当前位置:文档之家› 半导体物理

半导体物理

半导体物理
半导体物理

半导体物理

大纲撰写者徐军

一、教学目标和基本要求(500字以内)

半导体物理是是物理学科群的专业基础课,是物理类和材料类专业学生的专业课。本课程主要揭示半导体主要基本性质,探讨半导体在热平衡态和非平衡态下所发生的物理过程、规律以及相关应用,并通过实验加深对半导体物理理论的理解,掌握半导体的基本原理和测量技术,为后续课程的学习和将来的科研工作打下基础。

该课程为半导体器件、半导体工艺和半导体集成电路提供了理论基础和一定的实验技能,是后续相关课程的开设的前提。由于本科的教学目标不仅仅是培养学生熟练的实践技能,更重要的是培养学生的创新能力。创造能力的培养需要体现在扎实的理论知识学习中。半导体物理是实现这种创新能力培养的一门重要的课程。通过本课程的学习,有助于学生在半导体器件研制、集成电路芯片设计及光电子、电子材料及其相关学科的科学研究奠定扎实的理论与实践技能。通过本课程的学习,要求学生掌握半导体物理的基础理论、概念和方法,学会运用半导体物理理论分析、处理和解决微电子学相关领域实际问题的技能和方法。

二、课程简介

中文:(500字以内)

《半导体物理》是微电子及半导体物理专业的必修课,是在学习《固体物理》、《量子力学》等课程的基础之上,使学生掌握半导体物理的基本概念,了解光电子器件、技术的基本概念、基本理论,为今后从事相关工作打下基础。本课程要求学生掌握半导体晶体结构和能带理论,半导体中的电子状态及载流子的输运理论。对半导体的基本性质:半导体P-N结、异质结、半导体表面性质和光学性质等能进行理论分析,对一些简单的半导体器件进行定性分析。对以上内容要求概念准确,基本理论和运算熟练,并能应用它们解决后继专业课基本理论问题和今后工作遇到的实际问题,为专业课学习打下必要的基础。

英文:(1000字符以内)

The semiconductor physics, is a professional required course of microelectronics and semiconductor physics subject. It is based on learning solid state physics and the quantum mechanics, to make students master the basic concepts of semiconductor physics, to understand the basic concepts, basic theories of optoelectronic devices and technology, to lay a foundation for future. The course requires students to master the theory of semiconductor crystal structure and energy level, electron state and the carrier transport in semiconductor theory, to theoretical analysis of the basic properties of semiconductors, such as semiconductor P-N junctions, heterojunction, surface properties and optical properties of semiconductors. The course also requires students to qualitative analysis of some simple semiconductor devices, and requires accurate concept, basic theory and arithmetic skills, and to apply them to solve practical problems encountered in the work in the future. So that the necessary foundation are laid for professional course study.

三、教学重点、难点(500字以内)

重点和难点

第一章半导体中的电子状态

了解晶体结构的一般概念,熟悉常用半导体材料的晶体结构;熟悉半导体能带理论,熟悉半导体中能量与波矢量之间的关系;掌握有效质量、空穴等概念;熟悉回旋共振实验结果,能够对回旋共振实验结果给出解释;了解硅、锗、砷化镓等常用半导体的能带结构。

本章重点:半导体的晶体结构;能带结构

本章难点:有效质量,带隙的产生。

第二章半导体中的杂质和缺陷

了解半导体中缺陷的类型;掌握半导体中的替位式杂质和间隙式杂质以及由这些杂质形成的杂质能级;了解施主能级和受主能级的概念;熟悉杂质能级电离能的简单计算;了解Ⅲ-Ⅳ族化合物的杂质能级;了解氮化镓、氮化铝、碳化硅的杂质能级;熟悉杂质的补偿作用。

本章重点:硅、锗中的杂质能级

本章难点:杂质能级的形成

第三章半导体中载流子的统计分布

掌握半导体中状态密度的概念;熟悉费米分布函数和玻尔兹曼分布函数;掌握导带中电子浓度和价带中空穴浓度的计算方法;掌握本征半导体中载流子的计算;熟悉杂质半导体中载流子浓度的计算;了解简并半导体的概念和载流子的计算。本章重点:本征半导体载流子浓度的计算,杂质半导体载流子浓度的计算。

