半导体光电子学-试题
半导体物理问答题(精品).docx
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E（k） = E Q[1—O.lcos（如）—0.3sin（*a）]其中E0=3eV,晶格常数a=5xl0-11mo求：Cl）能带宽度；C2）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1-1、解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（3Eg）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、Ep=-E nD、mp*=-m n*o1-4、解：（1） Ge、Si:a）Eg （Si： 0K）= 1.21eV； Eg （Ge： OK） = 1.170eV；b）间接能隙结构C）禁带宽度Eg随温度增加而减小；(2) GaAs ：a) E g (300K) = 1.428eV, Eg (OK) = 1.522eV ；b) 直接能隙结构；c) Eg 负温度系数特性：dE g /dT = -3.95XlO-4eV/K ； 1-5、解：(1) 由题意得:dE ——=O.lofijsiii (如)-3cos (知)] dk= 0.1a 2E 0[cos(^a) + 3sin(A;a)]dF i令—=0,得tg (ka)=— dk 3k x a = 18.4349°,灼。
《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，
半导体习题及答案
半导体物理学作业第O章半导体中的晶体结构1、试述半导体的基本特性。
答：① 室温电阻率约在10-3~106Ωcm，介于金属和绝缘体之间。
良好的金属导体:10-6Ωcm；典型绝缘体: 1012Ωcm。
② 负的电阻温度系数，即电阻一般随温度上升而下降；金属的电阻随温度上升而上升。
③ 具有较高的温差电动势率，而且温差电动势可为正或为负;金属的温差电动势率总是负的。
④ 与适当金属接触或做成P-N结后，电流与电压呈非线性关系，具有整流效应。
⑤ 具有光敏性，用适当的光照材料后电阻率会发生变化，产生光电导；⑥ 半导体中存在电子和空穴(荷正电粒子)两种载流子。
⑦ 杂质的存在对电阻率产生很大的影响。
2、假定可以把如果晶体用相同的硬球堆成，试分别求出简立方、体心立方、面心立方晶体和金刚石结构的晶胞中硬球所占体积与晶胞体积之比的最大值。
【解】简立方结构，每个晶胞中包含1个原子，原子半径为/2a，比值为334326aaππ⎛⎫⎪⎝⎭=体心立方结构，每个晶胞中包含2个原子，原子半径为/4，比值为3342348aπ⎛⋅⎝⎭=面心立方结构，每个晶胞包含4个原子，原子半径为/4，比值为3344346aπ⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭=金刚石结构，每个晶胞包含8/8，比值为33483816aπ⋅⎝⎭=３、什么叫晶格缺陷？试求Si肖特基缺陷浓度与温度的关系曲线。
【解】在实际晶体中，由于各种原因会使结构的完整性被破坏，从而破坏晶格周期性，这种晶格不完整性称为晶格缺陷。
４、 Si 的原子密度为223510/cm -⨯，空位形成能约为2.8eV ，试求在1400O C 、900O C 和25O C 三个温度下的空位平衡浓度。
【解】()()112219231432222192310333221923exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.381016731.8710exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.381011734.7810exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.3810B B B N N W k T cmN N W k T cmN N W k T --------=-=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⨯=-=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⨯=-=⨯⨯-⨯⨯⨯()2532982.44100cm--⨯=⨯≈５、 在离子晶体中，由于电中性的要求，肖特基缺陷总是成对产生，令Ns 代表正负离子空位的对数，Wv 是产生1对缺陷需要的能量，N 是原有的正负离子的对数，肖特基缺陷公式为/exp 2V s B W N N C k T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，求(1) 产生肖特基缺陷后离子晶体密度的改变(2) 在某温度下，用X 射线测定食盐的离子间距，再由此时测定的密度ρ计算的分子量为58.4300.016±而用化学法测定的分子量是58.454，求此时Ns/N 的数值。
