《半导体器件物理》试卷(三)

半导体物理学考试试卷及参考答案
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一．概念题1.稳态：系统（半导体）能量处于最低，且各物理量如温度、载流子浓度等不随时间变化，则可称其处于稳态。

2.肖特基势垒：即Schottky Barrier，指一具有大的势垒高度（即势垒>>kT），以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属-半导体接触。

3.受激辐射：指处于激发态的半导体在一能量为hν的入射光照射下导带上的电子与价带上的空穴复合，发出与入射光具有相同能量、相位以及方向的光的过程。

4.自发辐射：指处于激发态的半导体，不需要外来的激发，导带中电子就与价带中的空穴复合，发出光子能量等于电子和空穴复合前所处能级能级差的光的过程。

5.非平衡状态：指系统（半导体）由于受光照、电注入等原因载流子浓度、电流密度等物理量不再稳定而随时间变化，变化最终达到稳定的状态。

6.对于共射组态双极型晶体管，理想情况下，当I b固定且V ec>0时，I c是不随变化的。

但实际上当V ec变化时，集电区空间电荷区宽度会随之变化，导致基区中载流子浓度随之变化，从而Ic随之变化。

具体表现为I c随V ec增加而增大，这种电流变化称为厄雷效应。

7.热电子：半导体中的电子可以吸收一定的能量（如光照射、电注入等）而被激发到更高的能级上，这些被激发到更高能级上的电子就称为热电子。

8.空穴：近满带中一些空的量子态被称为空穴。

由于电子的流动会导致这些空的量子态也流动，从而从其效果上可以把它当作一带有正单位电荷的与电子类似的载流子。

9.直接复合和间接复合：半导体的热平衡状态由于超量载流子的导入而被破坏时，会出现一些使系统回复平衡的机制称为复合。

在复合过程中，若电子从导带跃迁回价带过程中其动量不发生变化（即k不变）则称为直接复合，若其动量发生变化则称为间接复合。

二．问答题1.什么是欧姆接触：当一金属-半导体接触的接触电阻相对于半导体的主体电阻或串联电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触。

降低接触电阻我们可以采取以下两个措施：（1）减小势垒高度。

半导体物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，这是由于（）。

A. 半导体的原子结构B. 半导体的电子结构C. 半导体的能带结构D. 半导体的晶格结构答案：C2. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带需要（）。

A. 吸收能量B. 释放能量C. 吸收光子D. 释放光子答案：A3. PN结形成的基础是（）。

A. 杂质掺杂B. 温度变化C. 压力变化D. 磁场变化答案：A4. 半导体器件中的载流子主要是指（）。

A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 光子答案：C5. 半导体的掺杂浓度越高，其导电性能（）。

A. 越好B. 越差C. 不变D. 先变好再变差答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体的导电性能可以通过改变其________来调节。

答案：掺杂浓度2. 半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为________。

答案：带隙3. 在半导体中，电子和空穴的复合现象称为________。

答案：复合4. 半导体器件中的二极管具有单向导电性，其导通方向是从________到________。

答案：阳极阴极5. 半导体的PN结在外加正向电压时，其内部电场会________。

答案：减弱三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述半导体的掺杂原理。

答案：半导体的掺杂原理是指通过向半导体材料中掺入少量的杂质元素，改变其电子结构，从而调节其导电性能。

掺入的杂质元素可以是施主杂质（如磷、砷等），它们会向半导体中引入额外的电子，形成N型半导体；也可以是受主杂质（如硼、铝等），它们会在半导体中形成空穴，形成P型半导体。

2. 描述PN结的工作原理。

答案：PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的结构。

在PN结中，P型半导体的空穴会向N型半导体扩散，而N型半导体的电子会向P型半导体扩散。

由于扩散作用，会在PN结的交界面形成一个内建电场，该电场会阻止更多的载流子通过PN结。

半导体器件物理复习题其次章：1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。

物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低2）什么是半导体的干脆带隙和间接带隙？其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。

