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半导体物理学刘恩科第七版完整课后题答案 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ （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）2. 晶格常数为的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/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：根据：tkh qE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图） Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示： （a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （，式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π=（n=0，1，2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==（4）电子的有效质量能带底部 an k π2=所以m m n2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
半导体物理学（第七版）课后习题答案.doc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 －0223m 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 ＋012)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值：k min ＝143k ，由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k 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 ＝20248a m h ＝112828227106.1)1014.3(101.948)1062.6(----＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n0202022382322m h m h m h dkE d C =+=；∴ m n ＝022283/m dk E d h C= ③价带顶电子有效质量m ’02226m h dk E d V -=，∴0222'61/m dk E d h m Vn-== ④准动量的改变量h △k ＝h (k min -k max )= ahk 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。
第一章习题1 ．设晶格常数为 a 的一维晶格，导带极小值邻近能量E c (k) 和价带极大值邻近能量 E V (k) 分别为：2k 22 (k k 1 ) 2 2k 2 3h 2 k 2 E c = hh, E V(k )h13m 0m 06m 0 m 0m 0 为电子惯性质量， k 1, a0.314nm 。
试求：a（ 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 2 2k 2 2(k k 1 ) 03m 0 m 0得： k3k 14d 2 E c 2 2 2 2 8 2 0又因为：3m 0m 03m 0dk 2所以：在 k3k 处， Ec 取极小值4价带：dE V 6 2 k 得 k 0 dk m 0又因为d 2EV6 2 0,所以 k 0处， E V 取极大值dk 2m 0所以： E g E C (3E V ( 0)2k 12k 1 )0.64eV412m 023(2)m nC *m 0 d 2 E C 8dk 2k 3k 142m 0(3)m nV *d 2 E V 6 dk 2k 01(4)准动量的定义： p k所以： p (k)3( k ) k 03 k 1 0 7.95 10 25 N / sk 4 k 142. 晶格常数为的一维晶格，当外加 102 V/m ，107 V/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：依据： fqEhk 得 t k tqE(0)t 1a8.27 10 8s1.6 101910 2(0 )t 2a8.27 10 13s1.6 1019107增补题 1分别计算 Si （100），（110），（ 111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的地点和散布图）Si在（ 100），（ 110）和（111）面上的原子散布如图1 所示：（a ） (100)晶面（b ） (110)晶面（ c ） (111) 晶面增补题 2271cos 2 ) ， 一维晶体的电子能带可写为E （ k )ma 2(cos ka8 8 ka式中 a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区界限；（2）能带宽度；（3）电子在波矢 k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量m *n ；（5）能带顶部空穴的有效质量m *p解：（ 1）由dE(k )0 得 kndka（ n=0， 1， 2⋯）一步剖析 k (2n 1)，E （ k ）有极大 ，aE （ k) MAX2 2ma 2k2n ， E （ k ）有极小 a所以布里渊区 界 k(2n 1)a(2) 能 度 E （ k )E(k)22MAXMINma 2(3 ） 子在波矢k 状 的速度 v1 dE(sin ka1sin 2ka)dkma 4（4） 子的有效 量2mm n *d 2 E (cos ka1 cos2ka)dk22能 底部 k2n 所以 m n *2ma(2n 1)，(5) 能带顶部ka且 m*p m n*，所以能带顶部空穴的有效质量m*p 2m3半导体物理第 2 章习题1.实质半导体与理想半导体间的主要差别是什么？答：（1）理想半导体：假定晶格原子严格按周期性摆列并静止在格点地点上，实质半导体中原子不是静止的，而是在其均衡地点邻近振动。
第一章习题1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量(k)和价带极大值附近能量(k)分别为：220122*********)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===η sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-==ηηηηη所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25的一维晶格，当外加102，107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：根据：tkhqE f∆∆== 得qE k t -∆=∆ηsat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππηη补充题1分别计算（100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cmatom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=η（，式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m 解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π=（0，1，2…）进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，222)ma k E MAXη=（ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+= (2)能带宽度为222)()ma k E k E MINMAXη=-（(3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==ηη （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka m dkEd m n-==η能带底部 an k π2=所以m m n 2*=(5)能带顶部 an k