半导体基础知识单选题100道及答案解析
半导体基础知识单选题100道及答案解析1. 半导体材料的导电能力介于（）之间。
A. 导体和绝缘体B. 金属和非金属C. 正电荷和负电荷D. 电子和空穴答案：A解析：半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
2. 常见的半导体材料有（）。
A. 硅、锗B. 铜、铝C. 铁、镍D. 金、银答案：A解析：硅和锗是常见的半导体材料。
3. 在纯净的半导体中掺入微量的杂质，其导电能力（）。
A. 不变B. 减弱C. 增强D. 不确定答案：C解析：掺入杂质会增加载流子浓度，从而增强导电能力。
4. 半导体中的载流子包括（）。
A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 质子和中子答案：C解析：半导体中的载流子有电子和空穴。
5. P 型半导体中的多数载流子是（）。
A. 电子B. 空穴C. 正离子D. 负离子答案：B解析：P 型半导体中多数载流子是空穴。
6. N 型半导体中的多数载流子是（）。
A. 电子B. 空穴C. 正离子D. 负离子答案：A解析：N 型半导体中多数载流子是电子。
7. 当半导体两端加上电压时，会形成（）。
A. 电流B. 电阻C. 电容D. 电感答案：A解析：电压作用下，半导体中有电流通过。
8. 半导体的电阻率随温度升高而（）。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 先增大后减小答案：B解析：温度升高，载流子浓度增加，电阻率减小。
9. 二极管的主要特性是（）。
A. 单向导电性B. 放大作用C. 滤波作用D. 储能作用答案：A解析：二极管具有单向导电性。
10. 三极管的三个电极分别是（）。
A. 基极、发射极、集电极B. 正极、负极、地极C. 源极、漏极、栅极D. 阳极、阴极、控制极答案：A解析：三极管的三个电极是基极、发射极、集电极。
11. 场效应管是（）控制器件。
A. 电流B. 电压C. 电阻D. 电容答案：B解析：场效应管是电压控制型器件。
12. 集成电路的基本制造工艺是（）。
A. 光刻B. 蚀刻C. 扩散D. 以上都是答案：D解析：光刻、蚀刻、扩散都是集成电路制造的基本工艺。
半导体光电子学
1.半导体中与光有关的3种量子现象 : 自发发射(半导体发光二极管LED的工作原理),受激吸收(光电导,光探测器的工作原理),受激发射(半导体激光器LD,半导体光放大器SOA的工作原理). 填空2.半导体在光电子学中独有的特点: ①半导体能带中存在高的电子态密度,因而在半导体中有可能具有很高的量子跃迁速率②在半导体同一能带内,处在不同激励状态的电子态之间存在相当大的互作用(或大的公有化运动),这种互作用碰撞过程的时间常数与辐射过程的时间常数相比是很短的,因而能维持每个激励态之间的准平衡.③半导体中的电子态可以通过扩散或传导在材料中传播,可以将载流子直接注入发光二极管或激光器的有源区中,因而有很高的能量转换效率.④在两能级的激光系统中,每一处于激发态的电子有它唯一返回的基态(即某一特定的原子态) 理解3.爱因斯坦关系说明什么问题: 爱因斯坦关系B12=B21;A21=8πn3ℎv3c3B21爱因斯坦关系表示了热平衡条件下自发发射,受激发射与受激吸收三种跃迁几率之间的关系4.粒子数反转条件(伯纳德-杜拉福格条件)f c>f v(导带电子占据几率大于价带电子占据几率); F c−F v>ℎv (准费米能级之差大于作用在该系统的光子能量);ΔF≥E g (准费米能级之差大于等于禁带宽度)5.异质结能带图:Pn能带图6. 弗伽定律:7. 异质结对载流子和光子的限制:NpP 结构异质结中①由N 型限制层注入p 型有源层的电子将受到pP 同型异质结的势垒的限制,阻挡它们向P 型限制层内扩散.②pN 型异质结的空穴势垒限制着有源层中的多数载流子空穴向N 型限制层的运动. ③由于能产生光波导效应，从而限制有源区中的光子从该区向宽带隙限制层逸出而损失掉。