本章难点:状态密度概念,杂质电离与温度之间的关系。

第四章半导体中的导电性

掌握载流子的漂移运动和迁移率的概念;了解载流子在半导体中的主要散射机制;掌握电阻率和杂质浓度和温度之间的关系;了解玻尔兹曼方程和电导率的统计理论;熟悉强场下欧姆定律的偏离;了解多能谷散射和耿氏效应。

本章重点:电阻率和杂质浓度和温度关系,迁移率概念。

本章难点:载流子的散射,电导率的统计理论。

第五章非平衡载流子

了解平衡载流子和非平衡载流子的概念;熟悉非平衡载流子的注入和复合;掌握非平衡载流子的寿命;熟悉准费米能级概念;掌握复合理论;了解陷阱效应;熟悉载流子的扩散运动;了解载流子的漂移扩散,爱因斯坦关系;了解连续性方程;了解硅的少数载流子的寿命和扩散长度。

本章重点:非平衡载流子的复合,非平衡载流子的寿命。

第六章金属和半导体接触

重点:掌握载流子的漂移运动,迁移率;载流子的扩射;迁移率与杂质浓度和温度的关系;电阻率及其杂质浓度和温度的关系。

难点:电导率与迁移率的关系

第七章半导体表面与MIS结构

重点:会分析空间电荷区的形成过程;掌握p-n结接触电势差和载流子分布的计算;掌握p-n结电流电压方程式的推导;了解p-n结的齐纳击穿和雪崩击穿机理,了解金属半导体接触及其能级图。

难点:对非平衡态状态的p-n结的能带变化分析,以及异质结的掌握。

四、教材名称及主要参考书

教材:(128字以内)

《半导体物理学》,刘恩科等,电子工业出版社(第六版)2003年8月

本书较全面的论述了半导体物理的基础知识。全书共13章,主要内容为:半导体的晶格结构和电子状态;杂质和缺陷能级;载流子的统计分布;载流子的散射及电导问题;非平衡载流子的产生、复合及其运动规律;半导体的表面和界面—包括pn结、金属半导体表面及MIS结构、半导体异质结;半导体的光、热、磁、压阻等物理现象和非晶半导体。

参考书:(250字以内)

(1)Donald A.Neamen: Semiconductor Physics and Devices(U.S.A.)清华大学出版社,2003 (2)Robert F.Pierret: Semiconductor Device

Fundamentals(Part1)

(3)Chih-Tang Sah:Fundamental of Solid-State Electronics(U.S.A.)

(4)钱佑华,徐致中:《半导体物理》

(5)叶良修:《半导体物理学》

(6)李名復:《半导体物理学》

(7)夏建白:《现代半导体物理》

五、课程章节主要内容及学时分配

课程章节主要内容共分6章,学时共60学时,具体如下:

绪论(4学时)简要介绍半导体物理发展历史及未来发展趋势

第一章半导体中的电子状态(8学时)常见半导体的晶格结构和结合性质,能带论的主要结果,半导体中电子的运动及其描述,重要半导体的能带结构,半导体中的杂质能级。

第二章半导体中载流子的平衡统计分布(10学时)状态密度,分布函数,载流子浓度,本征半导体和杂质半导体。

第三章电磁场中的输运现象(8学时)载流子的漂移运动,半导体的主要散射机构,迁移率与杂质浓度和温度的关系,霍尔效应。

第四章非平衡载流子(10学时)非平衡载流子的注入与复合,准费米能级,复合理论,载流子的扩散与漂移运动、连续性方程。

第五章p-n结(10学时)pn结及其基本概念,pn结电流电压特性,pn结电容,pn结击穿,pn结隧道效应,pn结的光生伏特效应。

第六章半导体界面问题概要(10学时)金属-半导体接触和肖特基势垒,半导体表面电场效应,MOS结构的C-V特性。

半导体物理带图

施主与受主: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;半导体中掺入受主杂质后,受主电离后将成为带负电的离子,并同时向价带提供空穴,这种杂质就叫受主.直接带隙与间接带隙:直接带隙半导体材料就是导带最小值(导带底)和满带最大值在k 空间中同一位置.间接带隙半导体材料导带最小值(导带底)和满带最大值在k 空间中不同位置.简并与非简并半导体:简并半导体:掺杂浓度高,对于n 型半导体,其费米能级EF 接近导带或进入导带中;对于p 型半导体,其费米能级EF 接近价带或进入价带中的半导体.非简并半导体:掺杂浓度较低,其费米能级EF 在禁带中的半导体.少子与多子:半导体中有电子和空穴两种载流子.半导体材料中某种载流子占大多数,则称它为多子,另一种为少子.表面重构与表面弛豫:其表面的分子链、链段和基团会随着环境改变而重新排列以适应环境的变化,使界面能最低达到稳定状态.表面为了适应环境从一个状态到另一个状态的变化过程,称表面重构.空穴与空位:在电子挣脱价键的束缚成为自由电子后,其价键中所留下的空位.一个空穴带一个单位的正电子电量.空位:晶体中的原子或离子由于热运动离开了原来的晶格位置后而留下的.少子寿命与扩散长度:非平衡载流子的平均生存时间,扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离.杂质与杂质能级:杂质,半导体中存在的于本体元素不同的其他元素.半导体材料的电磁性质可以通过掺入不同类型和浓度的杂质而加以改变,半导体中的杂质或缺陷可以在禁带中形成电子的束缚能级,称为杂质能级.本征半导体:纯净的,不含任何杂质和缺陷的半导体.杂质带导电:杂质能带中的电子通过杂质电子之间的共有化运动参加导电的现象称为杂质导电.电中性条件:电中性条件是半导体在热平衡情况下,它的内部所必须满足的一个基本条件.电中性条件即是说半导体内部总是保持为电中性的,其中没有多余的空间电荷,即处处正电荷密度等于负电荷密度.禁带窄化效应:杂质能带进入导带或价带,并与导带或价带相连,形成新的简并能带,使能带的状态密度发生了变化,简并能带的尾部伸入到禁带中,称为带尾,导致禁带宽度由Eg 减小到Eg ’,所以重掺杂时,禁带宽度变窄了,称为禁带变窄效应.负阻效应 直接复合与间接复合:直接复合:导带电子和价带空穴之间直接跃迁复合.间接复合:导带电子通过复合中心(禁带中的能级)和价带空穴间接复合. 什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点?答:浅能级杂质是指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.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q 0=μ.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.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.何谓本征半导体?为什么制造半导体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料?完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体.杂质能够为半导体提供载流子,对半导体材料的导电率影响极大.简要说明什么是载流子的漂移运动,扩散运动和热运动?他们有何不同?解:载流子因浓度差而引起的扩散运动;在电场力作用下载流子的漂移运动;由外加温度引起的载流子的热运动等.热运动:在没有任何电场作用时,一定温度下半导体中的自由电子和空穴因热激发所产生的运动是杂乱无障的,好像空气中气体的分子热运动一样.由于是无规则的随机运动,合成后载流子不产生定向位移,从而也不会形成电流.漂移运动:在半导体的两端外加一电场E,载流子将会在电场力的作用下产生定向运动.电子载流子逆电场方向运动,而空穴载流子顺着电场方向运动.从而形成了电子电流和空穴电流,它们的电流方向相同.所以,载流子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动,而漂移运动产生的电流称漂移电流.扩散运动: 在半导体中,载流子会因浓度梯度产生扩散.如在一块半导体中,一边是N 型半导体,另一边是P 型半导体,则N 型半导体一边的电子浓度高,而P 型半导体一边的电子浓度低.反之,空穴载流子是P 型半导体一边高,而N 型半导体一边低.由于存在载流子浓度梯度而产生的载流子运动称为扩散运动.就你在任何知识渠道所获得的信息,举出一个例子来说明与半导体物理相关的最新知识进展。简述pn 结的形成及平衡pn 结的特点.将P 型半导体与N 型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN 结.PN 结具有单向导电性.在半导体中,费米能级标志了什么?它与哪些因素有关?系统处于热平衡状态,也不对外做功时,系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化.其标志了电子填充能级的水平.温度,半导体材料的导电类型,杂质的含量,能量零点的选取等.简述浅能级杂质和深能级杂质的主要区别.解: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.浅能级杂质就是指在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子,往往就是能够提供载流子—电子或空穴的施主、受主杂质;它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底,因此称其为浅能级杂质.深能级杂质:杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶.深能级杂质有三个基本特点:一是不容易电离,对载流子浓度影响不大.二是一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级.三是能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低.四是深能级杂质电离后以为带电中心,对载流子起散射作用,使载流子迁移率减小,导电性能下降.简述金半结的形成过程及金半结接触的类型.轻掺杂半导体上的金属与半导体形成整流接触,其接g 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. 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. 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 、E P =-E n ;D 、m P *=-m n *.简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征.解: 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; GaAs a )E g (300K )= 1.428eV ,Eg (0K) = 1.522eV ;b )直接能隙结构;c )Eg 负温度系数特性: dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ;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. 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Si 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. 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.解:半导体中掺入受主杂质后,受主电离后将成为带负电的离子,并同时向价带提供空穴,这种杂质就叫受主.受主电离成为带负电的离子(中心)的过程就叫受主电离.受主电离前带不带电,电离后带负电.例如,在Si 中掺B,B 为Ⅲ族元素,而本征半导体Si 为Ⅳ族元素,P 掺入B 中后,B 的最外层三个电子与Si 的最外层四个电子配对成为共价电子,而B 倾向于接受一个由价带热激发的电子.这个过程就是受主电离.p 型半导体的能带图如图所示:其费米能级位于禁带下方.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╳1010cm -3.当在Si 中掺入1.0╳1016cm -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.两性杂质和其它杂质有何异同?解:两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂质.如Ⅲ-Ⅴ族GaAs 中掺Ⅳ族Si.如果Si 替位Ⅲ族As,则Si 为施主;如果Si 替位Ⅴ族Ga,则Si 为受主.所掺入的杂质具体是起施主还是受主与工艺有关.深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响?解: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.何谓杂质补偿?杂质补偿的意义何在?当半导体中既有施主又有受主时,施主和受 画出Si 和GaAs 的能带结构简图,并分析其能带结构特点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; GaAs : a )E g (300K )= 1.428eV ,Eg (0K) = 1.522eV ;b )直-4段温度很低,本征激发可忽略。 半导体接触形成阻 其接触后的能带图如图

