半导体材料导论复习题

1、半导体材料有哪些特征？

半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。半导体在电的传导性方面，其电导率低于导体，而高于绝缘体。它具有如下的主要特征。

（1）在室温下，它的电导率在103~10-9S/cm之间,S为西门子，电导单位，S=1/r(W. cm) ；一般金属为107~104S/cm,而绝缘体则<10-10，最低可达10-17。同时，同一种半导体材料，因其掺入的杂质量不同，可使其电导率在几个到十几个数量级的范围内变化，也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率；而金属的导电性受杂质的影响，一般只在百分之几十的范围内变化，不受光照的影响。

（2）当其纯度较高时，其电导率的温度系数为正值，即随着温度升高，它的电导率增大；而金属导体则相反，其电导率的温度系数为负值。

（3）有两种载流子参加导电。一种是为大家所熟悉的电子，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。而且同一种半导体材料，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。在金属中是仅靠电子导电，而在电解质中，则靠正离子和负离子同时导电。

2、简述半导体材料的分类。

对半导体材料可从不同的角度进行分类例如：

⏹根据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导体；

⏹根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型半导体；

⏹根据其结晶程度可分为晶体半导体、非晶半导体、微晶半导体，

⏹但比较通用且覆盖面较全的则是按其化学组成的分类，依此可分为：元素半导体、

化合物半导体和固溶半导体三大类，

3、化合物半导体和固溶体半导体有哪些区别。

◆固溶半导体又区别于化合物半导体，因后者是靠其价键按一定化学配比所构成的。

固溶体则在其固溶度范围内，其组成元素的含量可连续变化，其半导体及有关性质

也随之变化。

◆为了使固溶体具有半导体性质常常使两种半导体互溶，如Si1-xGex（其中x <1)；也

可将化合物半导体中的一个元素或两个元素用其同族元素局部取代，如用Al来局部

取代GaAs中的Ga，即Ga1-xAlxAs，或用In局部取代Ga，用P局部取代As形成Ga1-xInxAs1-yPy 等等。

4、简述半导体材料的电导率与载流子浓度和迁移率的关系。

s = nem(2-1)

其中：

n为载流子浓度，单位为个/cm3;

e 为电子的电荷，单位为C（库仑），e对所有材料都是一样，e=1.6×10-19C 。

m为载流子的迁移率，它是在单位电场强度下载流子的运动速度，单位为cm2/V.s；

电导率s的单位为S/cm(S为西门子）。

5、简述霍尔效应。

早在1879年霍尔(E.H.Hall）就发现：将一块矩形样品在一个方向通过电流，在与电流的垂直方向加上磁场(H)，那么在样品的第三个方向就可以出现电动势，称霍尔电动势，此效应称霍尔效应。

6、用能带理论阐述导体、半导体和绝缘体的机理。

⏹根据能带结构图2.4，可以把固体材料分成两大类：

☐一类是价带与导带相互搭接，这是导体；

☐另一类则在价带与导带之间存在着禁带，这包括半导体与绝缘体。

⏹在导体中：

☐一类材料是由于电子在价带中并未填满，电子可以在带内的各个能级上自由流动，这需要的能量非常之小；

☐另一类材料虽然在价带中被填满，但由于能带之间的相互搭接，所以价电子很容易从价带进入到导带成为自由电子而导电。

☐而半导体材料则因其价带已填满，在价带和导带间存在有禁带，价电子必须要具有足够的能量跃过禁带才能进入导带而导电，在常温或更高一些温度下，由于能量的

不均匀分布，总有一部分价电子能进入导带，使其具有一定的电导率。

☐对绝缘体而言，其禁带宽度大，以致在常温或较高温度下均不能使其价电子进入导带所以不能导电。

7、什么是本征半导体和杂质半导体？

⏹当半导体主要是靠热激发产生载流子时，导电称为本征导电（intrinsic conductivity），

这种半导体称为本征半导体（intrinsic semiconductor)。

另一种导电机制是靠电活性杂质形成的载流子导电，这种导电称为杂质导电。

8、什么是施主杂质和受主杂质？

施主杂质：以杂质导电为主的、能向导带贡献电子的杂质，称为施主杂质。对IV族元素半导体而言，V族元素就是施主杂质。

受主杂质：从价带俘获电子，而在价带形成空穴的杂质称为受主杂质。对IV族素半导体而言，III族元素就是受主杂质。

9、简述材料的载流子浓度与温度的关系。

材料的载流子浓度与温度的关系:以n型为例

⏹I为高温区，这时本征激发的载流子浓度超过杂质所提供的载流子浓度，它是服从于

n (p) ≈ Aexp[-ΔE/2kT]，其斜率应为ΔE/2k；

⏹II为中温区，为杂质载流子的饱和区，因为杂质的电离能比禁带宽度小得多，因此

在相当大的温度范围内杂质全部电离，在此温度范围内，载流子浓度无变化；

⏹III区是在温度相当低时，本征激发的载流子与杂质激发的载流子都随温度下降而减

少。

10、简述材料的载流子的迁移率与温度的关系。

迁移率与温度的关系：比较复杂。

⏹在低温段，以电离杂质散射为主，由于载流子运动与电离杂质的静电场相互作用的

结果，迁移率随温度上升而增大；

⏹在高温区，则晶格散射起主导作用，随温度升高，晶格振动的振幅增大，对载流子

的运动的散射作用就增强，因此迁移率变低。

⏹最大值，也就是从电离杂质散射转变到晶格散射的温度，取决于电离杂质含量，杂

质含量愈高，其转变温度也愈高。