半导体物理期末试卷含部分答案

一、填空题

1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。 2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？

不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。

4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 .

5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q

n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。

7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。

8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。

9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。

10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。

11．指出下图各表示的是什么类型半导体？

12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比

13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。

14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。

二、选择题

1根据费米分布函数，电子占据（E F +kT ）能级的几率 B 。

A ．等于空穴占据（E F +kT ）能级的几率

B ．等于空穴占据（E F －kT ）能级的几率

C ．大于电子占据E F 的几率

D ．大于空穴占据

E

F 的几率

2有效陷阱中心的位置靠近 D 。

A. 导带底

B.禁带中线 C ．价带顶 D ．费米能级

3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E f 随温度上升而 D 。

A. 单调上升

B. 单调下降 C ．经过一极小值趋近E i D ．经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D ＿。

A ．不含施主杂质

B ．不含受主杂质

C ．不含任何杂质

D ．处于绝对零度

三、简答题

1 简述常见掺杂半导体材料（Si，Ge）中两种主要的散射机构，并说明温度及掺杂浓度对这两种散

射机构几率的影响及原因。

答：主要的散射机构为晶格振动散射和电离杂质散射

其散射几率和温度的关系为：晶格振动散射：

3/2

s

p T

∝，电离杂质散射：3/2

i i

p N T-

∝

2 有4块Si半导体样品，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同。根据下列所给数据判断哪块样品电

阻率最大？哪块样品的电阻率最小？并说明理由。

（1）N A=×1013/cm3, N D=8×1014/cm3;

（2）N A=8×1014/cm3, N D=×1015/cm3;

（3）N A=4×1014/cm3;

（4）N D=4×1014/cm3.

3 当PN结两侧掺杂浓度N D及N A相同时，比较Si、Ge、GaAs材料PN结内建电势的大小，为什么？

4 画出外加正向和负向偏压时pn结能带图（需标识出费米能级的位置）。

5 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程是什么？说明各项的

物理意义。

p

t

∂

∂

――在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；2

2

p

p

D

x

∂

∂

――由于扩散，单位时间、单

位体积中空穴的积累数；

p p

E

p

E p

x x

μμ

∂

∂

--

∂∂

――由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；

p

p

τ

∆

-――由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；p g――由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。

6 室温下某n型Si单晶掺入的施主浓度N D大于另一块n型Ge掺入的施主浓度N D1，试问哪一块材

料的平衡少子浓度较大？为什么？

7 以n型Si材料为例，画出其电阻率随温度变化的示意图，并作出说明和解释。

答：设半导体为n型，有

n

nqμ

ρ1

=

AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，

故电阻率ρ随温度T升高下降；

BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格

振动散射导致迁移率下降，故电阻率ρ随温度T升高上升；

CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，故

电阻率ρ随温度T升高而下降；

8．金属和半导体导电类型上有何不同?

金属自由电子导电，半导体非平衡载流子导电

p

g

2

2

p p p p

E

p p p p

D E p g t x x x

μμ

τ

∂

∂∂∂∆=--+∂∂∂∂

－