半导体物理期末试卷含部分答案

一、填空题 1.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。 2.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。 3.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 。 4.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 . 5. 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。 6.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。 7.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 。 8、有3个硅样品,其掺杂情况分别是:甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9.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,那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件; T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件; 0≤-F C E E 为简并条件。 10.当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时,反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ,其种类为: 雪崩击穿 、和 齐纳击穿(或隧道击穿) 。 11.指出下图各表示的是什么类型半导体? 12. 以长声学波为主要散射机构时,电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数,电子占据(E F +kT )能级的几率 B 。 A .等于空穴占据(E F +kT )能级的几率 B .等于空穴占据(E F -kT )能级的几率 C .大于电子占据E F 的几率 D .大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C .价带顶 D .费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体,费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C .经过一极小值趋近E i D .经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零,则该半导体必定_D _。 A .不含施主杂质 B .不含受主杂质 C .不含任何杂质 D .处于绝对零度

半导体物理学基础知识_图文(精)

1半导体中的电子状态 1.2半导体中电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动有效质量 1半导体中E与K的关系 2半导体中电子的平均速度 3半导体中电子的加速度 1.4半导体的导电机构空穴 1硅和锗的导带结构 对于硅,由公式讨论后可得: I.磁感应沿【1 1 1】方向,当改变B(磁感应强度)时,只能观察到一个吸收峰 II.磁感应沿【1 1 0】方向,有两个吸收峰 III.磁感应沿【1 0 0】方向,有两个吸收峰 IV磁感应沿任意方向时,有三个吸收峰 2硅和锗的价带结构 重空穴比轻空穴有较强的各向异性。 2半导体中杂质和缺陷能级 缺陷分为点缺陷,线缺陷,面缺陷(层错等 1.替位式杂质间隙式杂质

