半导体物理与器件第三版(尼曼)06章答案

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半导体器件物理习题答案

半导体器件物理习题答案

半导体器件物理习题答案1、简要的回答并说明理由:①p+-n结的势垒宽度主要决定于n 型一边、还是p型一边的掺杂浓度?②p+-n结的势垒宽度与温度的关系怎样?③p+-n结的势垒宽度与外加电压的关系怎样?④Schottky 势垒的宽度与半导体掺杂浓度和温度分别有关吗?【解答】①p+-n结是单边突变结,其势垒厚度主要是在n型半导体一边,所以p+-n结的势垒宽度主要决定于n型一边的掺杂浓度;而与p型一边的掺杂浓度关系不大。

因为势垒区中的空间电荷主要是电离杂质中心所提供的电荷(耗尽层近似),则掺杂浓度越大,空间电荷的密度就越大,所以势垒厚度就越薄。

②因为在掺杂浓度一定时,势垒宽度与势垒高度成正比,而势垒高度随着温度的升高是降低的,所以p+-n结的势垒宽度将随着温度的升高而减薄;当温度升高到本征激发起作用时,p-n结即不复存在,则势垒高度和势垒宽度就都将变为0。

③外加正向电压时,势垒区中的电场减弱,则势垒高度降低,相应地势垒宽度也减薄;外加反向电压时,势垒区中的电场增强,则势垒高度升高,相应地势垒宽度也增大。

④Schottky势垒区主要是在半导体一边,所以其势垒宽度与半导体掺杂浓度和温度都有关(掺杂浓度越大,势垒宽度越小;温度越高,势垒宽度也越小)。

2、简要的回答并说明理由:①p-n结的势垒高度与掺杂浓度的关系怎样?②p-n结的势垒高度与温度的关系怎样?③p-n结的势垒高度与外加电压的关系怎样?【解答】①因为平衡时p-n结势垒(内建电场区)是起着阻挡多数载流子往对方扩散的作用,势垒高度就反映了这种阻挡作用的强弱,即势垒高度表征着内建电场的大小;当掺杂浓度提高时,多数载流子浓度增大,则往对方扩散的作用增强,从而为了达到平衡,就需要更强的内建电场、即需要更高的势垒,所以势垒高度随着掺杂浓度的提高而升高(从Fermi 能级的概念出发也可说明这种关系:因为平衡时p-n结的势垒高度等于两边半导体的Fermi 能级的差,当掺杂浓度提高时,则Fermi能级更加靠近能带极值[n型半导体的更靠近导带底,p型半导体的更靠近价带顶],使得两边Fermi能级的差变得更大,所以势垒高度增大)。

半导体物理与器件第三版(尼曼)04章答案

半导体物理与器件第三版(尼曼)04章答案
= C1
EC
z

C
F

F
1
C
EC
4.13 Computer Plot 4.14 Let g C ( E ) = K = constant Then, nO =
EC
z

g C ( E ) f F ( E )dE
so that dE = kT ⋅ dη kT We can write E − E F = E − EC + EC − E F Then − EC − E F nO = C1 exp kT
F −xI = 0 H kT K
4.3 Computer Plot
FG − E IJ H kT K So n aT f F T I L F 1 − 1 IJ OP = G J exp M − E G n aT f H T K N H kT kT K Q
ni = N CO N VO ⋅ (T ) ⋅ exp
Let E − E C ≡ x Then gC f F ∝
LM −a E − E f OP N kT Q LM −a E − E f OP expLM −a E − E f OP exp N kT Q N kT Q
E − E C exp
F C C F
x exp
Then
. I F 112 FTI = b2.912 x10 g exp H kT K H 300 K
* *
E1 = E C + 4 kT and E 2 = E C + Then
kT 2
a f= na E f
n E1
2
or
LM −a E − E f OP N kT Q kT 2 LM F 1 I OP = 2 2 exp(−3.5) = 2 2 exp − 4 − N H 2K Q na E f = 0.0854 na E f

半导体物理课后习题答案(精)

半导体物理课后习题答案(精)

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Ec(k)和价带极大值附近能量EV(k)分别为:h2k2h2(k-k1)2h2k213h2k2Ec= +,EV(k)=-3m0m06m0m0m0为电子惯性质量,k1=(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)导带:2 2k2 2(k-k1)由+=03m0m03k14d2Ec2 22 28 22=+=>03m0m03m0dk得:k=所以:在k=价带:dEV6 2k=-=0得k=0dkm0d2EV6 2又因为=-<0,所以k=0处,EV取极大值2m0dk2k123=0.64eV 因此:Eg=EC(k1)-EV(0)=412m02=2dECdk23m0 8πa,a=0.314nm。

