半导体物理学期末复习试题及答案二
《半导体物理学》试题与及答案
练习1-课后习题7
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
锑化铟的禁带宽度E g = 0.18 e V ，相对介电常数 εr = 17 ，电子的 有效质量mn∗ = 0.015 m0， m 0为电子的惯性质量，求 ⅰ）施主杂质的电离能， ⅱ）施主的弱束缚电子基态轨道半径。
解：
练习2
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
所以样品的电导率为： q(n0 n p0 p )
代入数据得，电导率为2.62 ×1013S/cm 所以，电场强度 E J 1.996103 mA / cm
作业-课后习题2
第四章 半导体的导电性
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1450cm2/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？（ni=1.5×1010cm-3; Si原子浓度为 =5.0×1022cm-3,假定掺杂后电子迁移率为900cm2/V·S)
m0为电子惯性质量，k1=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。
练习2-课后习题2
第一章 半导体中的电子状态
2.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和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。
所以，300k时，
nT 300
(1.05 1019
5.7
1018 )
exp(
0.67 1.61019 21.381023 300)
1.961013cm3
77k时，
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。
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 qn 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） 。
北京大学半导体物理期末考试真题及答案
33C F V F E E kT E E kT −≤−≤或装 订 线 内 请 勿 答 题4、俄歇复合 参考答案：电子与空穴复合的方式之一，属非辐射复合，其中没有光子的发射。
载流子从高能级向低能级跃迁，发生导带电子与价带空穴复合时，不是通过辐射光子或声子的方式释放能量，而是通过碰撞将多余的能量传递给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去。
然后，获得高能的载流子通过与晶格的连续散射方式（不断放出声子）逐渐释放其较高动能的过程。
带间俄歇复合在窄禁带半导体中及高温情况下起着重要作用，而与杂质和缺陷有关的俄歇复合过程，则常常是影响半导体发光器件发光效率的重要原因。
5、PN 结电容 参考答案：描述PN 结中存储电荷量随外加电压发生变化的物理量，定义为：T dQC dV=。
PN 结中具有电荷存储效应的因素包括：空间电荷耗尽区的耗尽电荷和外加偏压后的过剩少子注入，分别对应于空间电荷区势垒电容和过剩少子的扩散电容。
（1）势垒电容C TPN 结上外加电压的变化，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压变化，这种电容效应称为势垒电容。
在耗尽层近似下，PN 结反向偏压下的势垒电容可以等效为一个平行板电容器的电容。
（2）扩散电容C DPN 结加正向偏压时，由于少子的注入，在扩散区内，都有一定数量的少子和等量的多子的积累，而且它们的浓度随正向偏压的变化而变化，从而形成了扩散电容：D Dp Dn C C +C =。
由于扩散电容随正向偏压按指数关系增加，所以在大的正向偏压时，扩散电容起主要作用。
二、（每题10分，共30分）1. 假设Si 半导体中N 型杂质的掺杂浓度为d N ，P 型杂质的掺杂浓度为a N ，请写出该半导体的电中性条件表达式；如果d a N N >，写出在热平衡和完全电离条件下，载流子（n 和p ）浓度的表达式。
参考答案：（1）电中性条件表达式a a d d n N p p N n +−=+−其中，N d 和P a 分别是没有电离的施主和受主浓度。
最新电子科技大学半导体物理期末考试试卷试题答案
电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题卷（120分钟）考试形式：闭卷考试日期200 7年1 月14日注：1、本试卷满分70分，平时成绩满分15分，实验成绩满分15分；2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。
课程成绩构成：平时分，期中分，实验分，期末分一、选择填空（含多选题）（2×20=40分）1、锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。
A. 金刚石型和直接禁带型B. 闪锌矿型和直接禁带型C. 金刚石型和间接禁带型D. 闪锌矿型和间接禁带型2、简并半导体是指（ A ）的半导体。
A、(E C-E F)或(E F-E V)≤0B、(E C-E F)或(E F-E V)≥0C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015 cm-3，则该半导体为（B）半导体；其有效杂质浓度约为（ E ）。
A. 本征，B. n型，C. p型，D. 1.1×1015cm-3,E. 9×1014cm-34、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ），并且该乘积和（E、F ）有关，而与（ C、D ）无关。