2.施主杂质:能级为E(D,被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C低ΔE(D,施主能级位于离导带底近的禁带中。 3. 受主杂质:能级为E(A,被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V高ΔE(A,受主能级位于离价带顶近的禁带中。 4.杂质的补偿作用 5.深能级杂质: ⑴非3,5族杂质在硅,锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远,离价带顶也较远,称为深能级。 ⑵这些深能级杂质能产生多次电离。 6.点缺陷:弗仑克耳缺陷:间隙原子和空位成对出现。 肖特基缺陷:只在晶体内部形成空位而无间隙原子。 空位表现出受主作用,间隙原子表现出施主作用。 3半导体中载流子的分布统计 电子从价带跃迁到导带,称为本征激发。 一、状态密度 状态密度g(E是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。 首先要知道量子态,每个量子态智能容纳一个电子。 导带底附近单位能量间隔内的量子态数目,随电子的能量按抛物线关系增大,即电子能量越高,状态密度越大。 二、费米能级和载流子的统计分布

半导体物理答案

一、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(比半导体的大); 2.室温下,半导体Si 掺硼的浓度为1014cm -3,同时掺有浓度为×1015cm -3的磷,则电子浓度约 为(1015cm -3 ),空穴浓度为(×105cm -3),费米能级为(高于E i );将该半导体由室温度升至 570K ,则多子浓度约为(2×1017cm -3),少子浓度为(2×1017cm -3),费米能级为(等于E i )。 3.施主杂质电离后向半导体提供(电子),受主杂质电离后向半导体提供(空穴),本征激发 后向半导体提供(空穴、电子); 4.对于一定的n 型半导体材料,温度一定时,减少掺杂浓度,将导致(E F )靠近E i ; 5.表面态中性能级位于费米能级以上时,该表面态为(施主态); 6.当施主能级E D 与费米能级E F 相等时,电离施主的浓度为施主浓度的(1/3)倍; 重空穴是指(价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴) 7.硅的晶格结构和能带结构分别是(金刚石型和间接禁带型) 8.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体(各元胞对应点出现的几率相同)。 9.本征半导体是指(不含杂质与缺陷)的半导体。 10.简并半导体是指((E C -E F )或(E F -E V )≤0)的半导体 11.3个硅样品的掺杂情况如下: 甲.含镓1×1017cm -3;乙.含硼和磷各1×1017cm -3;丙.含铝1×1015cm -3 这三种样品在室温下的费米能级由低到高(以E V 为基准)的顺序是(甲丙乙) 12.以长声学波为主要散射机构时,电子的迁移率μn 与温度的(B 3/2次方成反比) 13.公式* /q m μτ=中的τ是载流子的(平均自由时间)。 14.欧姆接触是指(阻值较小并且有对称而线性的伏-安特性)的金属-半导体接触。 15.在MIS 结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压,在栅极电压由负值增加到足够大的 正值的的过程中,如半导体为P 型,则在半导体的接触面上依次出现的状态为(多数载流子 堆积状态,多数载流子耗尽状态,少数载流子反型状态)。 16.在硅和锗的能带结构中,在布里渊中心存在两个极大值重合的价带,外面的能带(曲率 小),对应的有效质量(大),称该能带中的空穴为(重空穴E )。 17.如果杂质既有施主的作用又有受主的作用,则这种杂质称为(两性杂质)。 18.在通常情况下,GaN 呈(纤锌矿型 )型结构,具有(六方对称性),它是(直接带隙) 半导体材料。 19.同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体,如果甲的相对介电常数εr 是乙的3/4, m n */m 0 值是乙的2倍,那么用类氢模型计算结果是(甲的施主杂质电离能是乙的32/9,的弱束缚 电子基态轨道半径为乙的3/8 )。 20.一块半导体寿命τ=15μs ,光照在材料中会产生非平衡载流子,光照突然停止30μs 后, 其中非平衡载流子将衰减到原来的(1/e 2)。 21.对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体,在温度足够高、 n i >> /N D -N A / 时,半导体具有 (本征) 半导体的导电特性。 22.在纯的半导体硅中掺入硼,在一定的温度下,当掺入的浓度增加时,费米能级向(Ev ) 移动;当掺杂浓度一定时,温度从室温逐步增加,费米能级向( Ei )移动。 23.把磷化镓在氮气氛中退火,会有氮取代部分的磷,这会在磷化镓中出现(产生等电子陷 阱)。 24.对于大注入下的直接复合,非平衡载流子的寿命不再是个常数,它与(非平衡载流子浓 度成反比)。 25.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