因此，当电子从价带转换到导带时，不须要动量转换。

这类半导体称为干脆带隙半导体。

3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。

即热平衡状态下的载流子浓度不变。

5）费米分布函数表达式？物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。

6本征半导体价带中的空穴浓度：7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。

在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中心：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中心8）本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同,即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 29) 简并半导体：当杂质浓度超过肯定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。

10)非简并半导体载流子浓度:且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为:p 型半导体多子和少子的浓度分别为: 第三章：1）迁移率：是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即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。

定义为：2）漂移电流: 载流子在热运动的同时，由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动。

1稳态2肖特基势垒（要知道英文名）3受激辐射4自发辐射5非平衡状态6厄雷效应7 热电子8空穴9直接复合和间接复合问答题1什么是欧姆接触2激光器激射的条件论述题1、pn结的单向导通性（正向反向？？？）2、led的外量子效率受什么影响，如何提高？3、双极性晶体管的放大原理4、MOS和MES的区别5、异质结的应用推导题1 推导平衡状态的费米能级处处相等2光电探测器的外量子效率受什么影响稳态：半导体内载流子浓度不随时间变化而变化。

肖特基势垒：Schottky barrrier指一具有大的势垒高度（即金属与半导体功函数之差远大于KT）以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属—半导体接触。

受激辐射：一能量为ｈν光子撞击原本处于激态的原子，此原子被激发后转移到基态，并且放出一个与入射辐射相位相同、能量相同的光子，这个过程称为受激辐射。

自发辐射：处于激发态的原子很不稳定，经过短暂的时间后，在不受外来的激发情况下，它就会跳回基态，并放出一个光子，这个过程称为自发辐射。

非平衡状态：空穴与电子浓度之积大于热平衡载流子浓度的平方时，半导体处于非平衡状态。

Early效应：当集电极与基极间的反向偏压增加时（即V EC增大时），基区宽度减少，导致基区中的少数载流子浓度梯度增加，扩散电流随之增加，因此β0也增加。

这种随着V EC增大β0也增大从而导致BJT为非线性放大的效应称为Early效应。

热电子：真空能级以上的电子称为热电子。

空穴：电子挣脱化学键的束缚后留下来的空的键位，或者原子中空的量子状态，称为空穴，其有效质量为正。

直接复合和间接复合：电子直接由导带跃迁到价带从而发生非平衡载流子的复合，该复合称为直接复合。

若非平衡载流子是通过复合中心进行的复合，则该复合称为间接复合。

1稳态2肖特基势垒（要知道英文名）3受激辐射4自发辐射5非平衡状态6厄雷效应7 热电子8空穴9直接复合和间接复合问答题欧姆接触：相对于半导体器件总电阻而言，其接触电阻可以忽略的金属—半导体接触，称为欧姆接触。

一、选择题。

1. 电离后向半导体提供空穴的杂质是（ A ）.电离后向半导体提供电子的杂质是（ B ）。

A. 受主杂质B. 施主杂质C. 中性杂质2. 在室温下.半导体Si 中掺入浓度为31410-cm 的磷杂质后.半导体中多数载流子是（ C ）.多子浓度为（ D ）.费米能级的位置（ G ）；一段时间后.再一次向半导体中掺入浓度为315101.1-⨯cm 的硼杂质.半导体中多数载流子是（ B ）.多子浓度为（ E ）.费米能级的位置（ H ）；如果.此时温度从室温升高至K 550.则杂质半导体费米能级的位置（ I ）。

（已知：室温下.31010-=cm n i ；K 550时.31710-=cm n i ）A. 电子和空穴B. 空穴C. 电子D. 31410-cmE. 31510-cmF. 315101.1-⨯cmG. 高于i E H. 低于i E I. 等于i E3. 在室温下.对于n 型硅材料.如果掺杂浓度增加.将导致禁带宽度（ B ）.电子浓度和空穴浓度的乘积00p n （ D ）2i n .功函数（ C ）。

