半导体物理习题

半导体物理习题

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第一章

1．试定性说明Ｇｅ、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。

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。 2．试指出空穴的主要特征。

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 、n p E E -=;Ｄ、*

*n p m m -=。 3.简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。 解:(1) Ｇｅ、Si:

a ）Eg (Ｓi ：0Ｋ) ＝ 1．21eV ；Eg (Ｇe:0K) = 1.1７０ｅＶ; ｂ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小； （2) GaAs:

a)E ｇ(300K ）= 1.4２８ｅＶ,Eg （０K) ＝ 1.５２2e Ｖ; b)直接能隙结构;

c)Eg 负温度系数特性: ｄE g ／dT = -3．9５×10-４ｅＶ/K;

4.试述有效质量的意义

解：有效质量概括了半导体的内部势场的作用,使得在解决半导体的电子自外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用,特别是*m 可以直接由实验测定，因而可以方便解决电子的运动规律。 5．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量)(k E c 和价带极大值附近能量)(k E v 分别为:

0212022)(3)(m k k m k k E c -+= ,0

2

2021236)(m k m k k E v -=

0m 为电子惯性质量，nm a a

k 314.0,1==π。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。

解:(1）导带：由0)

(2320

1202=-+m k k m k 得:143k k =

又因为0382320202022

2>=+=m m m dk E d c 所以：在k k 43

=处，c E 取最小值 价带:060

2=-=m k

dk dE v 得：k ＝0

又因为060

2

2

2<-=m dk E d v 所以：0=k 处，v E 取最大值

因此：V 64.012)0()43

(0

2121e m k E k E E v c g ==-=

（2)04

32

2

2

*

8

3

1

m dk E d m

k k c C

n =

== （3）6

02

2

2*1

m dk E d m m

k V V

n -

=== (４)准动量的定义：k p = 所以:

6．晶格常数为0．25ｎm 的一维晶格，当外加m V 2

10，m V 2

10的电场时，试分别

计算电子自能带底运动到能带顶所需的世间。

解:根据：t

k

qE f ??== 得qE k t -?=?

第二章

１．什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？

解:浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主)的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。

2.什么叫施主?什么叫施主电离？施主电离前后有何特征?试举例说明之，并用能带图表征出n 型半导体。

解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子,并同时向导带提

供电子,这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心)的过程就叫施主电离。施主电离前不带电,电离后带正电。例如,在Si 中掺P,Ｐ为Ⅴ族元素,本征半导体Si 为Ⅳ族元素，Ｐ掺入Ｓi 中后，Ｐ的最外层电子有四个与S ｉ的最外层四个电子配对成为共价电子，而Ｐ的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。

n 型半导体的能带图如图所示:其费米能级位于 禁带上方

S N k k k p k k k 2510431095.704

3

)()(1

-==?=-=-=?

s a t 137

1921027.810

106.1)

0(--?=??--=?π

s a t 82

1911027.810

106.1)

0(--?=??--=?π

3.什么是替位式杂质，它的形成特点是什么?

解：杂质进入半导体后杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质,特点是杂质原子大小与被取代晶格原子大小相似，价电子壳结构比较相近

4．位错有哪几种类型，他们的特点是具体什么？

解：位错分为刃位错和螺形位错。刃位错:位错线垂直于滑移矢量；螺形错位：位错线平行于滑移矢量。

5.掺杂半导体与本征半导体之间有何差异?试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。

解:在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导电特性。掺杂半导体又分为n 型半导体和ｐ型半导体。

例如，在常温情况下,本征Si 中的电子浓度和空穴浓度均为1.5╳1010c ｍ－3。当在Si 中掺入1．０╳1０16c ｍ-3 后,半导体中的电子浓度将变为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。

6.锑化铟的禁带宽度eV E g 18.0=,相对介电常数17=r ε，电子的有效质量

0*015.0m m n =，0m 为电子的惯性质量，求:①施主杂质的电离能，②施主弱束

缚电子基态轨道半径。 解：根据类氢原子模型：

eV E m m q m E r n r n D 4

2

200*2204*101.717

6.130015.0)4(2-?=?===?εεπε

nm m q r 053.002020==πε nm r m m q r n

r

n r 600*

0*202===εεπεε 第三章

1．对于某n 型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上。即E Fn >E F ｉ。

证明:设n n 为n 型半导体的电子浓度，n i 为本征半导体的电子浓度。显然

i n n >n

即

2．试分别定性定量说明:

（1）在一定的温度下，对本征材料而言,材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高; （2)对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高,载流子浓度越高。

解：(1） 在一定的温度下，对本征材料而言,材料的禁带宽度越窄，则跃迁所需的能量越小,所以受激发的载流子浓度随着禁带宽度的变窄而增加。 由公式：

i

n i n

F F F c c F c c E E T

k E E N T

k E E N >???

?

??--?>???? ?

