线(8 分) 2) 分) 2.解释金属—半导体接触的整流作用(不要求推导公式,要求说明整流作用的物 理机制)。 (16 分) ,禁带宽度为 1.12eV,电子亲合能力 在什么情况下,费米分布函数可以用玻尔兹曼分布函数近似。 (10
3.给出硅样品的受主浓度为 为 3.4eV,求功函数的值。 (16 分)

半导体物理试卷b答案

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 直接复合:导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带,与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为直接复合。 2.本征半导体:不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体,它的电子和空穴数量相同。 3.简并半导体:半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导 体称为简并半导体。 过剩载流子:在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下,半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴,超过热平衡浓度的电子△0和空穴△0称为过剩载流子。 4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 答:有效质量:由于半导体中载流子既受到外场力作用,又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用,使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后,可以很方便的解决电子的运动规律。 5. 等电子复合中心 等电子复合中心:在 V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子,取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别,中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子,形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。二、选择题(本大题共5题每题3分,共15分)

1.对于大注入下的直接辐射复合,非平衡载流子的寿命与(D ) A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2.有3个硅样品,其掺杂情况分别是: 甲.含铝1×10-153乙.含硼和磷各1×10-173丙.含镓1×10-173 室温下,这些样品的电子迁移率由高到低的顺序是(C )甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙D. 丙甲乙 3.有效复合中心的能级必靠近( A ) A.禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级 4.当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时,其小注入下的少子寿命正比于(C ) A.10 B.1/△n C.10 D.1/△p 5.半导体中载流子的扩散系数决定于其中的( A ) A.散射机构 B. 复合机构 C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度 6.以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是( D )

半导体物理学试题库完整

一.填空题 1.能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________.引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。(二阶导数.内部势场) 2.半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________(即量子态按能量如何分布)和_________(即电子在不同能量的量子态上如何分布)。(状态密度.费米分布函数) 3.两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电.达到热平衡后两者的费米能级________。(正.相等) 4.半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央.其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处.因此属于_________半导体。([100]. 间接带隙) 5.间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________;形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。(弗仑克耳缺陷.肖特基缺陷) 6.在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。(1/2.1/1+exp(2)) 7.从能带角度来看.锗、硅属于_________半导体.而砷化稼属于_________半导体.后者有利于光子的吸收和发射。(间接带隙.直接带隙) 8.通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统.服从_________的电子系统称为简并性系统。(玻尔兹曼分布.费米分布) 9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关.而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。(温度.禁带宽度) 10. 半导体的晶格结构式多种多样的.常见的Ge和Si材料.其原子均通过共价键四面体相互结合.属于________结构;与Ge和Si晶格结构类似.两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。(金刚石.闪锌矿) 11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化.则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体.否则称为_________禁带半导体。(直接.间接) 12. 半导体载流子在输运过程中.会受到各种散射机构的散射.主要散射机构有_________、 _________ 、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。(电离杂质的散射.晶格振动的散射) 13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径.主要有两大类:_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。(电子和空穴.复合中心)

《半导体物理学》习题库

《半导体物理学》习题库 它们之间的异同 7。ICBO、IEBO和ICEO的逆流是如何定义的?写出ic eo 和icbo的关系并讨论。 8。如何定义反向击穿电压bucbo、buceo、buebo?写下布奇奥和布奇博之间的关系,并进行讨论。9.高频时晶体管电流放大系数降低的原因是什么? 10。描述晶体管的主要频率参数是什么?它们各自的含义是什么? 11.影响特征频率的因素有哪些?如何描述频率ft? 12。绘制晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图13.大电流下晶体管β 0和傅立叶变换减小的主要原因是什么? 14。简述了大注入效应、基极扩展效应和发射极电流边缘效应的机理 15。晶体管最大耗散功率是多少?这与什么因素有关?如何降低晶体管热阻? 16。画出晶体管的开关波形,表示延迟时间τ d 、上升时间tr、 存储时间ts和下降时间tf,并解释其物理意义 17。解释晶体管的饱和状态、关断状态、临界饱和和深度饱和的物理意义

18。以NPN硅平面为例,当发射极结正向偏置而集电极结反向偏置时,从发射极进入的电子流分别用晶体管的发射极区、发射极结势垒区、基极区、集电极结势垒区和集电极区的传输过程中哪种运动形式(扩散或漂移)占主导地位来解释 6 19。尝试比较fα、fβ和ft的相对大小 20。画出晶体管饱和状态下的载流子分布,并简要描述过剩储存电荷的消失过程 21。画出普通晶体门的基本结构图,简述其基本工作原理22.有一种低频低功率合金晶体管,它使用N型锗作为衬底,电阻率为1.5?通过燃烧铟合金制备发射极区和集电极区。两个区域的掺杂浓度约为3×1018/cm3,ro (Wb=50?m,Lne=5?m) 23。一个对称的P+NP+锗合金管,其底部宽度为5?基区杂质浓度为5×1015cm-3,基区腔寿命为10?秒(AE=AC=10-3cm2)计算UEB = 0.26伏和UCB =-50伏时的基极电流IB?得到了上述条件下的α0和β0(r0≈1)。24.已知γ0=0.99,BUCBO = 150V伏,Wb=18.7?m,基极区中的电子寿命ηb = 1us(如果忽略发射极结的空间电荷区复合和基极区表面复合),找到α0、β0、β0*和BUCEO(设置Dn=35cm2/s)。25。NPN双扩散外延平面晶体管是已知的,集电极区电阻率ρc = 1.2ω·cm,集电极区厚度Wc=10?m,硼扩散表面浓度NBS=5×1018cm-3,结深Xjc=1.4?m分别计算集电极偏置电压为25V