n 1 < n 2 > n 38. 激光器的构成:①激光工作介质②激励源③光学谐振腔9. 光子和费米子的差别:光子属于玻色子,服从玻色爱因斯坦分布.电子属于费米子服10.K选择定则的定义:不管是竖直跃迁还是非竖直跃迁,也不论是吸收光子还是发射光子,量子系统总的动量和能量必须守恒,这就是跃迁的k选择定则11.同质结和异质结或同型异质结和异型异质结空间电荷区的差别:①同质结:当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
半导体的基础知识试题
第一章半导体的基础知识一、填空题1、物质按导电能力的强弱可分为、和三大类。
2、电子技术的核心是半导体，它的三个特性是：、、3、半导体中存在着两种载流子，其中带正电的载流子叫做，带负电的载流子叫做；N型半导体中多数载流子是，P型半导体中的多数载流子是。
4、PN结具有性能，即：加电压时PN结导通，加电压时PN结截止。
5、二极管的主要特性是具有。
二极管外加正向电压超过死区电压以后，正向电流会，这时二极管处于状态。
6、晶体二极管的伏安特性可简单理解为正向，反向的特性。
导通后，硅管的管压降约为，锗管约为。
7、整流电路将交流电变为直流电，滤波电路将直流电变为的直流电。
8、整流电路按整流相数，可分为与两种；按被整流后输出电压（或电流）的波形分，又可分为与两种。
9、把脉动直流电变成比较平滑直流电的过程称为。
10、电容滤波电路中的电容具有对交流电的阻抗，对直流电的阻抗的特性，整流后的脉动直流电中的交流分量由电容，只剩下直流分量加到负载的两端。
二、选择题1、稳压管（）A、是二极管B、不是二极管C、是特殊二极管2、稳压管电路如图1—1所示，稳压管的稳压值为（）A、6.3VB、0.7VC、7VD、14V3、稳压管稳压电路如图1—2所示，其中U Z1=7V、U Z2=3V，该电路输出电压为（）A、0.7VB、1.4VC、3VD、7V4、NPN型和PNP型晶体管的区别是（）A、由两种不同材料硅和锗制成的B、掺入杂质元素不同C、P区和N区的位置不同5、三极管的I CEO大，说明其（）A、工作电流大B、击穿电压高C、寿命长D、热稳定性差6、用直流电压表测得放大电路中某晶体管电极1、2、3的电位各为V1=2V，V2=6V，V3=2.7V,m则（）A、1为e 2为b 3为cB、1为e 2为c 3为bC、1为b 2为e 3为cD、1为b 2为c 3为e7、晶体管共发射极输出特性常用一族曲线表示，其中每一条曲线对应一个特定的（ ）A 、i cB 、U CEC 、I bD 、i E8、P 型半导体中空穴多于自由电子，则P 型半导体呈现的电性为（ ）。
半导体光电子学导论作业1
半导体光电子学导论第一章 半导体中光子-电子的相互作用6.推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。
对于电子从价带向导带的受激吸收，其跃迁速率为)()()1(1212hv P hv f f B r red v v ρ-= （1） 而电子从导带向价带的受激发射的跃迁速率为)()()1(2121hv P hv f f B r red c c ρ-= （2）当被光子激励的半导体能带系统处在平衡态下并忽略导带电子自发辐射复合的影响时，受激发射与受激吸收速率是相等的，即有2112r r =。
但在有电子注入等非平衡条件下，就有可能使2112r r <，并令净r 为受激发射与受激吸收的速率之差，即2112r r r -=净 （3）将式（1）和式（2）代入式（3）可得)())((21hv P f f hv B r v c red -=ρ净 （4） 其中已考虑了爱因斯坦关系2112B B =，因为在净的受激发射下，必定有0>净r ，即式（4）必须满足V c f f > （5） c f 和v f 分别代表导带和价带中某一能量c E 和v E 为电子所占据的几率： 1)]exp(1[--+=Tk F E f B c c c （6） 1)]exp(1[--+=Tk F E f B v v v （7） 其中c F 和v F 为准费米能级，用来描述导带与价带载流子的分布。
将式（6）和式（7）代入式（5），并考虑到hv E E c v -=（hv 为光子能量），则有 )exp()exp(Tk F E T k F hv E B c c B v v ->-- （8） 或者更简单的表述为hv F F v c >- （9）对于带间跃迁的受激发射，需满足g E hv ≥，故式（9）还可以写为g E F ≥∆ （10） 式（7）及其演变式（8）和（9）即伯纳德-杜拉福格条件。