?--?则即00exp exp

T

k E v c i g e

N N n 02-

=

也可知道,温度不变而减少本征材料的禁带宽度，上式中的指数项将因此而增加,从而使得载流子浓度因此而增加。

（2)对一定的材料,当掺杂浓度一定时,温度越高,受激发的载流子将因此而增加。由

公式

可知,这时两式中的指数项将因此而增加，从而导致载流子浓度增加。

3．画出n 型Si 半导体中电子浓度与温度的关系,并定性说明

在低温时，电子浓度随温度的升高而增加,温度升到100K 时,杂质全部电离，温度高于５00Ｋ后，本征激发开始起主要作用。所以温度在100～50０K 之间杂质全部电离,载流子浓度基本上就是杂质浓度。

（1） 在杂质离化区00=P ,+

D N 会随温

度的增加而增加。

（2） 过渡区00=P ，+

D N 全部电离=D n

（3） 本征激发区,本征激发开始随温

度升高迅速升高

4．画出n 型Si 半导体中费米能级与温度的关系,并定性说明。

在温度一定时,0N 越大，F E 就越向导带方向靠近,而在0N 一定时，温度越高,F E 越向本征费米能级i E

方向靠近

5．写出简并半导体的条件,并解答。

简并条件为???≥-≥-0P 0V F C F E E E E N 型：型： 即???

??≤-<-<>-简并

弱简并非简并

020200F C

F C F C E E T k E E T k E E

简并时的杂质浓度：对ｎ型半导体,半导体发生简并时，参杂浓度接近或大

于导带底有效状态密度；对于杂质电离能较小的杂质,则杂质浓度较小时会发生简并，对于P 型半导体而言，发生简并是受主浓度接近或大于价带顶有

????

??--=???? ??--?=T k E E N p T k E E N n V F V F c c 0000exp exp 和

效状态密度，如果受主电离能较小，受主浓度较小时就会发生简并。 6．若费米能级eV E F 5=，利用费米函数计算什么温度下电子占据能级eV E 5.5=的几率为１％

解:由费米分布函数)

ex p(11

)(0T

k E E E f F -+= 得：)1)(1

ln(0-+-=E f k E E T F

代入数据得:K T 1261)

1%

11

ln(1036.85

5.515=-??-=

7.写出只有施主杂质的ｎ型Si 半导体的电中性条件，并证明在高温本征区其费米

能级V C

V C F N N KT E E E ln 2

2++=

解：电中性条件:电离施主浓度+0n 与导带电子浓度0n 相等，即：00

0p n n +=+

因为导带中电子浓度 )ex p(00T k E E N n F

C

C --= 电离施主浓度 )ex p(00T

k E E N n F v V -=+ 又因为+

=00n n

所以 )ex p()ex p(00T k E E N T k E E N F v V F C C -=--

,V C

V C F N N KT E E E ln 2

2++=

8．计算能量C E E =到2*2

8100L

m h E E n C +=之间单位体积中量子态数

解：导带底c E 附近单位能量间隙量子态数2

1233*)()2(4)(C n C E E h

m V E g -=π

因为在dE 范围内单位体积中量子态数dE V

E g V dE C 1

)(= 所以dE E E h m dE V Z C

L m h E E E E n n C C

21810032

3*)()2(412*22

1??+-==π 3

232

*2323*31000)8100(32)2(4L L

m h h m n n ππ=??= 9．硼的密度分别为1A N 和2A N (21A A N N >）的两个硅样品在是室温条件下： (1）那个样品的少子浓度低

(2）那个样品的费米能级离价带顶近

解：(1）掺硼的硅的P 型样品，在饱和电离时，少子浓度A i N N n 20=，因为 21A A N N >,所以21o o n n >，即硼的密度为1A N 的样品少子浓度低

(2）在饱和电离情况下，)ex p(00T

k E E N P N V

F V A --

==,所以)ln(

0A

V

V F N N T k E E =-显然21)()(V F V F E E E E -<-即密度为1A N 的样品的F E 离价带顶近。

10.Ｓｉ样品中的施主浓度为4.5×１0１６c ｍ-3,试计算3０0K 时的电子浓度和空穴浓

度各为多少?

解：在３0０K 时，因为N Ｄ>１0n i ，因此杂质全电离

ｎ0=ＮD ≈4.5×10１6c ｍ－3

()()3

316

2

1002

0100.5105.4105.1-?=??==cm n n p i

答： 300K 时样品中的的电子浓度和空穴浓度分别是4．5×１０16cm -3和５.0×１03ｃm -3。

第四章

1.何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？

解:迁移率是单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。影响迁移率的主要因素有能带结构(载流子有效质量)、温度和各种散射机构。 ２．半导体中的散射机构主要有那些,它与温度的关系如何？ 解：半导体的主要散射机构是电离杂质散射和晶格振动散射

（1)电离杂质散射,23-∝T N P i i ,温度越高，载流子热运动的平均速度越大,可以较快的掠过杂质离子，偏转较小,所以不易被散射。

(2)格波散射包括声学波散射和光学波散射。声学波散射几率23T P S ∝ 光学波散射几率1

10-∝

kt

hv e

P

3.试定性分析N 型半导体Si 的电阻率与温度的变化关系。 解:S ｉ的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段:

（1） 温度很低时,电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱,可以忽略；载流子主要来源于杂质电离,随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大,导致电阻率随温度升高而降低。

（2） 温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内,杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度升高而升高。

（3） 温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多，虽然迁移率随温度升高而降低,但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。当然，温度超过器件的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。

４.解释强电场下欧姆定律的偏移效应。

解:在强电场情况下,电子的平均运动速率会增大，在平均自由程不变的情况下,从而导致平均漂移时间的减少，从而使得迁移率下降。这样载流子的平均漂移速度（或电流密度）不再和电场成正比关系。而是随着电场的增加,平均漂移速率逐渐达到饱和,这种效应就是强电场下的欧姆定律偏移效应。

