半导体物理作业与答案
半导体物理学作业及参考答案2
作业6：1．一块半导体材料的寿命μs 13=τ，受到光照产生非平衡载流子，此时光照突然停止，问52μs 后材料中的非平衡载流子浓度将衰减为原来的百分之几？2．室温下有一块n 型硅材料，掺杂浓度为-314cm 107⨯=D N ，由于光照产生的非平衡载流子浓度为-314cm 102.1⨯=∆=∆p n ，试计算此时准费米能级的位置（可以禁带中线E i 作为基准），并与热平衡态的费米能级做比较。
已知本征载流子浓度310cm 1012.1-⨯=i n ，室温下eV 026.0=T k B 。
【参考解答】1．由τt e p t p -∆=∆0)()(，其中μs 13=τ 可得：%83.1e )()65(13520≈=∆∆-p p 即光照停止μs 52后，非子将衰减到原来的1.83%（需要注意的问题是：此题比较简单，直接代入公式计算即可，目的在于加深大家对于寿命的感性认识。
此外寿命的物理意义由此也可见一斑。
）2．由于掺杂浓度不是很高，因此室温下杂质应可全部电离即：3140cm 107-⨯==D N n则热平衡态时的费米能级位置为：eV 2871.01012.1107ln 026.0ln ln 10140+=⨯⨯+=+=+=i i i D B i iB i F E E n N T k E n n T k E E 光注入非平衡载流子后：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆+=T k E E n T k E E n n n n B Fn i i B Fn F exp exp 00⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆≈∆+=∆+=T k E E n T k E E p p p n n p p p B i Fp i B F Fp i exp exp 0020 故准费米能级位置分别为：eV 2912.01012.1102.1107ln 026.0ln 101414+=⨯⨯+⨯+=+=i i i B i FnE E n n T k E E eV 2413.01012.1102.1ln 026.0ln 1014-=⨯⨯-=-=i i i B i Fp E E n p T k E E 可见：eV 0041.0=-F Fn E E ，eV 5284.0=-Fp F E E即结论是：对于n 型半导体，导带电子的准费米能级只比热平衡态的费米能级稍高一点，而价带空穴的准费米能级则比热平衡态的费米能级要低很多。
半导体物理作业与答案汇总
3．试用掺杂半导体的能带图解释说明右图中 N 型硅中载流子浓度随温度的变化过程。
并在图上标出低温弱电离区， 中间电离区，强电离区，过渡区，高温本征激发区。
第四章：半导体的导电性1．半导体中有哪几种主要的散射机构，它们跟温度的变化关系如何？并从散射的观点解释下图中硅电阻率随温度的变化曲线。
（1）电离杂质的散射 温度越高载流子热运动的平均速度越大，可以较快的掠过杂质离子不易被散射P 正比NiT （-3/2）（2）晶格振动的散射随温度升高散射概率增大（3）其他散射机构 1.中性杂质散射 在温度很低时，未电离的杂志的书目比电离杂质的数目大的多，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂志散射都很微弱的情况下，才引起主要的散射作用2.位错散射 位错线上的不饱和键具有中心作用，俘获电子形成负电中心，其周围将有电离施主杂质的积累从而形成一个局部电场，称为载流子散射的附加电场3.等同能谷间散射 对于Ge 、Si 、导带结构是多能谷的。
导带能量极小值有几个不同的波矢值。
对于多能谷半导体，电子的散射将不只局限于一个能谷内，可以从一个能谷散射到另一个，称为谷间散射AB 段温度很低本征激发可忽略，载流子主要有杂志电离提供，随温度升高增加散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降BC 段 温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而下增大 C 段温度继续升高，本征激发很快增加，大量的本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度升高极具的下降，表现出同本征半导体相似的特征第六章：pn 结1证明：平衡状态下(即零偏)的pn 结 E F =常数u得则考虑到则因为dx x qV d dx dE dx dE dx dE q nq J dxdE dx dE q T k dx n d T k E E n n e n n dx n d q T k nq J qT k D dx dn qD nq J i i F n n i F i F i T k E E i n n n n nn n i F )]([)(1)()(ln ln ln )(ln ,00)/()(000-=∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-=⇒-+==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==+=-E E E μμμμ dxdE p J dx dE n J F p p F n n μμ==,平衡时Jn ，Jp ＝0，所以EF 为常数2.推导计算pn 结接触电势差的表达式。
半导体物理习题与答案
第一篇 习题 半导体中的电子状态1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。
1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、 试指出空穴的主要特征。
1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。
1-5、某一维晶体的电子能带为[])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --=其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。
求：（1） 能带宽度；（2） 能带底和能带顶的有效质量。
升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-1、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-2、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。
主要特征如下：A 、荷正电：+q ；B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）；C 、E P =-E nD 、m P *=-m n *。
1-3、 解：（1） Ge 、Si:a ）Eg (Si ：0K) = 1.21eV ；Eg (Ge ：0K) = 1.170eV ；b ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小；（2） GaAs ：a ）E g （300K ）= 1.428eV ， Eg (0K) = 1.522eV ；b ）直接能隙结构；c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ；1-4、 解：（1） 由题意得：[][])sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002220ka ka E a kd dEka ka aE dk dE +=-=eVE E E E a kd dEa k E a k d dEa k a k a k ka tg dkdE o ooo1384.1min max ,01028.2)4349.198sin 34349.198(cos 1.0,4349.198,01028.2)4349.18sin 34349.18(cos 1.0,4349.184349.198,4349.1831,04002222400222121=-=∆<⨯-=+==>⨯=+====∴==--则能带宽度对应能带极大值。
复旦半导体物理习题及答案1
第一次作业
对于面心立方：
0 1 1 a 3 a3 Ω=( ) 1 0 1 = 2 4 1 1 0
a ×a 2π b1 = 2π 2 3 = ( −i + j + k ) Ω a a × a 2π 面心立方倒点阵为： b 2 = 2π 3 1 = (i − j + k ) Ω a a ×a 2π b3 = 2π 1 2 = (i + j − k ) Ω a
由极值条件：
dE =0 dk k12 h 2 3 求得：当 k = k1 时， Ec ( k ) min = 4m0 4
当 k = 0 时， Ev (k ) max
2 1
直接能隙 E
导带底
间接能隙 E 声子
导带 价带
ℏω = E g
价带顶
k12 h 2 = 6m 6m0
2
Ω ω
g
0
k
k
0
k
∴ Eg = Ec (k ) min − Ev (k ) max =
m* = 0.86m0 ， p