半导体物理知识点总结

半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。(重点掌握)在1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的概念。(重点掌握)在1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。(重点掌握)在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。(重点掌握)在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。(理解即可)在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构。(掌握能带结构特征)在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构。(掌握能带结构特征)本章重难点: 重点: 1、半导体硅、锗的晶体结构(金刚石型结构)及其特点; 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同:孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动,自由电子是在恒定为零的势场中运动,而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动(共有化运动),单电子近似认为,晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动,这个势场也是周期性变化的,而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂,是形成半导体能带的原因,半导体能带的特点: ①存在轨道杂化,失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带,上能带称为导带,下能带称为价带②低温下,价带填满电子,导带全空,高温下价带中的一部分电子跃迁到导带,使晶体呈现弱导电性。

半导体物理试卷a答案

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 受主能级:通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下,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。 2. 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。 3. 空穴:当满带顶附近产生P0个空态时,其余大量电子在外电场作用下所产生的电流,可等效为P0个具有正电荷q和正有效质量m p,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。 4. 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。 5.费米能级、化学势 答:费米能级与化学势:费米能级表示等系统处于热平衡状态,也不对外做功的情况下,系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化,等于系统的化学势。处于热平衡的系统有统一的化学势。这时的化学势等于系统的费米能级。费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高,说明较多的能量较高的量子态上有电子。随之温度升高,电子占据能量小于费米能级的量子态的几率下降,而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。 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 ) 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: 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,这些样品的电阻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 ) 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

半导体物理

半导体物理思考题 第一章半导体中的电子状态 1、为什么内壳层电子能带窄,外层电子能带宽? 答:内层电子处于低能态,外层电子处于高能态,所以外层电子的共有化运动能力强,因此能带宽。(原子的内层电子受到原子核的束缚较大,与外层电子相比,它们的势垒强度较大。) 2、为什么点阵间隔越小,能带越宽? 答:点阵间隔越小,电子共有化运动能力越强,能带也就越宽。3、简述半导体的导电机构 答:导带中的电子和价带中的空穴都参与导电。 4、什么是本征半导体、n型半导体、p型半导体? 答:纯净晶体结构的半导体称为本征半导体;自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体称为n型半导体;空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体称为p型半导体。 5、什么是空穴?电子和空穴的异同之处是什么? 答:(1)在电子脱离价键的束缚而成为自由电子后,价键中所留下的空位叫空穴。 (2)相同点:在真实空间的位置不确定;运动速度一样;数量 一致(成对出现)。 不同点:有效质量互为相反数;能量符号相反;电子带负 电,空穴带正电。

6、为什么发光器件多半采用直接带隙半导体来制作? 答:直接带隙半导体中载流子的寿命很短,同时,电子和空穴只要一相遇就会发生复合,这种直接复合可以把能量几乎全部以光的形式放出,因此发光效率高。 7、半导体的五大基本特性 答:(1)负电阻温度效应:温度升高,电阻减小。 (2)光电导效应:由辐射引起的被照射材料的电导率改变的现象。 (3)整流效应:加正向电压时,导通;加反向电压时,不导通。 (4)光生伏特效应:半导体和金属接触时,在光照射下产生电动势。 (5)霍尔效应:通有电流的导体在磁场中受力的作用,在垂直于电 流和磁场的方向产生电动势的现象。 第二章半导体中杂质和缺陷能级 1、简述实际半导体中杂质与缺陷来源。 答:①原材料纯度不够;②制造过程中引入;③人为控制掺杂。 2、什么是点缺陷、线缺陷、面缺陷? 答:(1)点缺陷:三维尺寸都很小,不超过几个原子直径的缺陷; (2)线缺陷:三维空间中在二维方向上尺寸较小,在另一维方 向上尺寸较大的缺陷; (3)面缺陷:二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。 3、点缺陷类型有哪些? 答:①空位;②基质原子的填隙;③杂质原子的填隙与替位。

