微電子器件與ic設計基礎第二版第1章習題

1、第一章第一章思考題：思考題：1.1簡單解釋原子能級和晶體能帶之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：答：在孤立原子中，原子核外面的電子受到這個原子核所帶正電荷的作用，按其能量的大小分布在不同的電子軌道上繞核運轉。原子中不同軌道上電子能量的大小用彼此有一定間隔的橫線段組成的能級圖來表示（見圖1.1b）。能級的位置越高，表示該能級上電子的能量就越大。原子結合成晶體后，一個原子核外的電子除了受到這個原子核所帶正電荷以及核外電子所帶負電荷的作用以外，還要受到這個

2、原子周圍其它原子所帶正負電荷的作用。也就是說，晶體中的電子是在原子核的正電荷形成的周期性勢場中作如圖1.1（a）中箭頭所示的共有化運動。正因為如此，原來描述孤立原子中電子能量大小的能級就被分裂成為一系列彼此相距很近的準連續(xù)的能級，其形狀好似一條條反映電子能量大小的帶子，故稱之為能帶，見圖1.1（b）。1.2以硅為例，解釋什么是施主雜質和施主能級？什么是受主雜質和受主能級？答：答：以硅為例，見圖1.2（a），如果在單晶硅中摻入Ⅴ族元素的雜

3、質磷（P），磷原子將取代Ⅳ族的硅(Si)原??P子的位置而成為所謂的施主雜質。因為磷原子外層有五個價電子，它和周圍的四個硅原子形成共價鍵后還多出一個電子，這個多余的電子受到磷原子核的微弱束縛力而繞著該原子核做一定半徑的圓周運動，它只需要吸收很小的能量（百分之幾個電子伏特）就能掙脫磷原子核的束縛而成為可以在整個晶體中運動的準自由電子，原來的磷原子則成為了磷離子，稱之為正電中心。???P1.5何謂少子壽命？何謂擴散長度？二者有何聯(lián)系？答：答

4、：少數(shù)載流子從產(chǎn)生到復合整個過程中平均生存的時間稱為少子壽命，用表示。少數(shù)?載流子在其壽命期間作擴散運動所走過的平均路程稱為擴散長度，用L表示。二者的關系為，其中，D是載流子的擴散系數(shù)。注意：電子和空穴的擴散長度及少子壽命?DL?是有區(qū)別的，分別用下標小寫字母n和p表示電子和空穴的擴散長度及少子壽命。1.6簡單解釋費米能級和準費米能級，說明它們的主要區(qū)別。答：答：費米能級是在熱平衡條件下用費米分布函數(shù)來表示熱平衡系統(tǒng)中某一個能級被電子占

5、據(jù)幾率時所引入的一個能量常數(shù)，又稱之為熱平衡系統(tǒng)的化學勢。它不是一個真實的能級，其在能帶圖中的位置高低表示該半導體是N型半導體還是P型半導體以及半導體中所摻雜質濃度的高低，如圖1.4所示。在絕對零度時，費米能級是被電子占據(jù)的能級和未被電子占據(jù)的能級的分界線。準費米能級是在非平衡狀態(tài)下專門用費米分布函數(shù)來計算導帶電子濃度和價帶空穴濃度時引入的參考能級。其中電子的準費米能級用表示，空穴的FNE準費米能級用表示。一般情況下，只有在系統(tǒng)達到熱平

6、衡態(tài)時才有FPEFPFNEE?。FPFNEE?習題習題1.1計算施主濃度分別為、、的硅在時的費米能級（以本征費米1610181031910?cmK300能級作為參考能級），對摻雜濃度相同的受主雜質進行同樣的計算。解：解：對施主濃度分別為、、的硅在時的費米能級為1610181031910?cmK300????????????????????????3193183161010528.010468.010349.0105.1ln026.0ln