如果有光注入的情况下.电子浓度和空穴浓度的乘积np （ E ）2i n 。

A. 增加B. 不变C. 减小D. 等于E. 不等于F. 不确定4. 导带底的电子是( C )。

A. 带正电的有效质量为正的粒子B. 带正电的有效质量为负的准粒子C. 带负电的有效质量为正的粒子D. 带负电的有效质量为负的准粒子5. P 型半导体MIS 结构中发生少子反型时.表面的导电类型与体材料的类型（ B ）。

在如图所示MIS 结构的C-V 特性图中.代表去强反型的（ G ）。

A. 相同B. 不同C. 无关D. AB 段E. CD 段F. DE 段G. EF 和GH 段6. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。

A. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=i A S n N q T k V ln 0 B. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥i A S n N q T k V ln 20 C. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=i D S n N q T k V ln 0 D. ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥i D S n N q T k V ln 20 7. 由于载流子存在浓度梯度而产生的电流是（ B ）电流.由于载流子在一定电场力的作用下而产生电流是（ A ）电流。

重庆⼤学《半导体器件物理》2019-2020学年上学期期末试卷半导体器件物理2019-2020学年期末试卷专业：电⼦科学与技术第⼀部分：选择题（30分）半导体材料的主要特征是什么？A)⾼电导率、⾼热导率B)低电导率、低热导率C)⾼电导率、低热导率D)低电导率、⾼热导率pn结的主要特征是什么？A)电压降低、电流增加B)电压升⾼、电流减少C)电压不变、电流增加D)电压不变、电流减少晶体管的主要类型是什么？A)双极晶体管、场效晶体管B)单极晶体管、双极晶体管C)场效晶体管、单极晶体管D)双极晶体管、单极晶体管半导体器件的主要应⽤领域是什么？A)计算机、通信、消费电⼦B)医疗、能源、交通C)航空、国防、教育D)环境、农业、⾦融半导体材料的主要缺陷是什么？A)点缺陷、线缺陷、⾯缺陷B)点缺陷、⾯缺陷、体缺陷C)线缺陷、⾯缺陷、体缺陷D)点缺陷、线缺陷、体缺陷第⼆部分：简答题（40分）简要介绍半导体材料的定义和分类。

（10分）什么是pn结？请列举两个主要特征。

（10分）简要介绍晶体管的⼯作原理和主要类型。

（10分）什么是半导体器件的热噪声？请列举两个主要影响因素。

（10分）第三部分：论述题（30分）选择以下论述题之⼀，写⼀篇⼤约300字的结构良好的论述。

论半导体器件在现代电⼦技术中的重要性。

论半导体材料的发展趋势和挑战。

第四部分：案例分析（20分）阅读以下案例，回答相关问题：案例：⼀种新型半导体器件的设计和制作这种器件的主要特征是什么？（5分）这种器件的设计和制作过程中涉及到了哪些半导体器件物理的概念？（5分）这种器件的应⽤前景是什么？（10分）注意：本试卷总分为120分。