半导体物理 课后习题答案

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 =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求: 为电子惯性质量,nm a a k 314.0,1== π (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) eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 2121022 20 202 02022210 1202== -==<-===-==>=+===-+ 因此:取极大值 处,所以又因为得价带: 取极小值处,所以:在又因为:得:由导带: 04 32 2 2*8 3)2(1 m dk E d m k k C nC ===

s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以:准动量的定义: 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 -?=? s a t s a t 137 19 282 1911027.810 10 6.1)0(102 7.810106.1) 0(----?=??-- =??=??-- = ?π π 第三章习题和答案 1. 计算能量在E=E c 到2 *n 2 C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。 解 3 2 2233 *28100E 212 33*22100E 00212 3 3 *231000L 8100)(3222)(22)(1Z V Z Z )(Z )(22)(23 22 C 22C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dE E g d E E m V E g c n c C n l m h E C n l m E C n n c n c π ππππ=+-=-=== =-=*++??** )()(单位体积内的量子态数) (

半导体物理试卷b答案

半导体物理试卷b答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 直接复合:导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带,与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为直接复合。 2.本征半导体:不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体,它的电子和空穴数量相同。 3.简并半导体:半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导体称为简并半导体。 过剩载流子:在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下,半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴,超过热平衡浓度的电子△n=n-n 和空穴 称为过剩载流子。 △p=p-p 4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 答:有效质量:由于半导体中载流子既受到外场力作用,又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用,使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后,可以很方便的解决电子的运动规律。 5. 等电子复合中心 等电子复合中心:在III- V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子,取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别,中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子,形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。 二、选择题(本大题共5题每题3分,共15分) 1.对于大注入下的直接辐射复合,非平衡载流子的寿命与(D ) A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比2.有3个硅样品,其掺杂情况分别是: 甲.含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3室温下,这些样品的电子迁移率由高到低的顺序是(C ) 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙

半导体物理学练习题(刘恩科)

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? 8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? 9 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? 10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? 11简述有效质量与能带结构的关系? 12对于自由电子,加速反向与外力作用反向一致,这个结论是否适用于布洛赫电子? 13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? 14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性?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? 15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?16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述? 17有两块硅单晶,其中一块的重量是另一块重量的二倍。这两块晶体价带中的能级数是否相等?彼此有何联系? 18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。 19为什么极值附近的等能面是球面的半导体,当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰? 第二章半导体中的杂质与缺陷能级 例1.半导体硅单晶的介电常数=11.8,电子和空穴的有效质量各为= 0.97, =0.19和=0.16,=0.53,利用类氢模型估计: (1)施主和受主电离能; (2)基态电子轨道半径 解:(1)利用下式求得和。

半导体物理练习题

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
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()。

A. 施主态
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

半导体物理学第五章习题答案

第五章习题 1. 在一个n 型半导体样品中,过剩空穴浓度为1013cm -3, 空穴的寿命为100us 。计算空穴的复合率。 2. 用强光照射n 型样品,假定光被均匀地吸收,产生过剩载流子,产生率为,空 穴寿命为。 (1)写出光照下过剩载流子所满足的方程; (2)求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度。 3. 有一块n 型硅样品,寿命是1us ,无光照时电阻率是10??cm 。今用光照射该样品,光被半导体均匀的吸收,电子-空穴对的产生率是1022cm -3s-1,试计算光照下样品的电阻率,并求电导中少数在流子的贡献占多大比例 s cm p U s cm p U p 31710 10010 313/10U 100,/10613 ==?= ====?-??-τ τμτ得:解:根据?求:已知:τ τ τ ττ g p g p dt p d g Ae t p g p dt p d L L t L =?∴=+?-∴=?+=?+?-=?∴-. 00 )2()(达到稳定状态时,方程的通解:梯度,无飘移。 解:均匀吸收,无浓度cm s pq nq q p q n pq np cm q p q n cm g n p g p p n p n p n p n L /06.396.21.0500106.1101350106.11010.0:101 :1010100 .19 16191600'000316622=+=???+???+=?+?++=+=Ω=+==?==?=?=+?-----μμμμμμσμμρττ光照后光照前光照达到稳定态后