５.解释强电场下砷化镓是负微分电导现象。

电场比较强时,导带的电子将被电场加速并获得能量，使得部分下能*中的电子被散射,E —k 关系图中。。。。巴拉巴拉巴拉巴拉巴拉

６．写出两种载流子同时存在时的霍尔效应的平衡条件，并推导此时半导体的霍尔

系数

解:(1）y 方向的空穴电流密度y P J )(

(2)y 方向上的电子电流密度y n J )(

稳定时，横向电流密度为０,0)()(=+=y n y p y J J J

所以0)()(2

2=-++z x P n y P n B pq nq pq nq εμμεμμ

z

x n

P n

P y B n p n p εμμμμε+-=22

x n P x n x P x nq pq J J J εμμ)()()(+=+=

７.解释半导体的物理磁阻效应,画图说明。

解：1、一种载流子

考虑载流子的速率分布时 x V V <的空穴

运动场偏向霍尔场作用的方向 x V V >的空穴

偏向磁场力作用的方向

2、同时考虑两种载流子

02=B ，x εε=时电子逆电场方向运动， 形成电场方向电流n J ，空穴沿电场方向运动

形成电场方向电流P J ,总电流P n J J J +=0

８.对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 解：对于重掺杂半导体，在低温时,杂质散射起主体作用,而晶格振动散射与一般掺杂半导体的相比较,影响并不大，所以这时侯随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加;温度继续增加后,晶格振动散射起主导作用,导致迁移率下降。对一般掺杂半导体，由于杂质浓度较低,电离杂质散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振动散射,所以温度越高,迁移率越低。

9.0.1２kg 的Si 单晶掺杂有kg 9100.3-?是Sb,设杂质全部电离,试求出此材料的电导率。(Si 单晶的密度为333.2cm kg ,)(5202S V cm u n ?=,Ｓb 的原子量为1２1.8）

解:

()

()()

()

31723

93

10881.2556.228.12110025.61000100.3502.5133

.21000

12.0--?≈????=∴=?=

cm N cm V Si D 的体积

故材料的电导率为:

x

ε z

x

P y P y P y

B p y p B pq pq J J J εμεμε

2)()()(-=+=y

n z x

n y n y

B n y n nq B nq J J J εμεμε

+=+=2)()()(y

ε I x

V V <

x V x V V >

q f

J

P J n

J _ +

()()()11191704.2452010602.110579.6---Ω=????==cm nq n μσ

答:此材料的电导率约为24.04Ω-1c ｍ-１。

第五章

１.何谓非平衡载流子?非平衡状态与平衡状态的差异何在?

解：半导体处于非平衡态时,附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度,额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子。

热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的，产生与复合处于动态平衡状态，跃迁引起的产生、复合不会产生宏观效应。在非平衡状态下,额外的产生、复合效应会在宏观现象中体现出来。

2.解释费米能级的含义，并分别画出n 型半导体平衡时与非平衡时电子和空穴的费米能级和准费米能级。

解:在平衡状态下，由于到袋中的电子和价带中的空穴按能量在各自的能带中处于平衡分布，而导带和价带之间在总体上又是非平衡的。因此,因此不能用一个费米能级来描写导带中的电子和价带中的空穴按能量的分布问题。因而引入准费米能级的概念。用n F E 来描写导带中电子。用P F E 来描写价带中的空穴。这样在非平衡态下，导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度可以分别表示为

)exp(0kT E E n n Fi F

i -= )exp(0kT

E E n P F

Fi i -= ３.半导体中表面复合与体内复合是否相同？为什么？

解:不同,因为当一块半导体突然被终止时,表面理想的周期性晶格发生中断,出现悬挂键(缺陷),从而导致禁带中出现电子态（能级），该电子态成为表面态。通常位于禁带中，呈现为分立的能级,可以起到复合中心的作用。 4．间接复合效应与陷阱效应有何异同？

答：间接复合效应是指非平衡载流子通过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级E ｔ而逐渐消失的效应,E ｔ的存在可能大大促进载流子的复合；陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或缺陷能级E ｔ中，使在E t 上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较大的变化,从引起Δn≠Δp,这种效应对瞬态过程的影响很重要。此外,最有效的复合中心在禁带中央,而最有效的陷阱能级在费米能级附近。一般来说,所有的杂质或缺陷能级都有某种程度的陷阱效应,而且陷阱效应是否成立还与一定的外界条件有关。

5.设0τττ==n P ,根据小信号寿命公式0

01

00010p n p p p n n n n P +++++=τττ讨论复合能级t E

在禁带中处于什么位置时，复合作用最强。

解：由已知条件得出,利用：)exp(

kT

E E n n Fi

F i l -=

)exp(kT

E E n P F

Fi i l -=得:

))

cosh(21()]}ex p()[ex p(1{000000kT

E E p n n kT E E kT E E p n n i

t i t i i t i -++=-+-++

=τττ可见当复合能级i t E E =时,寿命最小，此时，复合能级作用最强。

6．ｎ型半导体中可以形成空穴和电子的陷阱吗?为什么？

解:有公式n n N n t

t ?=

?0

max 4)(,可以看出如果电子是多数载流子,那么即使t N 可以和平衡载流子浓度0n 相比,仍然不能形成有效的陷阱效应。所以n 型

半导体中可以形成空穴的陷阱效应，但不能形成电子的陷阱效应。 7．漂移运动和扩散运动有什么不同？

解：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动,而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。

8.漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系?

