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△n=n-n0和空穴

△p=p-p0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.1/n 0

B.1/△n

C.1/p 0

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 ）

A. Si

B. Ge

C. GaAs

D. GaN

三、简答题（20分）

1．请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的pn 结中载流子的运动情况，写出其电流密度方程，请解释为什么pn 结具有单向导电性？ （10分）

解：在p-n 结两端加正向偏压V F , V F 基本全落在势垒区上，由于正向偏压产生的电场与内建电场方向相反，势垒区的电场强度减弱，势垒高度由平衡时的qV D 下降到q(V D -V F )，耗尽区变窄，因而扩散电流大于漂移电流，产生正向注入。过剩电子在p 区边界的结累，使－x Tp 处的电子浓度由热平衡值n 0p 上升并向p 区内部扩散，经过一个扩散长度L n 后，又基本恢复到n 0p 。在-x Tp 处电子浓度为n(-x Tp )，同理，空穴向n 区注入时，在n 区一侧x Tn 处的空穴浓度上升到p(x Tn )，经Lp 后，恢复到p 0n 。

反向电压V R 在势垒区产生的电场与内建电场方向一致，因而势垒区的电场增强，空间电荷数量增加，势垒区变宽，势垒高度由qV D 增高到q(V D +V R ).势垒区电场增强增强，破坏了原来载流子扩散运动和漂移运动的平衡，漂移运动大于扩散运动。这时，在区边界处的空穴被势垒区电场逐向p 区，p 区边界的电子被逐向n 区。当这些少数载流子被电场驱走后，内部少子就来补充，形成了反向偏压下的空穴扩散电流和电子扩散电流。 （6分） 电流密度方程：exp 1 D s B qV j j k T ⎡⎤⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦

（2分） 正向偏置时随偏置电压指数上升，反向偏压时，反向扩散电流与V 无关，它正比于少子浓度，数值是很小的，因此可以认为是单向导电。 （2分）

2. 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程

为：22p p p p p

E p p p p D E p g t x x x μμτ∂∂∂∂∆=---+∂∂∂∂，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意义。（10分） 答：p t

∂∂――在x 处，t 时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（2分） 22p p D x

∂∂――由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（2分）p p E p E p x x

μμ∂∂--∂∂―由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（2分） p p

τ∆-――由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（2分）

p g ――由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。

（2分） 四、计算题（共5小题，每题9分，共45分）

1.设E - E F 分别为3k 0T ，分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。

解：费米分布函数为,当E －E F 等于3k 0T 时，f ＝0.047

玻耳兹曼分布函数为,当E －EF 等于3k 0T 时，f ＝0.050

上述结果显示在费米能级附近费米分布和玻耳兹曼分布有一定的差距。

2. 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：

22

22100()()3C h k k h k E k m m -=＋和2222100

3()6v h k h k E k m m =－； 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；

解：①禁带宽度Eg

T k E E F e E f 0/)(11)(-+=T k E E B o F

e E

f --=)(