π)12(+=，且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p=半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量(k)和价带极大值附近能量(k)分别为：220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eVm k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC=== sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25的一维晶格，当外加102，107 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：根据：tk hqE f∆∆== 得qEkt -∆=∆ sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算（100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cmatom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （，式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m 解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π=（0，1，2…）进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，222)ma k E MAX =（ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MINMAX=-（(3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-== 能带底部an k π2=所以m m n 2*=(5)能带顶部 an k π)12(+=，且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*m m p=半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===ηsN k k k p k p m dkE d mk k k k VnV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-==ηηηηη所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/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：根据：tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆ηsat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππηη补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=η（， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π= （n=0，±1，±2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)mak E MAXη=（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX η=-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==ηη （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==η能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/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：根据：t k hqE f ∆∆== 得qEk t -∆=∆ sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π= （n=0，±1，±2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)mak E MAX =（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-== 能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==（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）eVm k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2.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：根据：tk hqE f ∆∆==得qEk t -∆=∆ sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面（b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （，式中a 为晶格常数，试求（1）布里渊区边界；（2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*pm 解：（1）由0)(=dk k dE 得an k π=（n=0，±1，±2…）进一步分析an k π)12(+=，E（k）有极大值，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)ma k E MAX =（ank π2=时，E（k）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-（(3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-== 能带底部an k π2=所以mm n 2*=(5)能带顶部an k π)12(+=，且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*m m p =半导体物理第2章习题1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/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：根据：t k hqE f ∆∆== 得qEk t -∆=∆ sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π= （n=0，±1，±2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)mak E MAX =（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-== 能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1．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 =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（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）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===ηsN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-==ηηηηη所以：准动量的定义：2. 晶格常数为的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/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：根据：tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆ηsat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππηη补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=η（， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π=（n=0，1，2…）进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，222)mak E MAXη=（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX η=-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==ηη （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==η能带底部 an k π2=所以m m n 2*=(5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