4. 一块半导体材料的寿命=10us ,光照在材料中会产生非平衡载流子,试求光照突然停止20us 后,其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几 5. n 型硅中,掺杂浓度N D =1016cm -3, 光注入的非平衡载流子浓度n=p=1014cm -3。计算无光照和有光照的电导率。 6. 画出p 型半导体在光照(小注入)前后的能带图,标出原来的的费米能级和光照时的准费米能级。 % 2606.38.006.3500106.1109. ,.. 32.0119 161 0' '==???=?∴?>?Ω==-σσ ρp u p p p p cm 的贡献主要是所以少子对电导的贡献献 少数载流子对电导的贡Θ。 后,减为原来的光照停止%5.1320%5.13) 0() 20()0()(1020 s e p p e p t p t μτ ==???=?--cm s q n qu p q n p p p n n n cm p cm n cm p n cm n K T n p n i /16.21350106.110:,/1025.2,10/10.105.1,30019160000003403160314310=???=≈+=?+=?+=?===?=??==---μμσ无光照则设半导体的迁移率) 本征 空穴的迁移率近似等于的半导体中电子、 注:掺杂有光照131619140010(/19.20296.016.2)5001350(106.11016.2)(: --=+=+???+≈+?++=+=cm cm s nq q p q n pq nq p n p n p n μμμμμμσ

半导体物理期末试卷(含部分答案

一、填空题 1.纯净半导体Si 中掺错误!未找到引用源。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。 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 复合作用 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,对于强p 型和 强n 型材料,小注入时寿命τn 为 ,寿命τp 为 . 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 q n n 0=μ ,称为 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、有3个硅样品,其掺杂情况分别是:甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9.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,那么 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。 10.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) 。 11.指出下图各表示的是什么类型半导体? 12. 以长声学波为主要散射机构时,电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 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 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数,电子占据(E F +kT )能级的几率 B 。 A .等于空穴占据(E F +kT )能级的几率 B .等于空穴占据(E F -kT )能级的几率 C .大于电子占据E F 的几率 D .大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C .价带顶 D .费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体,费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C .经过一极小值趋近E i D .经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零,则该半导体必定_D _。 A .不含施主杂质 B .不含受主杂质 C .不含任何杂质 D .处于绝对零度

半导体物理学题库20121229

1.固体材料可以分为 晶体 和 非晶体 两大类,它们之间的主要区别是 。 2.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。 3.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。 4.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。 5.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, 为非 简并条件; 为弱简并条件; 简并条件。 6.空穴是半导体物理学中一个特有的概念,它是指: ; 7.施主杂质电离后向 带释放 ,在材料中形成局域的 电中心;受主杂质电离后 带释放 , 在材料中形成 电中心; 8.半导体中浅能级杂质的主要作用是 ;深能级杂质所起的主要作用 。 9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________;本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。 10.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 。 11.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 。 12.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 和 有关,而与 、 无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度 12. 指出下图各表示的是什么类型半导体? 13.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 。 14.非平衡载流子通过 复合作用 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,对于强p 型和 强n 型材料,小注入时寿命τn 为 ,寿命τp 为 . 15. 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 n n 0=μ ,称为 爱因斯坦 关系式。 16.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。 17.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 。

半导体物理习题及解答

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 刘诺 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) = ;Eg (Ge:0K) = ; 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 刘诺编 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。 2-3、什么叫受主什么叫受主电离受主电离前后有何特征试举例说明之,并用能带图表征出p型半导体。

半导体物理习题答案

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。

半导体物理学期末复习试题及答案一

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

半导体物理学 (第七版) 习题答案

半导体物理习题解答 1-1.(P 32)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)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h -0 2 23m k h ; m 0为电子惯性质量,k 1=1/2a ;a =0.314nm 。试求: 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禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(=0232m k h +0 12)(2m k k h -=0;可求出对应导带能量极小值E min 的k 值: k min = 14 3 k , 由题中E C 式可得:E min =E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ; 由题中E V 式可看出,对应价带能量极大值Emax 的k 值为:k max =0; 并且E min =E V (k)|k=k max =02126m k h ;∴Eg =E min -E max =021212m k h =2 02 48a m h =11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????=0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=;∴ m n =022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=,∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k =h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1-2.(P 33)晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/m ,107V/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] 设电场强度为E ,∵F =h dt dk =q E (取绝对值) ∴dt =qE h dk

半导体物理习题与问题

半导体物理习题与问题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

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。

半导体物理学第七版 完整课后题答案

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)与价带极大值附近 能量E V (k)分别为: E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。试求: 为电子惯性质量,nm a a k 314.0,1==π (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) eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064 30382324 30)(2320212102 2 20 202 02022210 1202==-==<-===-== >=+== =-+ηηηηηηηη因此:取极大值处,所以又因为得价带: 取极小值处,所以:在又因为:得:由导带: 04 3222* 83)2(1m dk E d m k k C nC ===η

s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3)()()4(6 )3(25104300222* 11-===?=-=-=?=-==ηηηηη所以:准动量的定义: 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 -?=?η s a t s a t 13719282 1911027.810106.1) 0(1027.810106.1) 0(----?=??--= ??=??-- =?π πηη 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与分布图) Si 在(100),(110)与(111)面上的原子分布如图1所示: (a)(100)晶面 (b)(110)晶面

半导体物理第四章习题答案

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:

相关文档
最新文档