学⽣必须回答第⼀部分和第⼆部分的所有题⽬。

学⽣可以选择第三部分的⼀个论述题。

第四部分的案例分析必须详细准确。

试卷时间为2⼩时。

半导体物理试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带所需能量的最小值称为：A. 禁带宽度B. 费米能级C. 载流子浓度D. 电子亲和能答案：A2. 下列哪种半导体材料的禁带宽度大于硅？A. 锗B. 砷化镓C. 硅D. 碳化硅答案：D3. PN结在正向偏置时，其导电性能主要取决于：A. 电子B. 空穴C. 杂质D. 复合答案：B4. 半导体器件中，二极管的导通电压通常为：A. 0.2VB. 0.7VC. 1.5VD. 3.3V答案：B5. 在半导体物理学中，霍尔效应可以用来测量：A. 载流子浓度B. 载流子迁移率C. 载流子类型D. 所有以上答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 下列哪些因素会影响半导体的载流子浓度？（多选）A. 温度B. 光照C. 杂质浓度D. 材料类型答案：ABCD2. 半导体器件的能带结构包括：A. 价带B. 导带C. 禁带D. 费米能级答案：ABC3. 下列哪些是半导体材料的特性？（多选）A. 导电性介于导体和绝缘体之间B. 导电性随温度升高而增加C. 导电性随光照强度增加而增加D. 导电性随杂质浓度增加而增加答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）1. 半导体材料的导电性可以通过掺杂来改变，其中掺入____类型的杂质可以增加载流子浓度。

答案：施主2. 在PN结中，当外加电压的方向与PN结内电场方向相反时，称为______偏置。

答案：反向3. 半导体材料的导电性随温度升高而______。

答案：增加4. 半导体器件的能带结构中，价带和导带之间的区域称为______。

答案：禁带5. 霍尔效应测量中，当载流子受到垂直于电流方向的磁场作用时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生______。

答案：霍尔电压四、简答题（每题5分，共10分）1. 简述半导体材料的导电机制。

答案：半导体材料的导电机制主要涉及价带中的电子获得足够能量跃迁到导带，从而成为自由电子，同时在价带中留下空穴。

半导体元件物理试卷1.原子轨域有四种, 下面哪种不是？ [单选题] *A. S轨域B. P轨域C. E轨域(正确答案)D. F轨域2.半导体材料有两种载子做传输, 分别是？ *A. 电子(正确答案)B. 原子C. 离子D. 空穴(正确答案)3.原子是由哪些部分组成？ *A. 质子(正确答案)B. 中子(正确答案)C. 电子(正确答案)D. 载子4.单一原子有不同数量的电子填入低能轨域中, 若多个电子聚在一起, 其相同轨域会？ [单选题] *A. 重叠B. 融合C. 靠近但不重叠(正确答案)D. 分裂5.金属，绝缘体与半导体可以用什么区分？ *A. 能隙(正确答案)B. 导电度(正确答案)C. 透光度D. 吸光能力6. 电子可借由什么能量从低能阶跃迁到高能阶？ *A. 风能B. 电能(正确答案)C. 光能(正确答案)D. 热能(正确答案)7.半导体掺雑后可以形成哪两种极性？ *A. A型B. P型(正确答案)C. N型(正确答案)8.载子传输有哪两种方式？ *A. 位能差B. 漂移(正确答案)C. 磁场D. 扩散(正确答案)9.若有一IV族半导体需要掺雑成N型, 以下哪一族可以当做掺雑元素？ *B. III族C. IV族D. V族(正确答案)10.能带图有三条线很重要, 以下哪一个不是？ [单选题] *A. Ed(正确答案)B. EcC. EvD. Ef11.半导体掺雑有哪两个用途？ *A. 调整电阻值(正确答案)B. 改变光性C. 产生极性(正确答案)D. 产生磁性12.N型半导体是哪一种载子多？ [单选题] *A. 电子(正确答案)B. 空穴C. 中子D. 离子13.P型半导体是哪一种载子多？ [单选题] *A. 电子B. 空穴(正确答案)D. 离子14.“半导体”的名称主要是因为半导体材料有何特性？ [单选题] *A. 本身导电B. 本身绝缘C. 给予能量后导电(正确答案)D. 给予能量后不导电15.PN接面产生时, 会先产生哪一种电流？ [单选题] *A. 漂移电流B. 分散电流C. 磁场电流D. 扩散电流(正确答案)16.当PN接面产生后产生内建电场, 会产生哪一种电流？ [单选题] *A. 漂移电流(正确答案)B. 分散电流C. 磁场电流D. 扩散电流17.PN接面产生时, 对于P极与N极能带的接合, 需要有哪三个步骤完成？ *A. Ef共水平(正确答案)B. 真空阶连续(正确答案)C. 各自间距不变(正确答案)D. 以上皆非18.金属与半导体接面, 可以形成哪两种接触？ *A. PN接触B. 欧姆接触(正确答案)C. 金半接触D. 萧基接触(正确答案)19.以N型半导体而言, 若要形成欧姆接触, 金属的金属功函数要？ [单选题] *A. 越大越好B. 适中就好C. 不大不小D. 越小越好(正确答案)20.以P型半导体而言, 若要形成欧姆接触, 金属的金属功函数要？ [单选题] *A. 越大越好(正确答案)B. 适中就好C. 不大不小D. 越小越好。

