半导体物理与器件答案

11半导体物理与器件答案半导体物理与器件答案篇一：半导体物理习题及答案复习思考题与自测题第一章原子中的电子和晶体中电子受势场作用状况以及运动状况有何不同,原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。运动。当原子相互靠近结成固体时，各个原子的内层电子照旧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，应当把它们看成是属于整个固体的一种较弱，其行为与孤立原子的电子相像。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。期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量一般来说,对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。能量密度也愈大,因此能带愈窄.是否如此，为什么？K不同的各个能带，1〔k〕随k的转变状况不同，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。简述有效质量与能带构造的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何转变？外场对电子的作用效果有什么不同；答：在能带底四周，电子外电FK不断转变，f?hdkkdt既然k状态不断转变，则电子的速度必定不断转变。7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与小能量就是半导体的禁带宽度?禁带宽度。为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和确定质量的空穴来描述?答：空穴是一个假想带正电的粒子，气泡比作空穴，下降的水比作电子，由于在消灭空穴的价带中，比描述因气泡上升而水下降更为便利。所以在半导体的价带中，人们的留意力集中于空穴而不是电子。有两块硅单晶,其中一块的重量是另一块重量的二倍.这两块晶体价带中的能级数是否相等，彼此有何联系？答：相等，没任何关系为什么极值四周的等能面是球面的半导体,当转变磁场方向时只能观看到一个共振吸取峰。答：各向同性。金刚石晶体构造和闪锌矿晶体构造的晶向对物理性质的影响。典型半导体的带隙。一般把禁带宽度等于或者大于2.3ev的半导体材料归类为宽禁带半导体，主要包括金刚石，SiC，GN,金刚石等。26族禁带较宽，46族的比较小，如碲化铅，硒化铅〔0.3ev35族的砷化镓〔1.4ev其次章说明杂质能级以及电离能的物理意义。为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下,而且电离能的数值较小？这个多余的价电子摆脱束缚成为导电电子所需要的能量成为杂质电离能。杂质能级离价带或导带都很近，所以电离能数值小。纯锗,硅中掺入III或Ⅴ族元素后,为什么使半导体电学性能有很大的转变？杂质半导体(p型或n型)应用很广,但为什么我们很强调对半导体材料的提纯?答：由于掺入III或Ⅴ族后，杂质产生了电离，使得到导带把不同种类的施主杂质掺入同一种半导体材料中,杂质的电离能和轨道半径是否不同?把同一种杂质掺入到不同的半导体材料中(例如锗和硅),杂质的电离能和轨道半径又是否都一样？答：不一样何谓深能级杂质，它们电离以后有什么特点？答：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级？级。说明掺杂对半导体导电性能的影响。np例如，在常温状况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均1.5╳1010cm-3Si1.0╳1016cm-3后，半导体1.0╳1016cm-3，而空穴浓度将近似为2.25╳104cm-3。半导体中的多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同？答：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用有何实际应用。依据需要转变半导体中某个区域的导电类型，制造各种器件。什么是半导体的共掺杂答：掺入两种或两种元素以上用氢原子模型计算杂质电离能第三章半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态，其物理意义如何？载流子激发和载流子复合之间建立起动态平衡时称为热平中状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。什么是能量状态密度能带中能量E四周每单位能量间隔内的量子态数。什么叫统计分布函数，费米分布和玻耳兹曼分布的函数导体中载流子分布可以用玻耳兹曼分布描述？统计分布函数描述的事热平衡状态下电子在同意的量子态如何分布的一个统计分布函数。当E-EFkT时，前者可以过度到后者。说明费米能级的物理意义，依据费米能级位置如何计算程度的标志。系统的化学能。nEF在半导体计算中,常常应用这个条件把电子从费米能级统计过渡到玻耳兹曼统计,试说明这种过渡的物理意义。E-EFkT时，量子态为电子占据的概率很小，适合于波尔兹曼分布函数，泡利原理失去作用，两者统计结果变得一样了。写出半导体的电中性方程，此方程在半导体中有何重要意义？电子浓度等于空穴浓度。意义：平衡状态下半导体体内是电中性的。半导体本征载流子浓度的表达式及其费米能级费米能级：Ei=Ef=〔Ec+Ev〕/2+(3kT/4)*ln(mp/mn)假设n型硅中掺入受主杂质,费米能级上升还是降低？