解：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系,二者的比值与温度成反比关系。即

9.平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？

答：平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均路程。而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。它们的不同之处在于平均自由程由散射决定,而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。

平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关,散射越弱,平均自由时间越长;后者由复合几率决定,它与复合几率成反比关系。 10.证明非平衡载流子的寿命满足()τ

t

e p t p -?=?0,并说明式中各项的物理意义。

证明：

()[]p

p

dt t p d τ?=?-

=非平衡载流子数而在单位时间内复合的子的减少数单位时间内非平衡载流

时刻撤除光照如果在0=t

则在单位时间内减少的非平衡载流子数=在单位时间内复合的非平衡载流子数,即

()[]()1?→??=?-p

p dt t p d τ

在小注入条件下,τ为常数，解方程(1）,得到

()()()20?→??=?-

p

t

e

p t p τ

式中，Δp （0)为t=0时刻的非平衡载流子浓度。此式表达了非平衡载流子随时间呈指数衰减的规律。得证。

11.写出扩散长度与牵引长度的表达式，并解释各自意义。 解:扩散长度:p p P D L τ=

p L 标志着非平衡载流子深入样品的平均距离，成为扩散长度。它由材料的扩

T k q D 0=μ

散系数和材料的非子寿命决定。空穴的牵引长度P p P L ετμε=)(，空穴在电场下，在寿命τ时间内漂移的距离

12.试证明在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。 证明：在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命

()i rn p n r 21

100=

+≈τ

而 i n p n 2p n 20000=≥+

所以

i rn 21

≤

τ

本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。得证。

13．光均匀照射在6cm ?Ω的n 型Si 样品上，电子-空穴对的产生率为４×10２１

cm -3s -1，样品寿命为8μｓ。试计算光照前后样品的电导率。 解：解:光照前

()1100167.1611--?Ω≈==cm ρσ

光照后 Δp=G τ=(4×１0２１）(8×1０－6

）=3.２×10１7 cm -３ 则

()()()

1119160051.3490106.1102.3167.1---?Ω=??+=???+=?+=cm q p p μσσσσ 答：光照前后样品的电导率分别为１.１6７Ω-1cm -1和3.51Ω-1ｃm -1。

第六章

1.什么是ｐn 结，画出pn 结接触前后的能带图。

解：从原理上说，pn 结就是一个N 型掺杂区和一个P 型掺杂区紧密接触所构成

的,其接触界面称为冶金结界面。达到平衡状态的pn 结能带图具有统一的费米能

及↓n F E )(,↑P F E )( 漂扩J J = 2.简述ｐn 结中的非平衡载流子的电注入。

解：ｐn 结加正向偏压时，势垒降低,增大了进入ｐ区的电子流和进入n 区的空穴流。这种由于外加正向偏压的作用，试非平衡载流子进入半导体的过程称为非平衡载流子的电注入。 3.定性说明pn 结的整流效应。

见课本

4．画出pn结外加正向偏压时的能带图,并定性说明。

见课本

5.简述pn结的势垒电容Ｃb。

解：势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使pn结上压降发生变化时,耗尽层的厚度也相应的随之改变,这相当pn结中存储的电荷量也随之变化,犹如电容的充放电(变容二极管)。

6．简述ｐn结的扩散电容Cｄ。

解:扩散电容是由多子扩散后,在pn结的另一侧面积累而形成的。pｎ结正偏时,由n区扩散到ｐ区的电子(非平衡少子）,与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。扩散过来的电子流就堆积在p区内紧靠在pn结的附近,到远离交界面，形成一定的浓度梯度分布曲线。电压增大，正向（扩散)电流增大。当外加正向电压不同时,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以pn结两侧堆积的电子的浓度梯度分布也不同,，这就相当电容的充放电过程。

7．简述pn结的雪崩击穿。

解：pｎ结的反向电流是由少数载流子的运动产生的。当外加反向电压加大时,内电场增强，使载流子加速。这些加速载流子,在与阻挡层中中性原则相碰时,会有足够的能量破坏原子的共价健,产生新的电子-空穴对。这些新的电子－空穴对又从电场获得足够大能量与原子碰撞,继续产生另外的电子-空穴对。这个过程像雪崩一样，使电流迅速增大，所以称为雪崩击穿或雪崩效应。

8.什么是功函数？那些因素影响了半导体的功函数?什么是接触势差?

解：答:功函数是指真空电子能级E0与半导体的费米能级E F之差。影响功函数的因素是掺杂浓度、温度和半导体的电子亲和势。

接触势则是指两种不同的材料由于接触而产生的接触电势差。

9.试分别画出ｐ型和n型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。

（1）解：金属与n半导体接触形成阻挡层的条件是W m>W s,其接触后的能带图如图1所示：

图图金属与n半导体接触形成反阻挡层的条件是W m

如图２所示:

（2）金属与p半导体接触形成阻挡层的条件是W m＜Ｗs,其接触后的能带图如图

3所示：

金属与p 半导体接触形成反阻挡层的条件是Ｗm >W s ,其接触后的能带图如图4所示：

10．定性说明n 型阻挡层的整流作用。

解:在不加电压的情况下半导体表面和内部的电势差为0S V 这时势垒高度为0S qV -,加正压（金属一边为正）后,势垒高度为][0V V q S +-,因为00

正压后势垒高度降低，从半导体到金属的电子流增大，而电子从金属到半导体的流密度不变。这样就形成从金属到半导体的电流，电压越大电流越大;加反向电压（金属一边为负)后,势垒高度为][0V V q S +-。势垒高度增加,从半导体到金属的电子流减小,而电子从金属到半导体的流密度不变，这就形成从半导体到金属的电流,并且当反向电压达到一定值时,从半导体到金属到的电流可以忽略,这时只剩下从金属到半导体的电子流,从而电流达到饱和。