A、变化量；B、常数；C、杂质浓度；D、杂质类型；E、禁带宽度；F、温度5、在一定温度下，对一非简并n型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i；如果增加掺杂浓度，有可能使得（C ）进入（A ），实现重掺杂成为简并半导体。
A、E c；B、E v；C、E F；D、E g；E、E i。
67、如果温度升高，半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是（C）。
A、变大，变大B、变小，变小C、变小，变大D、变大，变小8、最有效的复合中心能级的位置在（D ）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C ）附近，并且常见的是（ E ）陷阱。
半导体物理习题及答案
半导体物理习题及答案复习思考题与自测题1.原子中的电子与晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子与外层电子参与共有化运动有何不同。
答:原子中的电子就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;而晶体中的电子就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,与孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们瞧成就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。
惯性质量描述的就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,就是否如此,为什么？答:不就是,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、就是否如此,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。
半导体物理习题及答案
半导体物理习题及答案(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
最新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。
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 qnn 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） 。
半导体器件物理复习题答案
半导体器件物理复习题答案一、选择题1. 半导体材料中，导电性介于导体和绝缘体之间的是：A. 导体B. 绝缘体C. 半导体D. 超导体答案：C2. PN结形成后，其空间电荷区的电场方向是：A. 由N区指向P区B. 由P区指向N区C. 垂直于PN结界面D. 与PN结界面平行答案：B3. 在室温下，硅的本征载流子浓度大约是：A. \(10^{10}\) cm\(^{-3}\)B. \(10^{12}\) cm\(^{-3}\)C. \(10^{14}\) cm\(^{-3}\)D. \(10^{16}\) cm\(^{-3}\)答案：D二、简答题1. 解释什么是PN结，并简述其工作原理。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体接触形成的结构。
P型半导体中空穴是多数载流子，N型半导体中电子是多数载流子。
当P型和N型半导体接触时，由于扩散作用，空穴和电子会向对方区域扩散，形成空间电荷区。
在空间电荷区，由于电荷的分离，产生一个内建电场，这个电场的方向是从N区指向P区。
这个内建电场会阻止进一步的扩散，最终达到动态平衡，形成PN结。
2. 描述半导体中的扩散和漂移两种载流子运动方式。
答案：扩散是指由于浓度梯度引起的载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动。
漂移则是指在外加电场作用下，载流子受到电场力的作用而产生的定向运动。
扩散和漂移共同决定了半导体中的电流流动。
三、计算题1. 假设一个PN结的内建电势差为0.7V，求其空间电荷区的宽度。
答案：设PN结的空间电荷区宽度为W，内建电势差为Vbi，则有：\[ V_{bi} = \frac{qN_{A}N_{D}}{2\varepsilon}W \] 其中，q是电子电荷量，\( N_{A} \)和\( N_{D} \)分别是P型和N型半导体中的掺杂浓度，\( \varepsilon \)是半导体的介电常数。
通过这个公式可以计算出空间电荷区的宽度W。
四、论述题1. 论述半导体器件中的载流子注入效应及其对器件性能的影响。
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一、选择题
1.如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以（ A）导电为主；如果
半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以（ E ）导电为主；如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以（ C ）导电为主。
A、本征
B、受主
C、空穴
D、施主
E、电子
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.电子是带（ B ）电的（ E）；空穴是带（ A ）电的（ D ）粒子。
A、正
B、负
C、零
D、准粒子
E、粒子
4.当Au掺入Si中时，它是（ B ）能级，在半导体中起的是（ D ）的作用；
当B掺入Si中时，它是（ C）能级，在半导体中起的是（ A ）的作用。
