半導(dǎo)體物理習(xí)題

1、聲明：部分答案來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，本人只負(fù)責(zé)編輯。本文系中北大學(xué)物理系半導(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ)課程李惠生老師布置的課后習(xí)題。1–錯(cuò)誤很多，僅供參考第一章第一章1試定性說(shuō)明Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。解：電子的共有化運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致孤立原子的能級(jí)形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對(duì)變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。2

2、試指出空穴的主要特征。解：空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來(lái)描述半滿帶中的大量電子的集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是準(zhǔn)粒子。主要特征如下：A、荷正電:；B、空穴濃度表示為q?(電子濃度表示為)；C、；D、。pnnpEE??npmm??3簡(jiǎn)述Ge、Si和GaAS的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。解：(1)Ge、Si:a）Eg(Si：0K)=1.21eV；Eg(Ge：0K)=1.170eV；b）間接能隙結(jié)構(gòu)c）禁帶寬度Eg隨溫度增加而減?。?2)GaAs：a）Eg（

3、300K）=1.428eV，Eg(0K)=1.522eV；b）直接能隙結(jié)構(gòu)；c）Eg負(fù)溫度系數(shù)特性：dEgdT=3.95104eVK；4試述有效質(zhì)量的意義解：有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體的內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用使得在解決半導(dǎo)體的電子自外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用特別是可以直接m由實(shí)驗(yàn)測(cè)定因而可以方便解決電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。5設(shè)晶格常數(shù)為的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量和價(jià)帶極大值附近能a)(kEc量分別為：)(kEv，0212022

4、)(3)(mkkmkkEc?????022021236)(mkmkkEv????為電子慣性質(zhì)量，。試求：0mnmaak314.01???（1）禁帶寬度；（2）導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；（3）價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；（4）價(jià)帶頂電子躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)準(zhǔn)動(dòng)量的變化。解：（1）導(dǎo)帶：由得：0)(23201202???mkkmk??143kk?又因?yàn)樗裕涸谔?，取最小?3823202020222????mmmdkEdc???kk43?cE價(jià)帶：得：=006

5、02???mkdkdEv?k又因?yàn)樗裕禾?，取最大?60222???mdkEdv?0?kvE聲明：部分答案來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，本人只負(fù)責(zé)編輯。本文系中北大學(xué)物理系半導(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ)課程李惠生老師布置的課后習(xí)題。3–錯(cuò)誤很多，僅供參考3什么是替位式雜質(zhì)，它的形成特點(diǎn)是什么？解：雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體后雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格點(diǎn)處，稱為替位式雜質(zhì)，特點(diǎn)是雜質(zhì)原子大小與被取代晶格原子大小相似，價(jià)電子殼結(jié)構(gòu)比較相近4位錯(cuò)有哪幾種類型，他們的特點(diǎn)是具體什么

6、？解：位錯(cuò)分為刃位錯(cuò)和螺形位錯(cuò)。刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于滑移矢量；螺形錯(cuò)位：位錯(cuò)線平行于滑移矢量。5摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。解：在純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。例如，在常溫情況下，本征Si中的電子濃度和空穴濃度均為1.5╳1010cm3。當(dāng)在Si中摻入1.0╳1016cm3后，半導(dǎo)體中的電子濃度將變?yōu)?.0╳1016cm3，而空

7、穴濃度將近似為2.25╳104cm3。半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。6銻化銦的禁帶寬度，相對(duì)介電常數(shù)，電子的有效質(zhì)量eVEg18.0?17?r?，為電子的慣性質(zhì)量，求：①施主雜質(zhì)的電離能，②施主弱0015.0mmn?0m束縛電子基態(tài)軌道半徑。解：根據(jù)類氫原子模型：eVEmmqmErnrnD422002204101.7176.130015.0)4(2?????????????nmmqr053.002020?????nmr

8、mmqrnrnr6000202?????????第三章第三章1對(duì)于某n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級(jí)在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之上。即EFnEFi。證明：設(shè)nn為n型半導(dǎo)體的電子濃度，ni為本征半導(dǎo)體的電子濃度。顯然inn?n即2試分別定性定量說(shuō)明：（1）在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；（2）對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，載流子濃度越高。解：（1）在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越