图

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半导体物理器件期末考试试题(全)

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2015半导体物理器件期末考试试题(全) 半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师：陈建萍一、简答题（共 6 题，每题 4 分）。 代表试卷已出的题目1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。 2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏 Fpn 结的电容。 3、Pn 结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流迅速增大的现象。 4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触。 5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应：随 C-E 结电压或 C-B 结电压的变化，中性基区宽度的变化。 8、截止频率：共发射极电流增益的幅值为 1 时的频率。 9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象） 10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系： 12、扩散电容：正偏 pn 结内由于少子的存储效应而形成的电容。 1/ 11

13、空间电荷区：冶金结两侧由于 n 区内施主电离和 p 区内受主电离

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的 pn 结。 15、界面态：氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射：当载流子在源极和源漏极漂移时，氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿。 20、内建电场：n 区和 p 区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由 n 区指向 p 区。 21、齐纳击穿：在重掺杂 pn 结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由 p 区的价带直接隧穿到 n 区的导带的现象。 22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应； (3)发射结电流集边效应。 它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。 3/ 11

半导体物理学试题库完整

一．填空题 1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________.引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数.内部势场） 2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度.费米分布函数） 3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电.达到热平衡后两者的费米能级________。（正.相等） 4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央.其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处.因此属于_________半导体。（[100]. 间接带隙） 5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷.肖特基缺陷） 6．在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2.1/1+exp(2)） 7．从能带角度来看.锗、硅属于_________半导体.而砷化稼属于_________半导体.后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙.直接带隙） 8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统.服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布.费米分布） 9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关.而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度.禁带宽度） 10. 半导体的晶格结构式多种多样的.常见的Ge和Si材料.其原子均通过共价键四面体相互结合.属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似.两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。（金刚石.闪锌矿） 11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化.则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体.否则称为_________禁带半导体。（直接.间接） 12. 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_________、 _________ 、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。（电离杂质的散射.晶格振动的散射） 13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径.主要有两大类：_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。（电子和空穴.复合中心）

《半导体物理学》习题库

《半导体物理学》习题库 它们之间的异同 7。ICBO、IEBO和ICEO的逆流是如何定义的？写出ic eo 和icbo的关系并讨论。 8。如何定义反向击穿电压bucbo、buceo、buebo？写下布奇奥和布奇博之间的关系，并进行讨论。9.高频时晶体管电流放大系数降低的原因是什么？ 10。描述晶体管的主要频率参数是什么？它们各自的含义是什么？ 11.影响特征频率的因素有哪些？如何描述频率ft？ 12。绘制晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图13.大电流下晶体管β 0和傅立叶变换减小的主要原因是什么？ 14。简述了大注入效应、基极扩展效应和发射极电流边缘效应的机理 15。晶体管最大耗散功率是多少？这与什么因素有关？如何降低晶体管热阻？ 16。画出晶体管的开关波形，表示延迟时间τ d 、上升时间tr、 存储时间ts和下降时间tf，并解释其物理意义 17。解释晶体管的饱和状态、关断状态、临界饱和和深度饱和的物理意义

18。以NPN硅平面为例，当发射极结正向偏置而集电极结反向偏置时，从发射极进入的电子流分别用晶体管的发射极区、发射极结势垒区、基极区、集电极结势垒区和集电极区的传输过程中哪种运动形式(扩散或漂移)占主导地位来解释 6 19。尝试比较fα、fβ和ft的相对大小 20。画出晶体管饱和状态下的载流子分布，并简要描述过剩储存电荷的消失过程 21。画出普通晶体门的基本结构图，简述其基本工作原理22.有一种低频低功率合金晶体管，它使用N型锗作为衬底，电阻率为1.5？通过燃烧铟合金制备发射极区和集电极区。两个区域的掺杂浓度约为3×1018/cm3，ro (Wb=50？m，Lne=5？m) 23。一个对称的P+NP+锗合金管，其底部宽度为5？基区杂质浓度为5×1015cm-3，基区腔寿命为10？秒(AE=AC=10-3cm2)计算UEB = 0.26伏和UCB =-50伏时的基极电流IB？得到了上述条件下的α0和β0(r0≈1)。24.已知γ0=0.99，BUCBO = 150V伏，Wb=18.7？m，基极区中的电子寿命ηb = 1us(如果忽略发射极结的空间电荷区复合和基极区表面复合)，找到α0、β0、β0*和BUCEO(设置Dn=35cm2/s)。25。NPN双扩散外延平面晶体管是已知的，集电极区电阻率ρc = 1.2ω·cm，集电极区厚度Wc=10？m，硼扩散表面浓度NBS=5×1018cm-3，结深Xjc=1.4？m分别计算集电极偏置电压为25V

半导体器件物理课后习题解答

半导体器件物理课后作业 第二章 对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器件，简述它们的工作原理和应用场合。 解： 发光二极管 它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写为LED。 工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。 应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。 光电二极管 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光电二极管有多种类型，用途也不尽相同，主要有以下几种： PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途：主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型特性：响应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光 用途：高速光通信、高速光检测 隧道二极管 隧道二极管（Tunnel Diode）又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半