半导体物理答案

第一篇 半导体中的电子状态习题 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。 题解: 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) = 1.17eV ;Eg (Ge :0K) = 0.744eV ; 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 )Eg (0K) = 1.52eV ; b )直接能隙结构; c )Eg 负温度系数特性: dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ; 1-5、 解: (1) 由题意得: [][] )sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002 22 0ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE +=-=

(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结

基本概念题: 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数,而且某些能量区间能级是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k

2011东南大学半导体物理试卷

共 10 页 第 1 页 东 南 大 学 考 试 卷(卷) 课程名称 半导体物理 考试学期 11-12-2 得分 适用专业 电子科学与技术 考试形式 闭卷 考试时间长度 120分钟 室温下,硅的相关系数:10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==? 1932.810c N cm -=? 1931.110v N cm -=?,电子电量191.610e C -=?。 一、 填空题(每空1分,共35分) 1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体 散射起主要作 用,对于杂质含量较多的半导体,温度很低时,______________散射起主要作用。 2.非平衡载流子的复合率 ,t N 代表__________,t E 代表__________,当2i np n -为___________时,半导体存在净复合,当2i np n -_______时,半导体处于热平衡状态。杂质能级位于___________位置时,为最有效复合中心,此杂质称为____________杂质。 3.纯净的硅半导体掺入浓度为17 3 10/cm 的磷,当杂质电离时能产生导电________,此时杂质为_________杂质,相应的半导体为________型。如果再掺入浓度为16 3 10/cm 的硼,半导体是_______型。假定有掺入浓度为15 3 10/cm 的金,则金原子带电状态为__________。 4.当PN 结施加反向偏压,并增到某一数值时,反向电流密度突然__________开始的现象称为击穿,击穿分为___________和___________。温度升高时,________击穿的击穿电压阈值变大。 5. 当半导体中载流子浓度存在_________时,载流子将做扩散运动,扩散流密度与_______成正比,比例系数称为_________;半导体存在电势差时,载流子将做 运动,其运动速度正比于 ,比例系数称为 。 6. GaAs 样品两端加电压使内部产生电场,在某一个电场强度区域,电流密度随电场强度的增大而减小,这区域称为________________,这是由GaAs 的_____________结构决定的。 20() 2t i t i i N C np n U E E n p n ch k T -= ?? -++ ? ??

半导体物理学简答题及答案

复习思考题与自测题 第一章 1.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。 答:原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在,没有一个固定的轨道;而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子,在晶体周期性势场中运动。 当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍然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,应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似。 2.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。 答:引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量

3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此,为什么答:不是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就是越窄;而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄,掺杂浓度低,禁带就比较宽。 4.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 答:有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1(k)随k的变化情况不同,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。 5.简述有效质量与能带结构的关系; 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变化外场对电子的作用效果有什么不同; 答:在能带底附近,电子的有效质量是正值,在能带顶附近,电子的有效质量是负值。在外电F作用下,电子的波失K不断改变,dk ,其变化 f h dt 率与外力成正比,因为电子的速度与k有关,既然k状态不断变化,则电子的速度必然不断变化。 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硅晶格结

