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半导体物理课后习题解答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)=223m k h +22)1(m k k h -和E v (k)=226m k h －223m 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dkk dEc )(＝232m k h ＋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 ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k mh ；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 ＝2126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝21212m k h ＝20248a m h＝112828227106.1)1014.3(101.948)1062.6(----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV②导带底电子有效质量m n02020********m h m h m h dkE d C =+=；∴ m n＝22283/m dkE d h C =③价带顶电子有效质量m ’02226m h dk E d V -=，∴222'61/m dk E d h m V n-==④准动量的改变量h △k ＝h (k min -k max)= ah kh 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 dtdk =qE （取绝对值） ∴dt =qE h dk∴t=⎰t dt 0=⎰a qE h 21dk =aqE h 21代入数据得： t ＝E⨯⨯⨯⨯⨯⨯--1019-34105.2106.121062.6＝E6103.8-⨯（s ）当E ＝102V/m 时，t ＝8.3×10－8（s ）；E ＝107V/m 时，t ＝8.3×10－13（s ）。
一、选择填空(10分，每题2分)1．本征半导体是指的半导体。
A．不含杂质与缺陷B．电子密度与空穴密度相等C．电阻率最高D．电子密度与本征载流子密度相等2．砷化镓的导带极值位于布里渊区。
A．中心B．<111>方向近边界处C．<100>方向近边界处D．<110>方向近边界处3．公式μ＝qτ/ m* 中的τ是载流子的。
A．渡越时间B．寿命C．平均自由时间D．扩散系数4．半导体中载流子扩散系数的大小决定于其中的。
A．复合机构B．散射机构C．能带机构D．晶体结构5. 在光电转换过程中，硅（Si）材料一般不如砷化镓(GaAs)量子效率高，因其。
A．禁带较窄B．禁带是间接跃迁型C．禁带较宽D．禁带是直接跃迁型1．电子在晶体中的共有化运动指的是。
A．电子在晶体中各点出现的几率相同B．电子在晶体元胞中各点出现的几率相同C．电子在晶体各元胞对应点出现的几率相同D．电子在晶体各元胞对应点有相同位相3．若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定。
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5．重空穴指的是。
A．质量较大的原子组成的半导体中的空穴B．价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴C．价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴D．自旋--轨道耦合分裂出来的能带上的空穴6．在进入太空的空间实验室中生长的砷化镓通常具有很高的载流子迁移率，这是因为的缘故。
A．无杂质污染B．受较强宇宙射线照射C．晶体生长完整性好D．化学配比合理10. 下列情况下，室温下功函数最大者为。
A．含硼1×1015/cm3的硅B．含磷1×1016/cm3的硅C．含硼1×1015/cm3，含磷1×1016/cm3的硅D．纯净硅二、解释下列概念(10分，每题2分)1、空穴2、非平衡载流子3、费米能级4、迁移率5、霍耳效应2、浅能级杂质3、声子4、迁移率5、光电导三、回答问题（共20分，每题10分）1、由同一种元素的原子组成的二维晶体，如图所示。
半导体物理习题及答案(总12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--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。
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4. 什么是宏观对称素和微观对称素？5. 简述热力学四大定律。