1、晶格常数Å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。

〔1Å=10nm=10-10m〕2、指出下列图中各表示的是什么半导体?3、如下图，解释一下n0~T关系曲线。

４、假设费米能E F=5eV，利用费米分布函数计算在什么温度下电子占据能级的概率为１％。

并计算在该温度下电子分布概率所对应的能量区间。

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n1/n2=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３k0T，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p1/p2。

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，在室温下(３００K)它们的空穴浓度分别为p01=2.25×1016cm-3、p02=1.5×1010cm-3、p03=2.25×104cm-3。

〔１〕分别计算这三块材料的电子浓度n01、n02、 n03；〔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。

８、室温下，本征锗的电阻率为47Ω·cm，试求本征载流子浓度。

假设掺入锑杂质，使每106个锗原子中有一个杂质原子,计算室温下电子浓度和空穴浓度。

设杂质全部电离。

锗原子的浓度为4.4×1022/cm3，试求该掺杂锗材料的电阻率。

设µn=3600cm2/(V·s)，µp=1700cm2/(V·s)且认为不随掺杂而变化。

n i=2.5×1013cm-3。

９、在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度N D=1014cm-3，受主杂质浓度N A=7×1013cm-3，设室温本下本征锗材料的电阻率为ρi=60Ω·cm，假设电子和空穴的迁移率分别为µn=3800cm2/(V·s)，µp=1800cm2/(V·s)，假设流过样品的电流密度为2，求所施加的电场强度。

《半导体器件物理》试卷（一）一、填空（共32分，每空2分）1、PN结电容可分为和两种，它们之间的主要区别。

2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对VT的影响为，对于窄沟道器件对VT的影响为。

3、在NPN型BJT中其集电极电流IC受电压控制，其基极电流IB受电压控制。

4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是。

5、PN结击穿的机制主要有等几种，其中发生雪崩击穿的条件为。

6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有，和。

二、简述（共18分，每小题6分）1、Early电压V A。

2、截止频率f T。

3、耗尽层宽度W。

三、分析（共20分，每小题10分）1、对于PNP型BJT工作在正向有源区时载流子的输运情况；2、热平衡时突变PN结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线。

（每个图2分）四、计算推导（共30分，每小题15分）1、MOSFET工作在非饱和区时的Sah方程推导，并求解跨导g m和沟道电导g D，说明提高gm的具体措施；（每步2分，电导计算4分，措施3分）2、在NPN双极型晶体管正向有源区工作时，，，试求该器件正向电流增益，并说明提高的几种途径。

其中，，。

（计算推导9分，措施6分）《半导体器件物理》试卷（二）一、填空（共24分，每空2分）1、PN结电击穿的产生机构两种；2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；3、晶体管特征频率定义；4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；6、BV CEO含义；7、MOSFET短沟道效应种类；8、扩散电容与过渡区电容区别。

二、简述（共20分，每小题5分）1、内建电场；2、发射极电流集边效应；3、MOSFET本征电容；4、截止频率。

三、论述（共24分，每小题8分）1、如何提高晶体管的开关速度？2、BJT共基极与共射极输出特性曲线的比较。

半导体物理学试题及答案(总6页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、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流子，若光照忽然停止t?后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。