《半导体物理学》期末考试试卷参考答案(A卷)-往届
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赣 南 师 范 学 院
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2010–2011学年第一学期期末考试参考答案(A 卷)
开课学院:物电学院 课程名称:半导体物理学 考试形式:闭卷,所需时间:120分钟
注意事项:1、教师出题时请勿超出边界虚线;
2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚,答题不得超出密封线;
3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。
一、填空题(共30分,每空1分) 1、 电子 空穴 电子 2、 替位式 间隙式 3、 01
()1exp()
F
f E E E k T
=
-+ 在热平衡状态下,电子在允许的量子态上如何分布
0()F E E k T
B f E e
--= 前者受泡利不相容原理的限制
4、 电子 空穴 00n p 电子-空穴对 n p = 多数 少数 多数 注入的非平衡多数载
流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多 少数 注入的非平衡少数载流子浓度比
平衡时的少数载流子浓度大得多
5、 电子在导带和价带之间的直接跃迁,引起电子和空穴的直接复合 电子和空穴通过禁
带的能级(复合中心)进行复合 发射光子 发射声子 将能量给予其它载流子,增加它们的动能
6、 半导体表面非平衡载流子浓度比内部高
扩散 扩散 漂移 漂移
二、选择题(共10分,每题2分) 1、A 2、B 3、D 4、C 5、B 三、计算题(共60分)
一、1、解:(1)因为n p nq pq σμμ=+,又2
i np n =,所以
22i n p i n nq q n n σμμ=+≥=
根据不等式的性质,当且仅当n nq μ=2
i p n q n
μ时,上式取等。 解得:1/2
(
)p i n
n n μμ=,即此时电导率σ最小。 相应地,此时21/2
()i n i
p
n p n n
μ
μ==
(
2)对本征Ge :
13
19
2()
2.510 1.610
(19003800)2.2810(/)
i i n p n q S cm σμμ--=+ =⨯⨯⨯⨯+ =⨯
在最小电导率条件下:
min 1319((2(2.510)(1.610)/n p i n q n q n S cm σμμ--2=+ =2 =⨯⨯⨯⨯ =2.12⨯10()
(3)当材料的电导率等于本征电导率时,有:
00()n p i n p n q p q n q μ
μμμ+=+
即:2
00
()i n p i n p n n q q n q n μμμμ+=+
整理得:2
2
00()0n i n p i
p n n n n μμμμ-++=
解得:0n
n =
带入数据得:00()2i i n n n n ==舍或
赣南师范学院考试卷( A 卷 )
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∴1330 1.2510/2
i
n n cm =
=⨯ 2
13300
510/i n p cm n ==⨯
显然,此材料是p 型材料。
2、解:空穴扩散电流密度:()p p
d p
J qD dx
扩=- 由题意,空穴线性分布,且在3μm 内浓度差为1015
cm -3
,则空穴的浓度梯度为:
153184
4
()10 3.310310d p x cm cm dx cm
---=-=-⨯⨯ 根据爱因斯坦关系式:0p
p D k T
q
μ=
0p p k T D q μ=
∴
002184192()0.026400/()( 3.310)3.410/()
p p p k T d p d p
J q k T q dx dx
eV cm V s cm C s cm μμ-⨯
⨯=-⨯⨯=-⨯⋅⨯-⨯=⨯⋅扩=-
3、(1)已知 4.05eV χ=
n 型Si 的功函数为:0()s F n c F W E E E E E χχ=-=+=+- 室温下,杂质全部电离,则电子浓度00c F
E E k T
D c n N N e
--==
173
0193
10/ln 0.026ln 0.152.810/D c F C N cm E E k T eV eV N cm -=-=-⨯=⨯
∴() 4.050.15 4.20s c F W E E eV eV eV χ=+-=+=
(2)已知 4.18Al W eV =,所以Al s W W <,故二者接触形成反阻挡层。
5.20Au W eV =,则有Au s W W >,故Au 与n-Si 接触形成阻挡层。
4、(1)令D N +和A N -
表示电离施主和电离受主的浓度,则电中性方程为
00A D n N p N -++=+ (I )
室温下,半导体处于过渡区,杂质已全部电离,153
510A A N N cm --==⨯,
1631.510D D N N cm +-==⨯,代入(I )式整理得:
16300 1.010n p cm --=⨯ (II )
又2
00i n p n = (III ),1031.510i n cm -=⨯ (IV),联立(II )、(III )、(IV)式可解得:
163
043
0 1.0102.210n cm
p cm
--⎧=⨯⎪⎨=⨯⎪⎩ 1100163153
1
103
*(
)()221.5105100.026()2 1.5100.35D D A
F i i i i
i i N N N E E k Tsh E k Tsh n n cm cm E eV sh cm E eV
-------=+=+⨯-⨯=+⨯⨯⨯=+
即此时费米能级在禁带中线上面0.35eV 处。 (2)电导率00n p n q p q σμμ=+ 由于0
0n p ,故可忽略空穴对电流的作用,即此时
01632191.0101000/ 1.6101.6/n
n q cm cm V s C S cm
σμ--==⨯⨯⋅⨯⨯= (3)T=600k 时,半导体处于本征激发区,本征激发开始起主要作用。此时,杂质已全部电离,(II )、(III)式仍然成立。
该温度下 153
610i n cm -=⨯ (V )
联立(II )、(III )、(V)式解得:
163
0153
0 1.3102.810n cm
p cm
--⎧=⨯⎪⎨=⨯⎪⎩