试求: 3k处,Ec取极小值4 (2)m*nC=3k=k14(3)m*nV 2=2dEVdk2=-k=01m06(4)准动量的定义:p= k所以:∆p=( k)3k=k14 3-( k)k=0= k1-0=7.95⨯10-25N/s42. 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:f=qE=h(0-∆t1=-1.6⨯10∆k ∆k 得∆t= ∆t-qEπa)⨯10)=8.27⨯10-13s2-19=8.27⨯10-8s (0-∆t2=π-1.6⨯10-19⨯107第三章习题和答案100π 21. 计算能量在E=Ec到E=EC+ 之间单位体积中的量子态数。

*22mLn31*2V(2mng(E)=(E-EC)2解232πdZ=g(E)dEdZ 单位体积内的量子态数Z0=V22100π 100h Ec+Ec+32mnl8mnl1*2(2mn1V Z0=g(E)dE=⎰(E-EC)2dE23⎰VEC2π EC 23100h*2 =V(2mn2(E-E)Ec+8m*L2Cn32π2 3Ecπ =10003L32. 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式(3-6)。

半导体物理课后习题解答

半导体物理课后习题解答

半导体物理课后习题解答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)=223m k h +22)1(m k k h -和E v (k)=226m k h -223m 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dkk dEc )(=232m k h +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 =143k , 由题中E C 式可得:E min =E C (K)|k=k min =2104k mh ;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 =2126m k h ;∴Eg =E min -E max =21212m k h =20248a m h=112828227106.1)1014.3(101.948)1062.6(----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=0.64eV②导带底电子有效质量m n02020********m h m h m h dkE d C =+=;∴ m n=22283/m dkE d h C =③价带顶电子有效质量m ’02226m h dk E d V -=,∴222'61/m dk E d h m V n-==④准动量的改变量h △k =h (k min -k max)= ah kh 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 dtdk =qE (取绝对值) ∴dt =qE h dk∴t=⎰t dt 0=⎰a qE h 21dk =aqE h 21代入数据得: t =E⨯⨯⨯⨯⨯⨯--1019-34105.2106.121062.6=E6103.8-⨯(s )当E =102V/m 时,t =8.3×10-8(s );E =107V/m 时,t =8.3×10-13(s )。

半导体器件物理施敏课后答案

半导体器件物理施敏课后答案

半导体器件物理施敏课后答案【篇一:半导体物理物理教案(03级)】>学院、部:材料与能源学院系、所;微电子工程系授课教师:魏爱香,张海燕课程名称;半导体物理课程学时:64实验学时:8教材名称:半导体物理学2005年9-12 月授课类型:理论课授课时间:2节授课题目(教学章节或主题):第一章半导体的电子状态1.1半导体中的晶格结构和结合性质1.2半导体中的电子状态和能带本授课单元教学目标或要求:了解半导体材料的三种典型的晶格结构和结合性质;理解半导体中的电子态, 定性分析说明能带形成的物理原因,掌握导体、半导体、绝缘体的能带结构的特点本授课单元教学内容(包括基本内容、重点、难点,以及引导学生解决重点难点的方法、例题等):1.半导体的晶格结构:金刚石型结构;闪锌矿型结构;纤锌矿型结构2.原子的能级和晶体的能带3.半导体中电子的状态和能带(重点,难点)4.导体、半导体和绝缘体的能带(重点)研究晶体中电子状态的理论称为能带论,在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了,本节把重要的内容和思想做简要的回顾。

本授课单元教学手段与方法:采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授本授课单元思考题、讨论题、作业:作业题:44页1题本授课单元参考资料(含参考书、文献等,必要时可列出)1.刘恩科,朱秉升等《半导体物理学》,电子工业出版社2005?2.田敬民,张声良《半导体物理学学习辅导与典型题解》?电子工业出版社20053. 施敏著,赵鹤鸣等译,《半导体器件物理与工艺》,苏州大学出版社,20024. 方俊鑫,陆栋,《固体物理学》上海科学技术出版社5.曾谨言,《量子力学》科学出版社注:1.每单元页面大小可自行添减;2.一个授课单元为一个教案;3. “重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体;4.授课类型指:理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。