最新尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复习题

尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复 习题

第一章固体晶体结构 (3) 小结 (3) 重要术语解释 (3) 知识点 (3) 复习题 (3) 第二章量子力学初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 第三章固体量子理论初步 (4) 小结 (4) 重要术语解释 (4) 知识点 (5) 复习题 (5) 第四章平衡半导体 (6) 小结 (6) 重要术语解释 (6) 知识点 (6) 复习题 (7) 第五章载流子运输现象 (7) 小结 (7) 重要术语解释 (8) 知识点 (8) 复习题 (8) 第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (8) 小结 (8) 重要术语解释 (9) 知识点 (9) 复习题 (10) 第七章pn结 (10) 小结 (10) 重要术语解释 (10) 知识点 (11) 复习题 (11) 第八章pn结二极管 (11) 小结 (11) 重要术语解释 (12) 知识点 (12) 复习题 (13) 第九章金属半导体和半导体异质结 (13) 小结 (13) 重要术语解释 (13) 知识点 (14) 复习题 (14) 第十章双极晶体管 (14)

小结 (14) 重要术语解释 (15) 知识点 (16) 复习题 (16) 第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (16) 小结 (16) 重要术语解释 (17) 知识点 (18) 复习题 (18) 第十二章金属-氧化物-半导体场效应管：概念的深入 (18) 小结 (19) 重要术语解释 (19) 知识点 (19) 复习题 (20)

第一章固体晶体结构 小结 1.硅是最普遍的半导体材料。 2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。晶胞是晶体 中的一小块体积，用它可以重构出整个晶体。三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。 3.硅具有金刚石晶体结构。原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。 二元半导体具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格基本相同。 4.引用米勒系数来描述晶面。这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。密勒 系数也可以用来描述晶向。 5.半导体材料中存在缺陷，如空位、替位杂质和填隙杂质。少量可控的替位杂 质有益于改变半导体的特性。 6.给出了一些半导体生长技术的简单描述。体生长生成了基础半导体材料，即 衬底。外延生长可以用来控制半导体的表面特性。大多数半导体器件是在外延层上制作的。 重要术语解释 1.二元半导体：两元素化合物半导体，如GaAs。 2.共价键：共享价电子的原子间键合。 3.金刚石晶格：硅的院子晶体结构，亦即每个原子有四个紧邻原子，形成一个 四面体组态。 4.掺杂：为了有效地改变电学特性，往半导体中加入特定类型的原子的工艺。 5.元素半导体：单一元素构成的半导体，比如硅、锗。

半导体物理学练习题(刘恩科)

第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： （1）同理，－K状态电子的速度则为： （2）从一维情况容易看出： （3）同理 有： （4） （5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： （6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （1）能带的宽度； （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关 系 （1）

（2） 令得： 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。 故：能带宽度 （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 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。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。

5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求： （1）能带宽度； （2）能带底和能带顶的有效质量。 6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同？原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同？ 7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？ 8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？ 9 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？ 10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。”是否如此？为什么？ 11简述有效质量与能带结构的关系？ 12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？ 13从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同？ 14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性？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硅晶格结构的联系？ 15为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度？16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？ 17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？ 18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。 19为什么极值附近的等能面是球面的半导体，当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰？ 第二章半导体中的杂质与缺陷能级 例1.半导体硅单晶的介电常数＝11.8，电子和空穴的有效质量各为＝ 0.97， ＝0.19和＝0.16，＝0.53，利用类氢模型估计： （1）施主和受主电离能; （2）基态电子轨道半径 解：（1）利用下式求得和。

半导体物理练习题

一、选择填空（含多项选择） 1. 与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（） A. 比半导体的大 B. 比半导体的小 C. 与半导体的相等
2. 室温下，半导体 Si 掺硼的浓度为 1014cm－3，同时掺有浓度为 1.1×1015cm－3 的磷，则电子浓度约为（），空穴浓度为（），费米能级（）；将该半导体升温至 570K，则多子浓度约为（），少子浓度为（），费米能级（）。（已知：室温下，ni ≈1.5×1010cm－3，570K 时，ni≈2×1017cm－3） A. 1014cm－3 C. 1.1×1015cm－3 E. 1.2×1015cm－3 G. 高于 Ei I. 等于 Ei 3. 施主杂质电离后向半导体提供（），受主杂质电离后向半导体提供（），本征 激发后向半导体提供（）。 A. 空穴 B. 电子 B. 1015cm－3 D. 2.25×1015cm－3 F. 2×1017cm－3 H. 低于 Ei
4. 对于一定的半导体材料， 掺杂浓度降低将导致禁带宽度 （） 本征流子浓度 ， （） ， 功函数（）。 A. 增加 B. 不变 C. 减少
5. 对于一定的 n 型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致（）靠近 Ei。 A. Ec B. Ev C. Eg D. Ef
6. 热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（）有关，而与 （）无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度
7. 表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（）。

