半导体习题和解答

1 半导体物理学

第二章习题

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。

（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。

（3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。

2. 以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和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，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.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，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和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，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，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。 2 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和。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。

第四章习题及答案

1. 300K时，Ge的本征电阻率为47cm，如电子和空穴迁移率分别为3900cm2/( V.S)和1900cm2/( V.S)。 试求Ge 的载流子浓度。

解：在本征情况下，inpn,由)(/pnipnuuqnpqunqu111知

3131910292190039001060214711cmuuqnpni.)(.)(

2. 试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/( V.S)和500cm2/( V.S)。当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。比本征Si的电导率增大了多少倍？

解：300K时，)/(),/(SVcmuSVcmupn225001350，查表3-2或图3-7可知，室温下Si的本征载流子浓度约为3101001cmni.。

本征情况下，

cmS+.uuqnpqunqu-pnipn/.)()(6191010035001350106021101

金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为84216818个，查看附录B知Si的晶格常数为0.543102nm，则其原子密度为322371051054310208cm).(。

掺入百万分之一的As,杂质的浓度为3162210510000001105cmND，杂质全部电离后，iDnN，这种情况下，查图4-14（a）可知其多子的迁移率为800 cm2/( V.S)

cmS.quN-nD/.''468001060211051916

比本征情况下增大了66101210346..'倍

3. 电阻率为10.m的p型Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度。

解：查表4-15(b)可知，室温下，10.m的p型Si样品的掺杂浓度NA约为3151051cm.,查表3-2或图3-7可知，室温下Si的本征载流子浓度约为3101001cmni.,iAnN

1 第一章 固体晶格结构

1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是

。

2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。

3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。

4．什么是晶体？晶体主要分几类？

5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？

答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。常用的掺杂方法有扩散和离子注入。

6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？

7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？

第二章 量子力学初步

1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。

2．什么是概率密度函数？

3．描述原子中的电子的四个量子数是： 、 、 、 。

第三章 固体量子理论初步

1．能带的基本概念

 能带（energy band）包括允带和禁带。

 允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。

 禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。

 允带又分为空带、满带、导带、价带。

 空带（empty band）：不被电子占据的允带。

 满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。

导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。

价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。

2．什么是漂移电流？

漂移电流：漂移是指电子在电场的作用下的定向运动，电子的定向运动所产生的电流。

3．什么是电子的有效质量？

晶格中运动的电子，在外力和内力作用下有：

Ｆ总＝Ｆ外＋Ｆ内=ma, m是粒子静止的质量。

Ｆ外=m*na, m*n称为电子的有效质量。

4．位于能带底的电子，其有效质量为正，位于能带顶电子，其有效质量为负。

第5章 常用半导体元件 习题

5.1晶体二极管

一、填空题：

1．半导体材料的导电能力介于 和 之间，二极管是将

封装起来，并分别引出 和 两个极。

2．二极管按半导体材料可分为 和 ，按内部结构可分为＿

和 ，按用途分类有 、 、 四种。

3．二极管有 、 、 、 四种状态，PN结具有 性，即 。

4．用万用表（R×1K档）测量二极管正向电阻时，指针偏转角度

，测量反向电阻时，指针偏转角度 。

5．使用二极管时，主要考虑的参数为 和 二极管的反向击穿是指 。

6．二极管按PN结的结构特点可分为是 型和 型。

7．硅二极管的正向压降约为 V，锗二极管的正向压降约为 V；硅二极管的死区电压约为 V，锗二极管的死区电压约为 V。

8．当加到二极管上反向电压增大到一定数值时，反向电流会突然增大，此现象称为 现象。

9．利用万用表测量二极管PN结的 电阻值，可以大致判别二极管的 、 和PN结的材料。

二、选择题：

1. 硅管和锗管正常工作时，两端的电压几乎恒定，分别分为( )。

A.0.2-0.3V 0.6-0.7V B. 0.2-0.7V

0.3-0.6V

C.0.6-0.7V 0.2-0.3V D. 0.1-0.2V