它是半导体中产生受激发射的必要条件，也可称为半导体激光器的粒子数反转条件，是半导体激光器得以成功的理论基础。
半导体光电子学复习
简答题
简要阐述半导体中电子扩散与漂移的区别. 扩散运动是由载流子的浓度差引起的， 浓度高处的载流子总是要向浓度低处扩散 运动。漂移：假设给半导体一个电场，此 场产生力作用在自由电子及空穴而产生漂 移。电子和空穴在电场E的作用下，要发生 漂移运动。电子逆场强方向运动，空穴则 顺场强方向而运动。 扩散(diffusion)：由浓度改变(浓度梯度)所引起 漂移(Drift)：由电场引起
• 半导体：邻近原子形成的键结合强度适中，热振 动会使一些键破裂，产生电子和空穴。能带图上 表现为禁带宽度较小，价带内的能级被填满，一 部分电子能够从价带跃迁到导带，在价带中留下 空穴。外加电场，导带电子和价带空穴都将获得 能量，参与导电。Eg≤1eV • 金属(导体)：导带或者被部分填充，或者与价带重 叠。很容易产生电流。
直接带隙与间接带隙
简答题
结合下图阐述太阳能电池(光伏元件)的基本工 作原理。
n型半导体很薄（p型通常是n型的100倍以上）掺杂比较高 鱼骨状电极，增透膜 掺杂浓度高，相应的空间电荷区（耗尽层）的宽度小 波长0.5~0.7μm 中波长 耗尽区； 波长0.4μm附近1μm范围吸掉； 0.9~1.1μm长波长的光 ▲在耗尽区产生的电子空穴对，在内建电场的作用下进行分离；而在n区 和p区要依据扩散作用。 ▲长波长光子在p区被吸收，Le少数载流子 穿透深度 ▲短波长光子在n区被吸收，Lh少数载流子
I ph0
是一次的没有经过倍增的光电流，这个电流是 在没有倍增之下测量的，比如在小的反向偏压下 测量。
名词解释
视敏函数
在等能量分布的光谱中，虽然各种波长的光 辐射功率相同，但是人眼感到最暗的是红 色，其次是蓝色与紫色，而最亮的则是黄 绿色。由此可见，人眼对不同波长的光具 有不同的视觉敏感程度。显然，人眼的视 敏度是波长的函数，我们通常将这一关系 称为视敏函数。
光电子学考试试题及答案
光电子学考试试题及答案光电子学是研究光与电子的相互作用以及与光电器件相关的学科。
在光电子学考试中，考生需要了解光电子学的基本概念、原理以及应用，并能够运用所学知识解答各种相关问题。
以下是一系列光电子学考试试题及答案，供考生参考。
一、选择题1. 下列哪项不是光电子学研究的内容？A. 光的发射与吸收B. 光与电子的相互作用C. 光电器件的设计与制造D. 光电子设备的安装与维护答案：D2. 紫外光的波长范围是：A. 400-700 nmB. 700-1000 nmC. 1000-3000 nmD. 小于400 nm答案：D3. 光电二极管是通过什么效应工作的？A. 光电效应B. 热电效应C. 磁电效应D. 压电效应答案：A4. 光电堆是一种将光能转化为电能的器件，它的基本结构是：A. 二极管B. 场效应晶体管C. 光电子材料D. 光敏电阻答案：A5. 光纤是利用光的什么性质进行传输的？A. 折射B. 弯曲C. 散射D. 漫反射答案：A二、填空题1. 光电流的单位是_________。
答案：安培（A）2. 反射光谱仪是利用光的______________特性来进行分析的。
答案：反射3. 折射率是光在某种介质中的传播速度与光在真空中的传播速度的_________。
答案：比值4. 光电二极管的工作原理是利用光电效应将光能转化为______________。
答案：电能5. 激光是指具有_________、__________、__________的光。
答案：单色性、相干性、凝聚性三、简答题1. 请解释光电效应的基本原理。
光电效应是指当光照射到金属或半导体材料表面时，所产生的光生电流的现象。
光电效应的基本原理是光子能量转化为电子能量。
当光子的能量大于材料的逸出功时，光子与材料表面的电子碰撞，并使电子克服束缚力逸出材料表面，形成光生电子。
这些光生电子受到电场的作用，形成电流。
2. 请简述光纤的基本结构和工作原理。
半导体试题及答案