第一章习题1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)与价带极大值附近能量E V (k)分别为:E c =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π(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)eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===ηsN k k k p k p m dkE d mk k k kV nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-==ηηηηη所以：准动量的定义：2、 晶格常数为0、25nm 的一维晶格,当外加102V/m,107 V/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:根据:tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆ηsat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππηη补充题1分别计算Si(100),(110),(111)面每平方厘米内的原子个数,即原子面密度(提示:先画出各晶面内原子的位置与分布图)Si 在(100),(110)与(111)面上的原子分布如图1所示:(a)(100)晶面 (b)(110)晶面(c)(111)晶面补充题2 一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=η（, 式中a 为 晶格常数,试求 (1)布里渊区边界; (2)能带宽度; (3)电子在波矢k 状态时的速度;(4)能带底部电子的有效质量*n m ;(5)能带顶部空穴的有效质量*p m解:(1)由0)(=dk k dE 得 an k π=(n=0,±1,±2…)进一步分析an k π)12(+= ,E(k)有极大值,222)mak E MAXη=（ ank π2=时,E(k)有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()mak E k E MINMAX η=-（ 214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（(3)电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==ηη (4)电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==η能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=, 且**n p m m -=,所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1、 实际半导体与理想半导体间的主要区别就是什么？答:(1)理想半导体:假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上,实际半导体中原子不就是静止的,而就是在其平衡位置附近振动。
(2)理想半导体就是纯净不含杂质的,实际半导体含有若干杂质。
(3)理想半导体的晶格结构就是完整的,实际半导体中存在点缺陷,线缺陷与面缺陷等。
2、 以As 掺入Ge 中为例,说明什么就是施主杂质、施主杂质电离过程与n 型半导体。
As 有5个价电子,其中的四个价电子与周围的四个Ge 原子形成共价键,还剩余一个电子,同时As 原子所在处也多余一个正电荷,称为正离子中心,所以,一个As 原子取代一个Ge 原子,其效果就是形成一个正电中心与一个多余的电子、多余的电子束缚在正电中心,但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚,成为在晶格中导电的自由电子,而As 原子形成一个不能移动的正电中心。
这个过程叫做施主杂质的电离过程。
能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心,称为施主杂质或N 型杂质,掺有施主杂质的半导体叫N 型半导体。
3、 以Ga 掺入Ge 中为例,说明什么就是受主杂质、受主杂质电离过程与p 型半导体。
Ga有3个价电子,它与周围的四个Ge原子形成共价键,还缺少一个电子,于就是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴,而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心,所以,一个Ga原子取代一个Ge原子,其效果就是形成一个负电中心与一个空穴,空穴束缚在Ga原子附近,但这种束缚很弱,很小的能量就可使空穴摆脱束缚,成为在晶格中自由运动的导电空穴,而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。
这个过程叫做受主杂质的电离过程,能够接受电子而在价带中产生空穴,并形成负电中心的杂质,称为受主杂质,掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。
4、以Si在GaAs中的行为为例,说明IV族杂质在III-V族化合物中可能出现的双性行为。
Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用; Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。
导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加,当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱与。
硅先取代Ga原子起施主作用,随着硅浓度的增加,硅取代As原子起受主作用。
5、举例说明杂质补偿作用。
当半导体中同时存在施主与受主杂质时,若(1) ND >>NA因为受主能级低于施主能级,所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上,还有ND -NA个电子在施主能级上,杂质全部电离时,跃迁到导带中的导电电子的浓度为n= ND -NA。
即则有效受主浓度为NAeff≈ ND-NA(2)NA >>ND施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上,受主能级上还有NA-ND个空穴,它们可接受价带上的NA -ND个电子,在价带中形成的空穴浓度p= NA-ND、即有效受主浓度为NAeff ≈ NA-ND(3)NA ≈ND时,不能向导带与价带提供电子与空穴, 称为杂质的高度补偿6、说明类氢模型的优点与不足。
7、锑化铟的禁带宽度Eg=0、18eV,相对介电常数εr=17,电子的有效质量*nm =0、015m0, m0为电子的惯性质量,求①施主杂质的电离能,②施主的弱束缚电子基态轨道半径。
eV E m m q m E r n r n D 42200*2204*101.7176.130015.0)4(2-⨯=⨯===∆εεπεη：解：根据类氢原子模型 8、 磷化镓的禁带宽度Eg=2、26eV,相对介电常数εr =11、1,空穴的有效质量m *p =0、86m 0,m 0为电子的惯性质量,求①受主杂质电离能;②受主束缚的空穴的基态轨道半径。
eV E m m q m E r P r P A 0096.01.116.13086.0)4(22200*2204*=⨯===∆εεπεη：解：根据类氢原子模型第三章习题与答案1、 计算能量在E=E c 到2*n 2C L 2m 100E E ηπ+= 之间单位体积中的量子态数。