A. 施主态
B. 受主态
C. 电中性
8. 当施主能级 Ed 与费米能级 Ef 相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（）倍。 A. 1 B. 1/2 C. 1/3 D. 1/4
9. 最有效的复合中心能级位置在（）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（）附 近，常见的是（）的陷阱 A. Ea B. Ed C. E D. Ei E. 少子 F. 多子
10. 载流子的扩散运动产生（）电流，漂移运动长生（）电流。 A. 漂移 B. 隧道 C. 扩散
11. MIS 结构的表面发生强反型时，其表面的导电类型与体材料的（），若增加掺 杂浓度，其开启电压将（）。 A. 相同 二、思考题 1. 简述有效质量与能带结构的关系。 2. 为什么半导体满带中的少量空状态可以用带有正电荷和具有一定质量的空穴来 描述？ 3. 分析化合物半导体 PbS 中 S 的间隙原子是形成施主还是受主？S 的缺陷呢？ 4. 说明半导体中浅能级杂质、深能级杂质的作用有何不同？ 5. 为什么 Si 半导体器件的工作温度比 Ge 半导体器件的工作温度高？你认为在高 温条件下工作的半导体应满足什么条件工厂生产超纯 Si 的室温电阻率总是夏天低， 冬天高。试解释其原因。 6. 试解释强电场作用下 GaAs 的负阻现象。 7. 稳定光照下， 半导体中的电子和空穴浓度维持不变， 半导体处于平衡状态下吗？ 为什么？ 8. 爱因斯坦关系是什么样的关系？有何物理意义？ B. 不同 C. 增加 D. 减少

《半导体物理与器件》习题库

《半导体物理与器件》习题库 目录 《半导体物理与器件》习题库 (1) 第1章思考题和习题 (2) 第2章思考题和习题 (3) 第3章思考题和习题 (6) 第4章思考题和习题 (10) 第5章半导体器件制备技术 (12) 第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)

第1章思考题和习题 1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？ 2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。 4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。 5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。 7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求： （a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 （b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？ 8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。 10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。 11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算： （a）光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子，是否为小注

半导体物理学题库20121229

1．固体材料可以分为 晶体 和 非晶体 两大类，它们之间的主要区别是 。 2．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半 导体称 N 型半导体。 3．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施 主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 4．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载 流子将做 漂移 运动。 5．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那末， 为非 简并条件； 为弱简并条件； 简并条件。 6．空穴是半导体物理学中一个特有的概念，它是指： ； 7．施主杂质电离后向 带释放 ，在材料中形成局域的 电中心；受主杂质电离后 带释放 ， 在材料中形成 电中心； 8．半导体中浅能级杂质的主要作用是 ；深能级杂质所起的主要作用 。 9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________；本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。 10.施主杂质电离后向半导体提供 ，受主杂质电离后向半导体提供 ，本征激发后向半导体提 供 。 11.对于一定的n 型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致 靠近Ei 。 12.热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与 和 有关，而与 、 无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度 12. 指出下图各表示的是什么类型半导体？ 13．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不 变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 14．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命 τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 15． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子 运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 16．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 17．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主 要作用 对载流子进行复合作用 。

半导体物理习题及解答

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 [])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --= 其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。求： （1） 能带宽度； （2） 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 刘诺 编 1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）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、E P =-E n D、m P *=-m n *。 1-4、解： （1）Ge、Si: a）Eg (Si：0K) = ；Eg (Ge：0K) = ； b）间接能隙结构 c）禁带宽度E g随温度增加而减小； （2）GaAs： a）E g （300K） 第二篇习题-半导体中的杂质和缺陷能级 刘诺编 2-1、什么叫浅能级杂质它们电离后有何特点 2-2、什么叫施主什么叫施主电离施主电离前后有何特征试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。 2-3、什么叫受主什么叫受主电离受主电离前后有何特征试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。

半导体物理与器件复习

半导体物理与器件复习 一、选择填空 1. 非平衡载流子寿命公式 2. 本征载流子浓度公式 3. 本征半导体概念 4. 半导体功函数概念 5. 单位晶胞中原子占据的百分比，原子的数目 6. N型半导体，P型半导体的概念 7. 载流子的迁移率和扩散系数，爱因斯坦关系式，影响载流子的迁移率的因素，两种散射机制 8. PN结击穿的类型，机制 9.金属、半导体、绝缘体的本质区别，半导体的几种类型 二、名词解释和简答题 1. 空间电荷区，存储时间，费米能级，准费米能级，肖特基接触，非本征半导体，简并半导体，直接带隙半导体，电子有效质量，雪崩击穿，单边突变结，电子有效质量，双极输运，欧姆接触，本征半导体，非简并半导体，间接带隙半导体 2. 什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 3.为什么随着掺杂浓度的增大，击穿电压反而下降？ 4. 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 5.漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移

率和扩散系数之间满足什么关系？ 6. 什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？ 7. 画出肖特基二极管和pn结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。 8. 空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 9. 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。 10. 什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 11. 何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 12. 何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 13. 什么是声子? 它对半导体材料的电导起什么作用? 三计算题 作业题：3-37，3-40，4-47，7-8，8-6 最后一门学位课，一定要认真复习。

半导体物理学 (第七版) 习题答案

半导体物理习题解答 1－1．（P 32）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： E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0 2 23m k h ； 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； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝0232m k h ＋0 12)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝ 14 3 k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ； 由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0； 并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝2 02 48a m h ＝11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=；∴ m n ＝022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=，∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k ＝h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，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。 [解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk

半导体物理习题与问题

半导体物理习题与问题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： （1）同理，－K状态电子的速度则为： （2）从一维情况容易看出： （3）同理 有：（4 ）（5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： （6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几

率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （1）能带的宽度； （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关 系（1） （2）令得： 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。

故：能带宽度 （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 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。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。 5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求： （1）能带宽度； （2）能带底和能带顶的有效质量。

