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半导体器件物理复习题

一．

平衡半导体：

概念题：

1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义） 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，

是指无外界 （如电压、电场、磁场或温度梯度

等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。

2. 本征半导体：

本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。

3. 受主（杂质）原子：

形成 P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素） 。

4. 施主（杂质）原子：

形成 N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素） 。

5. 杂质补偿半导体：

半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。

6. 兼并半导体：

对 N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度， 费米能级高于导带底（

E F E c 0 ）；对 P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有

效状态密度。费米能级低于价带顶（ E F E v 0 ）。

7. 有效状态密度：

4 2m n

*

3/2

在导带能量范围（ E c ~

）内，对导带量子态密度函数

E E c 与

g c E

h

3

电 子 玻 尔 兹 曼 分 布 函 数

f F E

E E F

的 乘 积 进 行 积 分 （ 即

exp

kT

4 * 3/2

*

3

2 2m n

E E F

2 m n kT

n 0

h 3

E E c exp

dE ）得到的 N c 2

称谓导带中

E c

kT h 2

电子的有效状态密度。

4 2m *p

3/2

在价带能量范围 （

~ E v ）内，对价带量子态密度函数 g v E

E v E 与

h

3

空 穴 玻 尔 兹 曼 函 数 f F E

exp

E F E

的 乘 积 进 行 积 分 （ 即

kT

E v

4 2m *

p 3/2

2 m *

3

kT

2

E F E

p 0

h 3

E v E exp

dE ）得到的 N v 2

p

称谓价带空

kT

h 2

穴的有效状态密度。

8. 以导带底能量 E c 为参考，导带中的平衡电子浓度：

E c E F

其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘

n 0 N c exp

kT

以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。

9. 以价带顶能量 E v 为参考，价带中的平衡空穴浓度：

p 0

E F E v

其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘

N v exp

kT

以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。

4 2m n

*

3/2

10. 导带量子态密度函数 g c

E E c

E

h 3

4

2m *p 3/2

11. 价带量子态密度函数 g v

E v E

E

h

3

3

12. 导带中电子的有效状态密度

N c 2 m n * kT 2

2

h 2

3

13. 价带中空穴的有效状态密度

N v 2 m *p kT 2

？

2

h

2

14.本征费米能级 E Fi：

是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，

E 1

E E

3 m*p

E

3 m*p

；其中禁带宽度kT ln

midgap

kT ln

Fi 2 cv 4 m n* 4 m n*

E g E c E v。？

15.本征载流子浓度 n i：

本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度n0p0n i。硅半导体，在

T 300K 时，n i 1.5 1010 cm 3。

16. 杂质完全电离状态：

当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。

17.束缚态：

在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。

18. 本征半导体的能带特征：

本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量

严格相等，那么本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。在该书的其后章节中，都假设：本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。（画出本征半导体的能带图）。

19. 非本征半导体：

进行了定量的施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离了本征载流子浓度，产生多子电子（ N 型）或多子空穴（P 型）的半导体。

20.本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：