半导体物理知识点梳理

半导体物理考点归纳 一· 1.金刚石 1) 结构特点: a. 由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成 b. 属面心晶系,具立方对称性,共价键结合四面体。 c. 配位数为4,较低,较稳定。(配位数:最近邻原子数) d. 一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。 2) 代表性半导体:IV 族的C ,Si ,Ge 等元素半导体大多属于这种结构。 2.闪锌矿 1) 结构特点: a. 共价性占优势,立方对称性; b. 晶胞结构类似于金刚石结构,但为双原子复式晶格; c. 属共价键晶体,但有不同的离子性。 2) 代表性半导体:GaAs 等三五族元素化合物均属于此种结构。 3.电子共有化运动: 原子结合为晶体时,轨道交叠。外层轨道交叠程度较大,电子可从一个原子运动到另一原子中,因而电子可在整个晶体中运动,称为电子的共有化运动。 4.布洛赫波: 晶体中电子运动的基本方程为: ,K 为波矢,uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数, 5.布里渊区: 禁带出现在k=n/2a 处,即在布里渊区边界上; 允带出现在以下几个区: 第一布里渊区:-1/2a

半导体物理综合练习题()参考标准答案

半导体物理综合练习题()参考答案

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 2

3 1、晶格常数2.5?的一维晶格,当外加102V/m 和107V/m 电场时,试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需时间。(1?=10nm=10-10m ) 2、指出下图中各表示的是什么半导体? 3、如图所示,解释一下n 0~T 关系曲线。

4 4、若费米能E F =5eV ,利用费米分布函数计算在什么温度下电子占据E=5.5eV 能级的概率为1%。并计算在该温度下电子分布概率0.9~0.1所对应的能量区间。 5、两块n 型硅材料,在某一温度T 时,第一块与第二块的电子密度之比为n 1/n 2=e ( e 是自然对数的底) (1)如果第一块材料的费米能级在导带底之下3k 0T ,试求出第二块材料中费米能级的位置; (2)求出两块材料中空穴密度之比p 1/p 2。

5 6、硼的密度分别为N A1和N A2(N A1>N A2)的两个硅样品,在室温条件下: (1)哪个样品的少子密度低? (2)哪个样品的E F 离价带顶近? (3)如果再掺入少量的磷(磷的密度N`D < N A2),它们的E F 如何变化? 7、现有三块半导体硅材料,已知在室温下(300K)它们的空穴浓度分别为p 01 =2.25×1016 cm -3、 p 02=1.5×1010cm -3 、p 03=2.25×104cm -3。 (1)分别计算这三块材料的电子浓度n 01 、n 02、 n 03; (2)判别这三块材料的导电类型; (3)分别计算这三块材料的费米能级的位置。

半导体物理知识

半导体物理知识整理

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:

基础知识 1.导体,绝缘体和半导体的能带结构有什么不同?并以此说明半导体的导电机理(两种载流子参与导电)与金属有何不同? 导体:能带中一定有不满带 半导体:T=0K,能带中只有满带和空带;T>0K,能带中有不满带 禁带宽度较小,一般小于2eV 绝缘体:能带中只有满带和空带 禁带宽度较大,一般大于2eV 在外场的作用下,满带电子不导电,不满带电子可以导电 总有不满带的晶体就是导体,总是没有不满带的晶体就是绝缘体 半导体不时最容易导电的物质,而是导电性最容易发生改变的物质,用很方便的方法,就可以显著调节半导体的导电特性 金属中的电子,只能在导带上传输,而半导体中的载流子:电子和空穴,却能在两个通道:价带和导带上分别传输信息 2.什么是空穴?它有哪些基本特征?以硅为例,对照能带结构和价键结构图理解空穴概念。 当满带附近有空状态k’时,整个能带中的电流,以及电流在外场作用下的变化,完全如同存在一个带正电荷e和具有正有效质量|m n* | 、速度为v(k’)的粒子的情况一样,这样假想的粒子称为空穴 3.半导体材料的一般特性。 电阻率介于导体与绝缘体之间 对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感(温度升高使半导体导电能力增强,电阻率下降;适当波长的光照可以改变半导体的导电能力) 性质与掺杂密切相关(微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力) 4.费米统计分布与玻耳兹曼统计分布的主要差别是什么?什么情况下费米分布函数可以转化为玻耳兹曼函数。为什么通常情况下,半导体中载流子分布都可以

半导体物理试卷b答案

半导体物理试卷b答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

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-n 和空穴 称为过剩载流子。 △p=p-p 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

半导体物理习题答案

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。

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档