半导体物理与器件第四版课后习题答案3

Chapter 3 3.1 If o a were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal. If o a were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator. ________________________ _______________ 3.2 Schrodinger's wave equation is: ()()() t x x V x t x m , , 22 2 2 ψ ? + ? ψ ? - () t t x j ? ψ ? = , Assume the solution is of the form: AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF ()()??? ????????? ????? ??-=ψt E kx j x u t x exp , Region I: ()0=x V . Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: ()??? ????????? ????? ??-?????-t E kx j x jku x m exp 22 ()?? ??????????????? ????? ??-??+ t E kx j x x u exp ()??? ????????? ????? ??-???? ??-=t E kx j x u jE j exp which becomes ()()??? ????????? ????? ??-???-t E kx j x u jk m exp 22 2 ()??? ????????? ????? ??-??+t E kx j x x u jk exp 2 ()?? ? ?????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp 2 2 ()??? ????????? ????? ??-+=t E kx j x Eu exp This equation may be written as ()()()()0222222 =+??+??+-x u mE x x u x x u jk x u k Setting ()()x u x u 1 = for region I, the equation becomes: ()() () ()0212212 12=--+x u k dx x du jk dx x u d α where 2 2 2 mE = α Q.E.D. In Region II, ()O V x V =. Assume the same

半导体物理与器件第四版课后习题答案

Chapter 3 3、1 If were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal、 If were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator、 _______________________________________ 3、2 Schrodinger's wave equation is: Assume the solution is of the form: Region I: 、 Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: which bees This equation may be written as Setting for region I, the equation bees: where Q、E、D、 In Region II, 、 Assume the same form of the solution: Substituting into Schrodinger's wave equation, we find: This equation can be written as: Setting for region II, this equation bees where again Q、E、D、 _______________________________________ 3、3 We have Assume the solution is of the form: The first derivative is and the second derivative bees Substituting these equations into the differential equation, we find bining terms, we obtain We find that Q、E、D、 For the differential equation in and the proposed solution, the procedure is exactly the same as above、 _______________________________________ 3、4 We have the solutions for and for 、 The first boundary condition is which yields The second boundary condition is which yields The third boundary condition is which yields

半导体物理学试题及答案

半导体物理学试题及答案 半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题 1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。 A、本征 B、受主 C、空穴 D、施主 E、电子 2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。 A、电子和空穴 B、空穴 C、电子 3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。 A、正 B、负 C、零 D、准粒子 E、粒子 4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。 A、受主 B、深 C、浅 D、复合中心 E、陷阱 5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。 A、相同 B、不同 C、无关

6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。 A、变大，变小 ; B、变小，变大; C、变小，变小; D、变大，变大。 7、砷有效的陷阱中心位置(B ) A、靠近禁带中央 B、靠近费米能级 8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。 A、大于1/2 B、小于1/2 C、等于1/2 D、等于1 E、等于0 9、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。 A、多子积累 B、多子耗尽 C、少子反型 D、平带状态 10、金属和半导体接触分为：( B )。 A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载

半导体物理试题汇总

半导体物理学考题 A (2010年1月)解答 一、（20分）简述下列问题: 1．（5分）布洛赫定理。 解答：在周期性势场中运动的电子，若势函数V(x)具有晶格的周期性，即：)x (V )na x (V =+， 则晶体中电子的波函数具有如下形式：)x (u e )x (k ikx =ψ，其中，)x (u k 为具有晶格周期性的函数，即：)x (u )na x (u k k =+ 2．（5分）说明费米能级的物理意义； 试画出N 型半导体的费米能级随温度的变化曲线。 解答： 费米能级E F 是反映电子在各个能级中分布情况的参数。 能量为E F 的量子态被电子占据的几率为1/2。 N 型半导体的费米能级随温度变化曲线如右图所示：（2分） 3、（5分）金属和N 型半导体紧密接触，接触前，二者的真空能级相等，S M W W <。试画出金属— 半导体接触的能带图，标明接触电势差、空间电荷区和内建电场方向。 解答： 4．（5分）比较说明施主能级、复合中心和陷阱在半导体中的作用及其区别。 解答： 施主能级：半导体中的杂质在禁带中产生的距离能带较近的能级。可以通过杂质电离过程向半导体导带提供电子，因而提高半导体的电导率；（1分） 复合中心：半导体中的一些杂质或缺陷，它们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级，非平衡载流子（电子和空穴）可以通过复合中心进行间接复合，因此复合中心很大程度上影响着非平衡载流子的寿命。（1分） 陷阱：是指杂质或缺陷能级对某一种非平衡载流子的显著积累作用，其所俘获的非平衡载流子数目可以与导带或价带中非平衡载流子数目相比拟。陷阱的作用可以显著增加光电导的灵敏度以及使光电导的衰减时间显著增长。（1分） 浅施主能级对载流子的俘获作用较弱；有效复合中心对电子和空穴的俘获系数相差不大，而且，其对非平衡载流子的俘获几率要大于载流子发射回能带的几率。一般说来，只有杂质的能级比费米能级离导带底或价带顶更远的深能级杂质，才能成为有效的复合中心。而有效的陷阱则要求其对电子和空穴的俘获几率必须有很大差别，如有效的电子陷阱，其对电子的俘获几率远大于对空穴的俘获几率，因此才能保持对电子的显著积累作用。一般来说，当杂质能级与平衡时费米能级重合时，是最有效的陷阱中心。（2分） C E v E x FN E FM E i E eV E C E i E d E V E T () 型N E F