半导体物理与器件课后习题2

半导体物理与器件课后习题2
半导体物理与器件课后习题2

习题2

3.14 图3.35所示色E-k 关系曲线表示了两种可能的价带。说明其中哪一种对应的空穴有效质量较大。为什么?

解:图中B 曲线对应的空穴有效质量较大

空穴的有效质量: 2222*

11m k

d E d p ?= 图中曲线A 的弯曲程度大于曲线B

故 B A

k d E d k d E d 222222>

∴()()*

*

m m B p A p <

3.16 图3.37所示为两种不同半导体材料导带中电子的E-k 关系抛物线,试确定两种电子的有效质量(以自由电子质量为单位)。

解:E-k 关系曲线k=0附近的图形 近似于抛物线故有:*2

m 2k n

C E E =- 由图可知 0=C E

①对于A 曲线

有()0.55me kg 104.97 1006.107.01011.010055.12k m 3119-2

10-234-22*≈?=????? ?????==-E A n )( ②对于B 曲线有

()0.055me kg 104.97 1006.17.01011.010055.12k m 3219-2

10-234-22*≈?=????? ?????==-E B n )(

3.20 硅的能带图3.23b 所示导带的最小能量出现在[100]方向上。最小值附近一维方向上的能量可以近似为

)(c o s 010k k E E E --=α

其中0k 是最小能量的k 值。是确定0k k =时的粒子的有效质量。

解:导带能量最小值附近一维方向上的能量

)(cos 010k k E E E --=α )(cos 012222k k E k

d E d -=∴αα 当0k k =时 1)(cos 0=-k k α; 12222E k d E d α= 又2222*1m 1k d E d n =

∴0k k =时粒子的有效质量为:122

*m E n

α =

3.24 试确定T=300K 时GaAs 中T E E k -v v 和之间的总量子态数量。

解:根据()E E h E V V -=323*p 2m

π4)(g

当T=300K 时 GaAs 中T E E V V k -和之间总量子态数量:

()()()()()()()()3

72

3

233342331-23323*p k 233

23*p k 3

23*p 1028.33001038.132106262.610

9.1090.672π4322m

π4322m

π42m

π4)(g ------?≈??????==-??? ??-=-=?cm kT h E E h dE E E h E V V V V E T E V E T E V T 3.37 某种材料T=300K 时的费米能级为6.25eV 。该材料中的电子符合费米-狄拉克函数。(a )求 6.50eV 处能级被电子占据的概率。(b )如果温度上升为T=950K ,重复前面的计算(假设F E 不变).(c)如果比费米能级低0.03eV 处能级为空的概率是1%。此时温度为多少?

解:根据费米-狄拉克分布函数:??? ??-+=kT E E E F F exp 11

)(f (a )在6.50eV 处能级被电子占据的概率:

%1037.61038.1300106.125.6-50.6exp 11)(f 323-19--?≈??

????????+=)(E F

(b )温度上升为950K 时 6.50eV 能级被占据概率:

%1052.41038.1950106.125.6-50.6exp 11)(f 323-19--?≈??

????????+=)(E F

(c )有题意可知比费米能级低0.3eV 处能级为空的概率为1%,即被占据的概率为99%

K T In T kT e kT e kT 7570101.011038.11060.13.00101.013.0exp 99.013.0exp 199.0e 3.0-exp 112319=??? ??=?÷?=??? ??=??? ??-+=??? ??+∴--解得: 故此时温度为757K

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 )

半导体物理器件期末考试试题(全)

---------------------------------------------------------------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

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

最新尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复习题

尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复 习题

第一章固体晶体结构 (3) 小结 (3) 重要术语解释 (3) 知识点 (3) 复习题 (3) 第二章量子力学初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 第三章固体量子理论初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 知识点 (5) 复习题 (5) 第四章平衡半导体 (6) 小结 (6) 重要术语解释 (6) 知识点 (6) 复习题 (7) 第五章载流子运输现象 (7) 小结 (7) 重要术语解释 (8) 知识点 (8) 复习题 (8) 第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (8) 小结 (8) 重要术语解释 (9) 知识点 (9) 复习题 (10) 第七章pn结 (10) 小结 (10) 重要术语解释 (10) 知识点 (11) 复习题 (11) 第八章pn结二极管 (11) 小结 (11) 重要术语解释 (12) 知识点 (12) 复习题 (13) 第九章金属半导体和半导体异质结 (13) 小结 (13) 重要术语解释 (13) 知识点 (14) 复习题 (14) 第十章双极晶体管 (14)

小结 (14) 重要术语解释 (15) 知识点 (16) 复习题 (16) 第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (16) 小结 (16) 重要术语解释 (17) 知识点 (18) 复习题 (18) 第十二章金属-氧化物-半导体场效应管:概念的深入 (18) 小结 (19) 重要术语解释 (19) 知识点 (19) 复习题 (20)