半导体试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电性介于金属和绝缘体之间，这是因为：A. 半导体材料内部存在大量的自由电子B. 半导体材料内部存在大量的空穴C. 半导体材料的能带结构D. 半导体材料的晶格结构答案：C2. 下列哪种掺杂方式可以增加半导体的导电性？A. N型掺杂B. P型掺杂C. 同时进行N型和P型掺杂D. 不进行任何掺杂答案：A3. 半导体的PN结在正向偏置时，其导通的原因是：A. 电子从P区注入N区B. 空穴从N区注入P区C. 电子和空穴的复合D. 电子和空穴的注入答案：D4. 半导体器件中，晶体管的放大作用主要依赖于：A. 基极电流B. 发射极电流C. 集电极电流D. 所有电流的总和5. 下列哪种材料不适合作为半导体材料？A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案：C6. 半导体器件的最小特征尺寸缩小，可以带来以下哪些好处？A. 降低成本B. 提高速度C. 减少功耗D. 所有以上答案：D7. 在半导体工艺中，光刻技术主要用于：A. 制造晶体管B. 制造集成电路C. 制造绝缘体D. 制造导线答案：B8. 半导体的能带理论中，价带和导带之间的区域被称为：A. 能隙B. 能级C. 能带D. 能区答案：A9. 下列哪种半导体器件具有记忆功能？B. 晶体管C. 存储器D. 逻辑门答案：C10. 半导体器件的热稳定性主要取决于：A. 材料的热导率B. 器件的散热设计C. 器件的制造工艺D. 所有以上答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 半导体材料的特性包括：A. 导电性B. 绝缘性C. 半导体性D. 磁性答案：AC2. 下列哪些因素会影响半导体器件的性能？A. 温度B. 湿度C. 光照D. 电压答案：ABC3. 半导体器件的类型包括：A. 二极管B. 晶体管C. 集成电路D. 电阻答案：ABC4. 下列哪些是半导体材料的掺杂元素？A. 硼B. 磷C. 铜D. 锗答案：AB5. 在半导体工艺中，下列哪些步骤是必要的？A. 清洗B. 氧化C. 蒸发D. 抛光答案：ABC三、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电性主要依赖于______。
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1 光电子器件按功能分为哪几类，每类大致包括哪些器件？
2 （1）光的基本属性是__波粒二象性___，光的粒子性典型现象有_光的反射____、__折射____以及______等。
光波动性的典型体现有______、______、______等。
（2）两束光相互干涉的条件______、______、_______，最典型的干涉装置有_____、______。
两束光干涉相消的条件______。
3 激光器的基本结构包括哪些，其中激光产生的充分条件和必要条件分别是什么？（激光工作介质激励源谐振腔）p63p71
4 简述激光的特点以及激光产生的条件。
方向性单色性相干性亮度大
受激辐射：首要条件，也是必要条件，但还不是充分条件。
工作物质必须具有亚稳态能级
粒子数反转谐振腔增益大于损耗
5 试简述为什么二能级系统不能产生激光。
P69
6 试以一个三能级原子系统为例，说明激光产生的基本原理。
P70
7 光纤的基本结构是什么，光纤传输光的基本原理是什么？P126
射线理论认为，光在光纤中传播主要是依据全反射原理。
光线垂直光线端面射入，并与光纤轴心线重合时，光线沿轴心线向前传播。
光的波长必须在一定范围内才能实现传输，光纤中常用的波长有850纳米，1320纳米及1550纳米三个波段。
根据传输方式不同光纤分为多模光纤及单模光纤。
多模光纤的直径为50/62.5μ
m，而单模光纤的直径为8.5μm
8 什么是光调制过程，其大体上可分为哪几类，激光外调制的种类包括哪些？P147
9 什么是内光电效应和外光电效应，内光电效应和外光电效应代表器件分别有哪些，是每种效应各举一例说明之。
P200
外部光电效应：金属表面通过吸收入射光子流的能量从而释放电子，形成光生电流（真空光电二极管，光电倍增管）内部光电效应：通过吸收入射光子产生自由电荷载流子，例如PN结光电二极管，PIN光电二极管，雪崩光电二极管
10 光电探测技术的物理效应有哪些？
P198
11 试论述光敏电阻器件中，光照强度与光电导率变化的关系。
12 试论述液晶的特点，以及液晶显示器的工作原理。
P257利用液晶的电光效应来工作在两块透明电极基板间夹持液晶状
态，当液晶厚度小于数百微米时，界面附近的液晶分子发生取向并保持有序性，当电极基板上施加受控的电场方向后就产生一系列电光效应，液晶分子的规则取向随即相应改变。
液晶分子的规则取向形态有平行取向、垂直取向、倾斜取向三种，液晶分子的取向改变，即发生了折射率的异向性，从而产生光散射效应、旋光效应，双折射效应等光学反应。
这就是LCD图像电子显示器最基本的成像原理。