6. 晶体可能有的独立的点对称元素有几种？7. 康普顿散射证明了什么？8. 比热反映了什么，它的微观本质是什么？9. 简述量子力学的发展。
10. 电子单缝实验及其物理内涵？11. 什么是倒格子？引入倒格子的意义是什么？12. 什么事俄歇电子？是怎么产生的？13. Maxwell方程组及其各项的物理意义？14. 现在介观物理研究的尺寸范围是多少？15. 分析力学的基本方法？16. 在实验上用什么方法分析晶体的结构？17. 为什么会有半导体，导体，绝缘体？18. 什么是布拉格反射？19. 量子力学中为什么要引入算符？20. 正格子和倒格子之间关系是什么？21. 简述量子力学的基本假设。
22. 你认为量子力学的精髓是什么？23. 什么是布里渊区？24. 大致说明一下晶体中电阻率随温度的变化关系。
剩余电阻率都来自哪？25. 什么是得哈斯-范阿尔芬效应？26. 什么是声子？什么是德拜温度？格林－埃森常数代表什么物理意义？27. Maxwell方程组的实验基础和假设是什么？28. 矩阵力学最早是由谁引入的？29. 较详细的介绍下你做过的一个近代物理实验？30. 能带论的三个基本假定是什么？简要阐述固体物理中的Born-Oppenheimer 近似。
31. 什么是布洛赫定理？32. 什么是Zeemann效应？介绍下斯特恩－盖拉赫干涉仪？33. 什么是纠缠态？大概介绍下EPR佯谬和薛定谔猫实验。
2021考研华中科技大学901半导体物理真题完美回忆版华中科技大学2021考研901半导体物理真题一.名词解释4*5’1.共计化运动2.自旋半导体3半导体的霍尔效应4.半导体的塞贝克效应二．填空题10题每题两觑每空一分（都就是书上原话，但两个觑就是半导体器件的科学知识）1.回旋共振一般是在（低温）下进行，回旋频率等于（共振频率）。
2.硅锗就是（金刚石）型晶格结构，砷化镓就是（闪锌矿）型晶格结构3.杂质分为间隙式和（替位）式。
缺陷分为（点）缺陷，线缺陷，面缺陷4.散射非为（电离杂质散射）和（晶格振动散射）。
5.（迁移率）就是载流子（电子和空穴）在单位电场促进作用下的平均值漂移速度，（扩散系数）就是沿蔓延方向，在单位时间每单位浓度梯度的条件下，横向通过单位面积所蔓延某物质的质量或摩尔数。
6.异质结通过（导电类型）的不同分为同型异质结和异型异质结，又通过（）分为ⅰ型和ⅱ型。
---（第二个空课本上没有，我也不知道填什么）7.频率对pn结性能存有非常大影响是因为pn砂藓（结电容），其中又分成（势垒电容）和扩散电容。
8.肖特基势垒二极管与pn结相比有更（大）的js,与更（低）的正向导通电压。
9.单异质结激光器有更（）的禁带宽度，和更（）的折射率。
---（这个真不会）10.mos型场效应管不需加电压就能形成沟道的是（）型，需要加偏置电压才能形成沟道的是（）型。
（这是半导体器件物理里面的知识，应该填增强型和耗尽型）三．作图题5*10’1.画出绝缘体，半导体，导体能带图，并作简要说明。
2.图画出来n型硅半导体电阻率与温度关系曲线，谢泽生详细表明。
3.金半接触的肖特基模型中n型阻挡层的形成条件是什么，画出其平衡能带图。
4.画出隧道pn结的伏安特性曲线，说明其负阻的原因。
5.图画出来p型半导体在理想mis结构下，少子反型状态能带图与电荷分布。
四．简答题3*10’1.表述无机中心与陷阱中心的联系与区别，详尽表明。
2.详尽表明pn结雪崩打穿与隧道打穿的打穿机理。
物理学院《半导体物理》试卷一、名词解释（3’Ｘ10）1空穴：价带顶电子激发到导带底后带顶附近出现的空的量子态称为空穴。
波矢k态未被电子占据时，其它所有价带电子的导电行为，等效于一个带正电荷e，具有正有效质量m p 的准粒子的导电行为。
2间接带隙半导体：导带底与价带顶在不同k方向。
或间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在k空间中不同位置。
3. 施主杂质、施主能级：解：施主杂质：Ⅴ族原子向晶体提供多余不配对电子（电子可动），并同时成为带正电离子（不可动正电中心）的杂质。
或是在硅中掺入V族元素杂质（如磷P，砷As，锑Sb等）后，这些V族杂质替代了一部分硅原子的位置，但由于它们的外层有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子，这样一个V族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，把这种杂质称为施主杂质；若在硅中掺入III族元素杂质，（如硼B，铝Al，镓Ga，铟In等），这些III族杂质原子在晶体中替代了一部分硅原子的位置，由于它们的最外层只有3个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，这样一个III族杂质原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，把这种杂质称为受主杂质。
4缺陷能级杂质能级解：实际半导体材料晶格中，存在着偏离理想情况的各种现象。