A、受主
B、深
C、浅
D、复合中心
E、陷阱
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（ A ）。
A. 相同
B. 不同
C. 无关
6.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
概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（ B）。
A.变大，变小；
B.变小，变大；
C.变小，变小；
D.变大，变大。
7.砷有效的陷阱中心位置（B ）
A.靠近禁带中央
B. 靠近费米能级
8.在热力学温度零度时，能量比
E小的量子态被电子占据的概率为（ D ），当
F
温度大于热力学温度零度时，能量比
E小的量子态被电子占据的概率为
F
（ A ）。
A. 大于1/2
B. 小于1/2
C. 等于1/2
D. 等于1
E. 等于0
9.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
10.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
11. 一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止tτ=后，
其中非平衡载流子将衰减为原来的（ A ）。
A. 1/e
B. 1/2
C. 0
D. 2/e
12. 载流子在电场作用下的运动为（ A ），由于浓度差引起的运动为（ B ）。
A. 漂移运动
B. 扩散运动
C. 热运动
13．锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。
A. 金刚石型和直接禁带型
B. 闪锌矿型和直接禁带型
C. 金刚石型和间接禁带型
D. 闪锌矿型和间接禁带型
14．非简并半导体是指（ A ）的半导体。
A.能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度
B.用费米分布计算载流子浓度
15．当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B），并且该乘积和（D）有关，而与（ C）无关。
A、变化量；
B、常数；
C、杂质浓度和杂质类型；
D、禁带宽度和温度
二、证明题
1、对于某n型半导体，其杂质浓度为
D
N,试证明ln C
C F
D
N
E E kT
N
-=
ln
C F
D
E E
kT
C
C
C F
D
N
N e
N
E E kT
N
-
-
=
=
-=
1、证：设杂质全部电离，则
n
又n
由上两式可得
2、对于某半导体，其能带如图所示，试证明其为P型半导体，即证明p0>n0
00
E,
,
C F
F V
E E
kT
C
E E
kT
V
C F F V V C
N e
N e
E E E N N
p n
-
-
-
-
=
=
--≈
>
f
2、证：非兼并半导体n
p
由题意有而
故可得为p型半导体。
三、计算画图题
1. 计算（1）掺入N D为1×1015个/cm3的施主硅，在室温（300K）时的电子n0和空穴浓度p0，其中本征载流子浓度n I =1010个/cm3。
（2）如果在（1）中掺入N A=5×1014个/cm3的受主，那么电子n0和空穴浓度p0分别为多少？
1.解：（1） 300K时可认为施主杂质全部电离。
（2）掺入了N A=5×1014个/cm3的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。
2．室温下，硅本征载流子浓度n I=1010个/cm3，s
V
cm
n
⋅
=/
14502
μ2
500/.
p
cm V s
μ=，（1）计算本征电导率，
（2）若硅原子的浓度为223
510cm-
⨯，掺入施主杂质，使每6
10个硅原子中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度(设杂质全部电离)，试求该掺杂硅材料的电阻率。
解：
（1）-6
() 3.1210
i i n p
n q S cm
σμμ
=+=⨯⋅
（2）3
16
6
3
22
10
5
10
10
5
-
-
⨯
=
⨯
=cm
cm
N
D
杂质全部电离
D
N
n=
，3
3
2
10
2-
⨯
=
=cm
n
n
p i
()3
5
15
2
10
2
3
15
/
10
1
10
1
10
/
10
1
cm
n
n
P
cm
N
n
o
i
O
D
o
个
个
⨯
=
⨯
=
=
⨯
=
=
（3）010.086n n cm n q ρμ=Ω⋅＝
3、施主浓度16310D N cm -=的N 型硅En=0.12eV ，其亲和势为=4.05eV χ，与功函数为4.3 eV 的金属Al 紧密接触，（1）接触后形成阻挡层还是反阻挡层，（2）求半导体端和金属端的势垒高度。
解：（1）当金属功函数大于半导体功函数时，电子由半导体流向金属端，形成阻挡层
（2）w s =4.05+0.12=4.17eV
0.130.25D m S m m qV W W eV
q W eV φχ=-==-=
4．MIS 结构中，以金属—绝缘体—P 型半导体为例，当VG>0但不是很大时，半导体表面空间电荷区为什么状态，并画出此时的能带图和电荷密度分布图。
解：当金属与半导体之间加正电压，表面势为正值，表面处能带向下弯曲，表面处的空穴浓度较体内的低得多，这种状态就叫做耗尽状态。
5.光均匀照射在电阻率为6cm ⋅Ω的n 型Si 样品上，电子－空穴对的产生率为4×1021cm -3s -1，样品寿命为8µs。
试计算光照前后样品的电导率。
（s V cm n ⋅=/36002μ，s V cm p ⋅=/17002μ） 解：光照前()106
11
-⋅==cm Ωρσ 光照后τ∆g p =，()()1027.3n p pq cm σσμμ-=+∆+≈Ω⋅。