假设温度上升当本征激发起作用时,费米能级在什么位置，为什么？费米能级降低了。费米能级在本征费米能级以上。如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？依据公式和常识，必定是这样。为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？硅，很简洁就到达较高的本征载流子浓度，使器件失去性能。当温度确定时,杂质半导体的费米能级主要由什么因素nnpp本征半导体的费米能级比较。费米能级比较：强nnp强p么效应？费米能级深入到导带或者价带中Ec-Ef=0第四章试从经典物理和量子理论分别说明载流子受到散射的物理意义。子速度的大小和方向发生了转变。量子理论：电子波仔半导体传播时遭到了散射。电离杂质散射；晶格振动散射，包括声子波和光学波散射；其他因素散射：等能谷散射，中性杂质散射，位错散射，合金散射，等。比较并区分下述物理概念:电导迁移率，漂移迁移率和霍耳迁移率。电导迁移率：漂移迁移率：载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁移率越大；运动得慢，迁移率小霍尔迁移率：HllRHσ的乘积，即│RH│σ，具有迁移率的量纲，Hll迁移率μH事实上不愿定等于载流子的电导迁移率μ,由于载流子的速度分布会影响到电导迁移率什么是声子?它对半导体材料的电导起什么作用?半导体物理与器件答案篇二：半导体物理试卷答案5题每题420受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常状况下，此能级为空穴所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。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。空穴：当满带顶四周产生P0P0q有效质量mp，速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流，这样的准经典粒子称为空穴。过剩载流子：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件热平衡浓度的电子△n=n-n0p=p-p0费米能级、化学势增大。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〕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2．31×10-15cm-31×10-17cm-31×10-17cm-3室温下，这些样品的电阻率由高到低的挨次是〔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( )禁带中部B.导带 C.价带D.费米能级当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合确定时，其小注入下的少子寿命正比于〔C〕.1/n0B.1/△nC.1/p0D.1/△p4D〕.SiB.Ge C.GsD.GN2201Ge和Si材料，GeSi共价键四周体还可以形成闪锌矿和纤锌矿等两种晶格构造。假设电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k禁带半导体，那么按这种原则分类，Gs属于 直接 体。半导体载流子在输运过程中会受到各种散射机构的散射，主要散射机构有晶格振动散射、 电离杂质散射中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。直接复合和通过禁带内的复合中心进展复合。反向偏置pn结，当电压上升到某值时，反向电流急剧增加，这种现象称为pn结击穿，主要的击穿机理有两种：雪崩击穿和隧道击穿。三、简答题〔151〕当电子和空穴的浓度是空间和时间的函数时，它们随时电子数、空穴数的守恒原则，试写出载流子随时间的净转变率〔?n?p6分〕?t?t?n?p〕和〔〕为?t?t22分〕???? 解 ： 载 流 子 随 时 间 的 净 改 变 率〔?p(??p)?p??Dp?2p??p?(p?)??G??t?t?p?n(??n)?n??Dn?2n??n?(n?)??G??t?t?n四项为复合。留意?为电场，是几何空间坐标的函数，该式为连续性方程.2〕请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的pn结中载流子的运动状况，写出其电流密度方程，请解释为什么pn结具有单向导电性？〔9p-n结两端加正向偏压VF,VF根本全落在势垒区上，度减弱，势垒高度由平衡时的qVD下降到q(VD-VF)，耗尽区pxTp处的电子浓度由热平衡值n0p上升并向pLnn0p。在-xTp处电子浓度为n(-xTp)，同理，空穴向n区注入时，在n区一侧n处的空穴浓度上升到pn。VR此势垒区的电场增加，空间电荷数量增加势垒区变宽，势垒高度由qVD增高到q(VD+VR).势垒区电场增加增加破坏了原来载流子扩大运动和漂移运动的平衡漂移运动大于扩大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大电流和电子扩大电流。 〔5分〕??qV电流密度方程：jD?js?exp??kBT?????1?〔2分〕??正向偏置时随偏置电压指数上升反向偏压时反向扩大电流与V无关，它正比于少子浓度，数值是很小的，因此可以认2分〕四、计算题〔共3103013?3n?2.1?10cmi1.室温时锗的本征载流子浓度，匀称掺杂百万分之一的硼1.442×1017cm-3EF10解：硼的浓度：N＝4.42×1016cm-3。