(1) 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；(2)半导体材料并不是纯净的，而且含有若干杂质，即在半导体晶格存在着与组成半导体材料的元素不同的其它化学元素的原子；(3)实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷。
（a）点缺陷，如空位，间隙原子；（b）线缺陷，如位错；（c）面缺陷，如层错，多晶体中的晶粒间界等。
由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期性排列的原于所产生的周期性势场受到破坏，有可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态（即能级）--------杂质能级、缺陷能级。
第1篇一、基础知识部分1. 请简述半导体材料的基本概念及其分类。
2. 解释什么是本征半导体、n型半导体和p型半导体，并说明它们之间的区别。
3. 什么是掺杂？为什么掺杂对于半导体的应用至关重要？4. 什么是载流子？请分别说明电子和空穴载流子的性质。
5. 什么是能带？简述价带、导带和禁带的概念。
6. 什么是能级？请解释能级与能带之间的关系。
7. 什么是施主和受主？它们在半导体中的作用是什么？8. 请解释半导体中的电导率是如何受到温度影响的。
9. 什么是霍尔效应？它在半导体中的应用有哪些？10. 什么是PN结？简述PN结的形成过程、特性和应用。
二、器件原理部分1. 请简述晶体管的工作原理，包括NPN和PNP晶体管。
2. 什么是场效应晶体管（FET）？请解释其工作原理和特性。
3. 什么是MOSFET？请说明其结构、工作原理和优缺点。
4. 什么是二极管？请解释二极管的基本特性和应用。
5. 什么是三极管？请说明三极管的基本特性和应用。
6. 什么是整流器？请列举几种常见的整流器类型及其工作原理。
7. 什么是稳压器？请说明稳压器的工作原理和应用。
8. 什么是放大器？请解释放大器的基本特性和应用。
9. 什么是滤波器？请列举几种常见的滤波器类型及其工作原理。
10. 什么是振荡器？请解释振荡器的基本特性和应用。
三、电路设计部分1. 请简述半导体电路设计的基本流程。
2. 什么是模拟电路和数字电路？请分别说明它们的特点。
3. 什么是电路仿真？请列举几种常见的电路仿真软件。
4. 什么是版图设计？请说明版图设计的基本流程和注意事项。
5. 什么是集成电路封装？请列举几种常见的集成电路封装类型。
6. 什么是测试与验证？请说明测试与验证在半导体电路设计中的重要性。
7. 什么是电路优化？请列举几种常见的电路优化方法。
8. 什么是电源设计？请说明电源设计的基本原则和注意事项。
9. 什么是信号完整性？请解释信号完整性对电路设计的影响。
10. 什么是电磁兼容性？请说明电磁兼容性在电路设计中的重要性。
第一篇 习题 半导体中得电子状态1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发得载流子越多，为什么？试定性说明之。
1-2、 试定性说明Ge 、Si 得禁带宽度具有负温度系数得原因。
1-3、 试指出空穴得主要特征。
1-4、简述Ge 、Si 与GaAS 得能带结构得主要特征。
1-5、某一维晶体得电子能带为[])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） 能带底与能带顶得有效质量。
第一篇 题解 半导体中得电子状态刘诺 编1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够得能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子得过程就就是本征激发。
其结果就是在半导体中出现成对得电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需得能量变小，将会有更多得电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子得共有化运动导致孤立原子得能级形成能带，即允带与禁带。
温度升高，则电子得共有化运动加剧，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得禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 得禁带宽度具有负温度系数。
1-3、 解： 空穴就是未被电子占据得空量子态，被用来描述半满带中得大量电子得集体运动状态，就是准粒子。
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 nD、m P*=-m n*。
1-4、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）第二篇习题-半导体中得杂质与缺陷能级刘诺编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。