第一章固体晶体结构 小结 1.硅是最普遍的半导体材料。 2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。晶胞是晶体 中的一小块体积,用它可以重构出整个晶体。三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。 3.硅具有金刚石晶体结构。原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。 二元半导体具有闪锌矿结构,它与金刚石晶格基本相同。 4.引用米勒系数来描述晶面。这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。密勒 系数也可以用来描述晶向。 5.半导体材料中存在缺陷,如空位、替位杂质和填隙杂质。少量可控的替位杂 质有益于改变半导体的特性。 6.给出了一些半导体生长技术的简单描述。体生长生成了基础半导体材料,即 衬底。外延生长可以用来控制半导体的表面特性。大多数半导体器件是在外延层上制作的。 重要术语解释 1.二元半导体:两元素化合物半导体,如GaAs。 2.共价键:共享价电子的原子间键合。 3.金刚石晶格:硅的院子晶体结构,亦即每个原子有四个紧邻原子,形成一个 四面体组态。 4.掺杂:为了有效地改变电学特性,往半导体中加入特定类型的原子的工艺。 5.元素半导体:单一元素构成的半导体,比如硅、锗。

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

《半导体物理与器件》习题库

《半导体物理与器件》习题库 目录 《半导体物理与器件》习题库 (1) 第1章思考题和习题 (2) 第2章思考题和习题 (3) 第3章思考题和习题 (6) 第4章思考题和习题 (10) 第5章半导体器件制备技术 (12) 第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)

第1章思考题和习题 1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少? 2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。 4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。 5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。 7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求: (a)计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 (b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少? 8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。 10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。 11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅,室温下计算: (a)光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子,是否为小注

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

半导体物理与器件复习

半导体物理与器件复习 一、选择填空 1. 非平衡载流子寿命公式 2. 本征载流子浓度公式 3. 本征半导体概念 4. 半导体功函数概念 5. 单位晶胞中原子占据的百分比,原子的数目 6. N型半导体,P型半导体的概念 7. 载流子的迁移率和扩散系数,爱因斯坦关系式,影响载流子的迁移率的因素,两种散射机制 8. PN结击穿的类型,机制 9.金属、半导体、绝缘体的本质区别,半导体的几种类型 二、名词解释和简答题 1. 空间电荷区,存储时间,费米能级,准费米能级,肖特基接触,非本征半导体,简并半导体,直接带隙半导体,电子有效质量,雪崩击穿,单边突变结,电子有效质量,双极输运,欧姆接触,本征半导体,非简并半导体,间接带隙半导体 2. 什么是单边突变结?为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽? 3.为什么随着掺杂浓度的增大,击穿电压反而下降? 4. 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。 5.漂移运动和扩散运动有什么不同?对于非简并半导体而言,迁移

率和扩散系数之间满足什么关系? 6. 什么叫统计分布函数?并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别? 7. 画出肖特基二极管和pn结二极管的正偏特性曲线;并说明它们之间的差别。 8. 空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 9. 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。 10. 什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点? 11. 何谓杂质补偿?杂质补偿的意义何在? 12. 何谓非平衡载流子?非平衡状态与平衡状态的差异何在? 13. 什么是声子? 它对半导体材料的电导起什么作用? 三计算题 作业题:3-37,3-40,4-47,7-8,8-6 最后一门学位课,一定要认真复习。

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。

半导体物理与器件第四版课后习题答案3

Chapter 3 3.1 If o a were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal. If o a were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator. ________________________ _______________ 3.2 Schrodinger's wave equation is: ()()() t x x V x t x m , , 22 2 2 ψ ? + ? ψ ? - () t t x j ? ψ ? = , Assume the solution is of the form: AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF ()()??? ????????? ????? ??-=ψt E kx j x u t x exp , Region I: ()0=x V . Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: ()??? ????????? ????? ??-?????-t E kx j x jku x m exp 22 ()?? ??????????????? ????? ??-??+ t E kx j x x u exp ()??? ????????? ????? ??-???? ??-=t E kx j x u jE j exp which becomes ()()??? ????????? ????? ??-???-t E kx j x u jk m exp 22 2 ()??? ????????? ????? ??-??+t E kx j x x u jk exp 2 ()?? ? ?????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp 2 2 ()??? ????????? ????? ??-+=t E kx j x Eu exp This equation may be written as ()()()()0222222 =+??+??+-x u mE x x u x x u jk x u k Setting ()()x u x u 1 = for region I, the equation becomes: ()() () ()0212212 12=--+x u k dx x du jk dx x u d α where 2 2 2 mE = α Q.E.D. In Region II, ()O V x V =. Assume the same

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