2010《半導(dǎo)體物理》期中試題解答

1、《半導(dǎo)體物理》期中試題解答,一、填空題,純凈半導(dǎo)體的霍爾系數(shù) 小 于0。若一種半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)等于0，則該材料的極性是 P 型。電子在各能量狀態(tài)上的分布服從 費米分布 的半導(dǎo)體稱為簡并半導(dǎo)體，可以采用 波爾茲曼分布 近似描述的半導(dǎo)體稱為非簡并半導(dǎo)體。 室溫下本征Si的摻入雜質(zhì)P后，費米能級向 導(dǎo)帶 / Ec 移動，若進(jìn)一步升高溫度，費米能級向 Ei /本征費米能級 / 禁帶中心能級 /價帶 移

2、動。半導(dǎo)體回旋共振實驗用來測量載流子的 有效質(zhì)量 。重?fù)诫s通常會使半導(dǎo)體的禁帶寬度變 窄 。金摻入半導(dǎo)體Si中是一種 深能級 雜質(zhì)。,7.電子在晶體中的共有化運動指的是電子在晶體各元胞對應(yīng)點出現(xiàn)的幾率相同 的幾率相同。8. 硅的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是 金剛石 型和 間接帶隙型。,二、選擇題,在常溫下，將濃度為1014/cm3 的As 摻入Si半導(dǎo)體中，該半導(dǎo)體中起主要散射作用的是 C 。雜質(zhì)散

3、射光學(xué)波散射聲學(xué)波散射多能谷散射,下列哪個參數(shù)不能由霍爾效應(yīng)實驗確定 C 。遷移率載流子濃度有效質(zhì)量m*半導(dǎo)體極性重空穴指的是 D 。質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴比電子質(zhì)量大的空穴價帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴,半導(dǎo)體中載流子遷移率的大小主要決定于 B 。復(fù)合機構(gòu)散射機構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)若某材料電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，該材料是

4、 A 。本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體金屬雜質(zhì)化合物半導(dǎo)體,8. 對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致 D 靠近Ei；A、Ec; B、Ev; C、Eg; D、EF。9. 當(dāng)施主能級ED與費米能級EF相等時，電離施主的濃度為施主濃度的 C 倍；A、1; B、1/2; C、1/3; D、1/4.10.

5、 在某半導(dǎo)體摻入硼的濃度為1014cm-3, 磷為1015 cm-3，則該半導(dǎo)體為 B 半導(dǎo)體；其有效雜質(zhì)濃度約為 E 。A. 本征; B. n型; C. p型; D. 1.1×1015cm-3; E. 9×1014cm-3,三、設(shè)半導(dǎo)體有兩個價帶，帶頂均在k=0處且能量相等，帶頂空穴有效質(zhì)量有以下關(guān)系：，試定性畫出兩者的E-k關(guān)系圖。,,,,,,E,k,E1：重空穴

6、,E2：輕空穴,,,四、分析化合物半導(dǎo)體PbS中S的間隙原子是形成施主還是受主？,,,,,,,S2-,Pb,S,S,Pb,S,Pb2+,S,Pb,S2-,S的間隙原子由于電負(fù)性大，容易獲取電子，形成負(fù)電中心，充當(dāng)受主,五、1）計算下面兩種材料在室溫下的載流子濃度： （1）摻入密度為1014/cm3 B的鍺材料； （2）摻入密度為1014/cm3 B的硅材料。2）制作一種p-n結(jié)需要一種P型材料，工作溫度是室溫（300K）, 試判

7、斷上面兩種材料中哪一種適用，并說明理由。（在室溫下，硅：ni=1.5×1010/cm3 鍺：ni=2.4×1013/cm3）,解：,1）摻入鍺：,ni/NA= 24%，故該P型材料處于過渡區(qū),摻入硅：,ni<<NA，故該P型材料處于飽和電離區(qū),2）半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定工作區(qū)應(yīng)位于其飽和電離區(qū)，以保證其載流子濃度穩(wěn)定，因此應(yīng)選用摻雜的Si材料,六、簡述N型半導(dǎo)體載流子濃度、費米能級隨溫度變化的規(guī)律，并

8、繪出示意圖，在圖中標(biāo)明所處溫區(qū)。,N型半導(dǎo)體載流子濃度(多子n)隨溫度的變化情況,N型半導(dǎo)體費米能級隨溫度的變化情況,七、室溫下，在元素半導(dǎo)體Si中摻入1016/cm3 P后，半導(dǎo)體為哪種極性半導(dǎo)體？P元素是施主還是受主？此時半導(dǎo)體的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子分別是什么？濃度分別是多少？(室溫下，Si的ni =1.5×1010/cm3)。,半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體；P元素是施主；多子是電子，空穴是少子；室溫下， ND=1016/

9、cm3 >>ni=1.5×1010/cm3半導(dǎo)體處于飽和電離區(qū),八、試論證非簡并半導(dǎo)體在熱平衡時載流子濃度積與雜質(zhì)濃度無關(guān)，而與禁帶寬度有關(guān)。,非簡并半導(dǎo)體在熱平衡時載流子濃度：,濃度積,而Nc、Nv均與雜質(zhì)濃度無關(guān)，故濃度積只與禁帶寬度Eg有關(guān)。,九、一個晶格常數(shù)為a的一維晶體，其電子能量E與波矢k的關(guān)系是：討論在這個能帶中的電子，其有效質(zhì)量和速度如何隨k變化。,,設(shè)一n型半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量為m*n

10、=mo,試證明在300K時，使得費米能級EF=(EC+ED)/2的施主濃度為ND=2NC。（設(shè)此時的施主的電離很弱，按非簡并情況處理）,證明：在非簡并條件下：,,又，,，,由電中性條件得到：n0=ND+所以有：,當(dāng)電離很弱時，即,如果要求使得,得證。,有一硅樣品在溫度為300k時，施主與受主的濃度差ND-NA=1014cm-3,設(shè)雜質(zhì)全部電離，已知該溫度下導(dǎo)帶底的有效狀態(tài)密度NC=2.9×1019cm-3，硅的本征載

11、流子濃度ni=1.5×1010cm-3,求樣品的費米能級位于哪里？,解：由電中性條件可得:,由題意可知，ni=1.5×1010cm-3, ND-NA=1014cm-3故有：,，可忽略p0,,導(dǎo)帶電子濃度為：,,所以,,所以，,樣品的費米能級位于導(dǎo)帶底Ec下方0.327eV。,在半導(dǎo)體鍺材料中，摻入施主雜質(zhì)濃度ND=1014cm-3, 受主雜質(zhì)濃度NA=7×1013cm-3,設(shè)室溫下本征鍺的電阻率為60