解2、 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式(3-6)。
nm r m m m q h r nmm q h r nr n r 60053.00*0*20202020=====επεεπεnmr m m m q h r nmm q h r P rP r 68.6053.00*0*20202020=====επεεπε8100E21233*22100E 0021233*2)(22)(1Z VZZ )(Z )(22)(22C 22C dE E E m V dE E g V d dEE g d E E m V E g l m h E C nl m E C n n c n c πππ-====-=++⎰⎰**ηηη）（单位体积内的量子态数）（~.222e K IC E G si 关系为）（半导体的、证明：2123)(~c V E E k dE E E -+旋转椭球，空间所包含的空间的状态数等于在4、 画出-78o C 、室温(27 o C)、500 o C 三个温度下的费米分布函数曲线,并进行比较。
5、 利用表3-2中的m *n ,m *p 数值,计算硅、锗、砷化镓在室温下的N C , N V 以及本征载流子的浓度。
6、 计算硅在-78o C,27 oC,300 o C 时的本征费米能级,假定它在禁带中间合理不？ 所以假设本征费米能级在禁带中间合理,特别就是温度不太高的情况下。
7、 ①在室温下,锗的有效态密度N c =1、05⨯1019cm -3,N V =3、9⨯1018cm -3,试求锗的载流子有效质量m *n m *p 。
计算77K 时的N C 与N V 。
已知300K 时,E g =0、67eV 。
77k 时E g =0、76eV 。
求这两个温度时锗的本征载流子浓度。
②77K 时,锗的电子浓度为1017cm -3 ,假定受主浓度为零,而E c -E D =0、01eV,求锗中施主浓度E D 为多少？8、 利用题 7所给的N c 与N V 数值及E g =0、67eV,求温度为300K 与500K 时,含施主浓度N D =5⨯1015cm -3,受主浓度N A =2⨯109cm -3的锗中电子及空穴浓度为多少？ 9、计算施主杂质浓度分别为1016cm 3,,1018 cm -3,1019cm -3的硅在室温下的费米能级,并假定杂质就是全部电离,再用算出的的费米能 级核对一下,上述假定就是否在每一种情况下都成立。
计算时,取施主能级在导带底下的面的0、05eV 。
10、 以施主杂质电离90%作为强电离的标准,求掺砷的n 型锗在300K 时,以杂质电离为主的饱与区掺杂质的浓度范围。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=========⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧===******-**ev E m o m m m A G ev E m o m m m si ev E m o m m m G e N N n h koTm N h koTm N g p n s a g p n g p n e koT E v c i p v nC g 428.1;47.;068.0:12.1;59.;08.1:67.0;37.;56.0:)()2(2)2(25000000221232232ππ[]eV kT eV kT K T eV kT eV kT K T eV m m kT eV kT K T m m kT E E E E m m m m Si Si n p V C i F p n 022.008.159.0ln 43,0497.0573012.008.159.0ln 43,026.03000072.008.159.0ln 43,016.0195ln 43259.0,08.1:3222001100-===-===-===+-====****时，当时，当时，当的本征费米能级，3173183'3183193'3''/1008.530077109.330077/1037.1300771005.13007730077772cm N N cm N N T T K N K N N N K V VC C CC VC ⨯=⨯⨯=•=⨯=⨯⨯=•=∴=）（）（）（）（）（）（、时的）（317181717003777276.0211718313300267.021*******/1017.1)1037.110067.001.021(10)21(2121exp 21/1098.1)1008.51037.1(77/107.1)109.31005.1()()3(00000cm e N n koT E e n N e N e N N n n cm e n K cm e n e N N n C o D D N n T k E DT k E E E E D T k E E DDk i k i koT Eg v c i C o D F C c D F D ⨯=⨯•+=•∆+=∴+=+=+==⨯=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯==•∆--+----+-⨯-⨯--时，室温：⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯==⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯≈=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=∴=---→⎩⎨⎧==+--⨯==⨯==--3150315031003150212202122020202000031521''313221/1084.4/1084.9500/108/105300)2(2)2(20)(0/109.6)(500/100.2)(300.8'020cm p cm n K t cm p cm n K T n N N N N p n N N N N n n N N n n n p n N N p n cm e N N n K cme N N n K i D A D A i A D A D i A D i A D V C i T k E V c i T k ge g 时：时：根据电中性条件：时：时：27.0.0108.210ln 026.0;/10087.0108.210ln 026.0;/1021.0108.210ln 026.0;/10,ln /105.1/108.2,300,ln .919193191918318191631603103190-=⨯+==-=⨯+==-=⨯+==+=⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯==+=eV E E E cm N eV E E E cm N eV E E E cm N N N T k E E cm n cm N K T N N T k E E E c c F D c c F D c c F D i D i F i C C D c F F 或时离区的解假设杂质全部由强电全部电离的上限求出硅中施主在室温下）（不成立不成立成立'026.0023.019026.0037.018026.016.0026.021.0162%10%802111:10%302111:10%42.021112111:10e N n N e N n N e e N n N D D D D D D E E D D D CD 〉=+===+===+=+==-+-之上，大部分没有电离在，之下，但没有全电离在成立，全电离全电离，与也可比较）（０D F F D D D F F D D F D D F D F DE E E E cm N E E E E cm N E E cm N T k E E E E 026.0023.0;/1026.0~037.0;/10026.016.021.005.0;/102319318316''〈-=-==-=〉〉=+-=-=〉〉-0319)exp(2300/1005.1,0127.0.10T k E N N D A K cm N eV E A DCD s C D s ∆=⨯==∆-限杂质全部电离的掺杂上以下，室温的电离能解kg m N T k m kg m N T k m Tm k N Tm k N v p c n p v n c 31031202310320223202320106.229.022101.556.022)2(2)2(21.7-*-***⨯==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⨯==⎥⎦⎤⎢⎣⎡===ηηηηππππ得）根据（11、 若锗中施主杂质电离能∆E D =0、01eV,施主杂质浓度分别为N D =1014cm -3j 及 1017cm -3。