授课类型:理论课授课时间:2节授课题目(教学章节或主题):第一章半导体的电子状态1.3半导体中的电子运动——有效质量1.4本征半导体的导电机构——空穴本授课单元教学目标或要求:理解有效质量和空穴的物理意义,已知e(k)表达式,能求电子和空穴的有效质量,速度和加速度本授课单元教学内容(包括基本内容、重点、难点,以及引导学生解决重点难点的方法、例题等):1.半导体中e(k)与k的关系(重点,难点)2.半导体中电子的平均速度3.半导体中电子的加速度4.有效质量的物理意义(重点,难点)【篇二:《半导体器件物理》理论课程教学大纲】=txt>课程编码:01222316 课程模块:专业方向课修读方式:限选开课学期:5 课程学分:2.5课程总学时:51 理论学时:36实践学时:15一、课程性质、内容与目标本课程是高等学校本科集成电路设计与集成系统、微电子技术专业必修的一门专业主干课,是研究集成电路设计和微电子技术的基础课程。

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

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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)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)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。

半导体物理第六章习题答案

半导体物理第六章习题答案

第6章 p-n 结1、一个Ge 突变结的p 区n 区掺杂浓度分别为N A =1017cm -3和N D =5´1015cm -3,求该pn 结室温下的自建电势。

解:pn 结的自建电势结的自建电势 2(ln)D A D iN N kT V qn=已知室温下,0.026kT =eV ,Ge 的本征载流子密度1332.410 cm i n -=´代入后算得:1517132510100.026ln0.36(2.410)D V V ´´=´=´4.4.证明反向饱和电流公式(证明反向饱和电流公式(证明反向饱和电流公式(6-356-356-35)可改写为)可改写为)可改写为2211()(1)i s n n p p b k T J b q L L s s s =++ 式中npb m m =,n s 和p s 分别为n 型和p 型半导体电导率,i s 为本征半导体电导率。

证明:将爱因斯坦关系式p p kT D qm =和nnkT D q m =代入式(式(6-356-356-35))得 0000()p n p n S p n n pn p n p p nn p J kT n kT p kT L L L L m m m m m m =+=+因为002i p p n n p=,002i n nn p n =,上式可进一步改写为,上式可进一步改写为00221111()()S n p i n p i n p p p n n n p p nJ kT n qkT n L p L n L L m m m m m m s s =+=+ 又因为又因为()i i n p n q s m m =+22222222()(1)i i n p i p n q n q b s m m m =+=+即22222222()(1)i i i n p p n q q b s s m m m ==++ 将此结果代入原式即得证将此结果代入原式即得证2222221111()()(1)(1)n p i i Sp np pn np pnqkT b kT J q b LL q b L L m m s s mssss=+=××+++ 注:严格说,迁移率与杂质浓度有关,因而同种载流子的迁移率在掺杂浓度不同的p 区和n区中并不完全相同,因而所证关系只能说是一种近似。

半导体物理与器件答案

半导体物理与器件答案

半导体物理与器件答案半导体物理与器件答案篇一:半导体物理习题及答案复习思索题与自测题第一章1. 原子中的电子和晶体中电子受势场作用状况以及运动状况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参加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互相作用势的束缚作用下以电子XX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。

当原子相互靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍旧组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子则参加原子间的互相作用,应当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像,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像。

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,因此能带愈窄.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的改变状况不同,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。

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+( g − R ) =
∂(δn )
µ n µ p ( p − n) µ nn + µ p p
∂(δn ) ∂t Q.E.D.
+ gp − and
τp
=
Then we have D ′∇ (δn ) + µ ′Ε • ∇(δn ) + ( g − R ) =
2
(2) Dn ∇ (δn ) + µ n Ε • ∇(δn ) + n∇ • Ε
n O p O n p n p
a
f
n = 3.6 x10 cm Also p= ni
2
In steady-state, δp = g ′τ So that
3.6 x10 n We have µ n = 3900 , µ p = 1900 Dn = 101 , D p = 49.2 Now D′ = Dn D p (n + p )
FG −t IJ Hτ K
pO
b
2
At t = 0 , δp = 0 so that 0 = g ′τ pO + A ⇒ A = − g ′τ pO Then
µ ′ = −868 cm / V − s
Now n p 3.6 x10
13
τn
=
τp