有效施主杂质浓度为：ND=(14.42-4.42) cm-3=1017cm-32.4×1013cm-3，锗半导体处于饱和电离区。n0＝ND＝1017cm-3少 子 浓 度 p0=ni2/n0==(2.4?1013)2/1017=5.76?109(cm-3)费 米 能 级 ：EF=EC+k0Tln(ND/NC)=EC+0.026ln[1017/(1.1?1019)]=EC-0.122(eV)21.1×1015cm-39×1014cm-3的Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品10解：对于Si：ND=9×1014cm-3；N＝1.1×1015cm-3；T＝300K时ni=2.4×1013cm-3.14?3n?N?N?2?10cm0Dni2(2.4?1013)2?312?3p0??cm?2.88?10cm14n2?100少子浓度:??111???8.01?14?19nq?n?pq?pn0q?n2?10?1.6?10?39003.由电阻率为4?的pGe0.4nGep-n300KVD垒宽度xD。在上述电阻率下，p区的空穴迁移率?p?1650cm2/V.S,n区的电子迁移率?n?3000cm2/V.S，Ge的本征载流子浓度ni?2.5?1013/cm3，真空介电常数?0?8.85?10?12F/m,?s?16.〔10分〕解：?n?分 〕 1?n?nq?n?n?11??4.34?1015cm?3〔2?19?nq?n0.4?1.6?10?3600?p?1?p?pq?p?p?1114?3??9.19?10cm 〔 2分〕?19?pq?p4?1.6?10?1700KTnp1.38?10?23?3004.34?1015?9.19?1014VD?ln2?ln?0.2267V〔3132qni1.6?10?19?2.5?10??2???N?N??xD??0s?D?VD??q?NDN???7.27?10?5cm〔 3 分 1/2?2?8.85?10?14?16?0.2267?4.34?1015?9.19?1014??????191514??1.6?104.34?10?9.19?10????12半导体物理与器件答案篇三：半导体物理作业及答案半导体物理学作业第 O 章 半 导 体 中 的 晶 体 ................................................................................................................................... 2 第一章 半导体中的电子状态.................................................................................................................................... 5 第二章 半导体中的杂质和缺陷能级....................................................................................................................... 14 第三章 半导体中载流子的统计分布....................................................................................................................... 15 第 四 章 半 导 体 的 输 运 性........................................................................................................................................ 30 第五章 过剩载流子及其复合.....................................................................................................................................38张俊举20XX年11月28日第O章 1、试述半导体的根本特性。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性关系，具有整流效应。⑤??具有光敏性，用适当的光照材料空穴(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。2Si0.235nm28Si1/4，因此体对角线的长度为L=0.235×4=0.94nm；金刚石构造的晶胞边长为??0.5427nm晶胞的体积为v?3?0.159846nm38128，对应体积为m=28/V=2.327/cm32占体积与晶胞体积之比的最大值。解】1/2，4?3?????2???363比值为4???2???342/4，比值为34?4?3??4/4，比值为364?8?3??8316333３、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】而破坏晶格周期性，这种晶格不完好性称为晶格缺陷。４、Si的原子密度为 5?1022/cm?3，空位形成能约为2.8eV，试求在1400OC、900OC和25OC三个温度下的空位平衡浓度。解】N1?Nexp(?W/kBT1)?5?1022?exp??2.8?1.602