τn
=
1.6 x10
13
24 µs
which yields τ n = 54 µs 6.10 σ = eµ n n + eµ p p With excess carriers present n = nO + δn and p = pO + δp For an n-type semiconductor, we can write δn = δp ≡ δp
= or
g (101)b3.6 x10 g + (49.2)b1.6 x10 g
(101)(49.2) 3.6 x1013 + 1.6 x1013
13 13
Dn n + Dp p
b
(δp) H = A exp
FG −t IJ Hτ K
pO
and the particular solution is (δp) P = g ′τ pO so that the total solution is
19 −3 −1
G= (c)
2.25 x10 20 x10
4
−6
⇒ G = 1125 . x10 cm s
9 9 −3 −1
−3
−1
δp τ pO
=
5 x10 10
13
−6
R = G = 1125 . x10 cm s 6.4 (a) E = hν = or E = 3.15 x10 photon. Now hc
∂(δn ) ∂t
=
∂(δp ) ∂t
Also gn = g p ≡ g , p
Dp ∇ p − µ p (Ε • ∇p + p∇ • Ε )
2
τp
=
n
τn
≡R
+gp −
p
τp
=
∂p ∂t
Then we can write (1) Dp ∇ (δn) − µ p Ε • ∇(δn) + p∇ • Ε
+
bµ nD + µ pD g∇ (δn)
2 p p n
= g p − R p = 10 − 2 x10 ⇒
20 19
+ µ n µ p ( p − n )Ε • ∇(δn ) + µ n n + µ p p ( g − R) = µ n n + µ p p
dFp dx
+
= 8 x10 cm s
19
2
+g − R = 6.6 From Equation [6.18] ∂p p + = −∇ • Fp + g p − τp ∂t For steady-state, Then
+
∂(δn ) ∂t
and (2) Dn ∇ (δn ) + µ n Ε • ∇(δn ) + n∇ • Ε
2
∂p ∂t
=0
b2.4 x10 g =
13
∆σ = e µ n + µ p g ′τ pO
= 1.6 x10 cm
13 −3
b
gb g
6.11 n-type, so that minority carriers are holes. Uniform generation throughout the sample means we have ∂(δp ) δp = g′ − ∂t τ pO Homogeneous solution is of the form
Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 3rd edition Solutions Manual
Chapter 6 Problem Solutions
Chapter 6
Problem Solutions
6.1 n-type semiconductor, low-injection so that R′ = or R ′ = 5 x10 cm s
δp = g ′τ pO 1 − exp
pO n O p O n p n O n p −19 16 −19 21 −7 pO
LM N
Then
67
Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 3rd edition Solutions Manual
Then σ = eµ n nO + δp + eµ p pO + δp
n=
Nd 2
13
+
= 10 + or
13
F N I +n H2K b10 g + b2.4 x10 g
2 d 2 i 13 2 13 −3 13 2
2
a f or σ = eµ n + eµ p + eb µ + µ g(δp) so ∆σ = eb µ + µ g(δp)
6.2 (a) RnO = and nO = Then RnO = (b) Rn = so ∆Rn = Rn − RnO = 5 x10 − 5 x10 ⇒
18 10
λ
−19
= J
b6.625x10 gb3x10 g
−34 8
6300 x10
−10பைடு நூலகம்
nO
This is the energy of 1
τ nO
Chapter 6 Problem Solutions
∇ • Fp = µ p (Ε • ∇p + p∇ • Ε ) − Dp ∇ p
+ 2
By charge neutrality δn = δp ≡ δn ⇒ ∇(δn) = ∇(δp) and ∇ (δn ) = ∇ (δp ) and
2 2
Then ∂p p 2 = − µ p (Ε • ∇p + p∇ • Ε ) + D p ∇ p + g p − τp ∂t We can then write
Chapter 6 Problem Solutions
σ = 8 + 0.114 1 − exp
where τ pO = 10 6.12 n-type GaAs:
−7
LM N
FG −t IJ OP Hτ KQ
pO
6.14 (a) p-type GaAs, Dn ∇ (δn ) + µ n Ε • ∇(δn ) + g ′ −
n p n p n p
b
g
g
b
g ∂(∂δtn)
= −2 x10 cm s
19
−3
−1
6.8 We have the continuity equations (1) Dp ∇ (δp) − µ p Ε • ∇(δp) + p∇ • Ε
2
∂t Define µ n nD p + µ p pDn Dn Dp (n + p ) D′ = = µ nn + µ p p Dn n + D p p p ∂(δp ) ∂t and µ ′ =
2
+ gn −
n
τn
=
∂(δn ) ∂t
66
Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 3rd edition Solutions Manual 6.9 For Ge: T = 300 K , ni = 2.4 x10 cm
13 −3
Chapter 6 Problem Solutions
ni
2
pO
b10 g =
10
2
10
16
= 10 cm
4
−3
1 W = 1 J / s ⇒ 3.17 x10
18
photons/s
+3
Volume = (1)(0.1) = 0.1 cm Then
10 −3 −1
10
4 −7
2 x10
⇒ RnO = 5 x10 cm s 10
12 −7
g=
317 . x10 0.1
−3
−1
b
Divide by µ n n + µ p p , then
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