m* E0 p 解：i）受主杂质电离能： ∆E A = = = 0.095eV 2 8ε 0 ε r2 h 2 m0 ε r2
其中 E0 = −13.6eV
m* q 4 p
ε 0 h2 ii）波尔半径： a0 = = 0.53 A π me2 εm 空穴基态轨道半径： p 0 = r * 0 a0 = 6.8 ×10−10 m r mp
* 3、锑化铟的禁带宽度Eg=0.18eV，相对介电常数 ε r = 17，电子的有效质量 mn = 0.015m0 ， m0为电子的惯性质量，求 i )施主杂质电离能；ii )施主的弱束缚电子基态轨道半径。
半导体物理习题答案完整版
半导体物理习题答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。
解：K状态电子的速度为：（1）同理，－K状态电子的速度则为：（2）从一维情况容易看出：（3）同理有：（4）（5）将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：（6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成：式中，a为晶格常数。
试求：（2）能带底部和顶部电子的有效质量。
解：（1）由E(k)关系（1）（2）令得：当时，代入（2）得：对应E(k)的极小值。
当时，代入（2）得：对应E(k)的极大值。
根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。
故：能带宽度（3）能带底部和顶部电子的有效质量：习题与思考题：1 什么叫本征激发温度越高，本征激发的载流子越多，为什么试定性说明之。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。
求：（2）能带底和能带顶的有效质量。
6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念？用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性？9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此为什么10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。
半导体物理习题及答案
半导体物理习题及答案复习思考题与自测题1.原子中的电子与晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子与外层电子参与共有化运动有何不同。
答:原子中的电子就是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在,没有一个固定的轨道;而晶体中的电子就是在整个晶体内运动的共有化电子,在晶体周期性势场中运动。
当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,与孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们瞧成就是属于整个固体的一种新的运动状态。
组成晶体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似。
2、描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。
答:引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。
惯性质量描述的就是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量3、一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,就是否如此,为什么？答:不就是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就就是越窄;而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄 ,掺杂浓度低,禁带就比较宽。
4、有效质量对能带的宽度有什么影响,有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄、就是否如此,为什么？答:有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1(k)随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大,内层电子的能带窄,有效质量大;外层电子的能带宽,有效质量小。
5、简述有效质量与能带结构的关系;答:能带越窄,有效质量越大,能带越宽,有效质量越小。
半导体物理习题及答案
半导体物理习题及答案(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习思考题与自测题第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。
答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。
当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。
组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。
2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。
答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。
4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。
半导体物理课后习题答案(精)
半导体物理课后习题答案(精)第一章习题1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量EV(k)分别为：h2k2h2(k-k1)2h2k213h2k2Ec= +,EV(k)=-3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1=（1）禁带宽度;（2）导带底电子有效质量;（3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解：（1）导带：2 2k22(k-k1)由+=03m0m03k14d2Ec2 22 28 22=+=>03m0m03m0dk得：k=所以：在k=价带：dEV6 2k=-=0得k=0dkm0d2EV6 2又因为=-<0,所以k=0处，EV取极大值2m0dk2k123=0.64eV 因此：Eg=EC(k1)-EV(0)=412m02=2dECdk23m0 8πa,a=0.314nm。
试求： 3k处，Ec取极小值4 (2)m*nC=3k=k14 (3)m*nV 2=2dEVdk2=-k=01m06(4)准动量的定义：p= k所以：∆p=( k)3k=k14 3-( k)k=0= k1-0=7.95⨯10-25N/s42. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V/m的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
解：根据：f=qE=h(0-∆t1=-1.6⨯10∆k ∆k 得∆t= ∆t-qEπa)⨯10)=8.27⨯10-13s2-19=8.27⨯10-8s (0-∆t2=π-1.6⨯10-19⨯107第三章习题和答案100π 21. 计算能量在E=Ec到E=EC+ 之间单位体积中的量子态数。
*22mLn31*2V（2mng(E)=(E-EC)2解 232πdZ=g(E)dEdZ 单位体积内的量子态数Z0=V22100π 100h Ec+Ec+32mnl8mnl1*2（2mn1VZ0=g(E)dE=⎰(E-EC)2dE23⎰VEC2π EC 23100h*2 =V（2mn2(E-E)Ec+8m*L2 Cn32π2 3Ecπ =10003L32. 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式（3-6）。
半导体物理学完整答案
第一章习题1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为：E C （K ）=0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（1）禁带宽度;（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）eVm k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ηηηηηηηη因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===ηsN k k k p k p m dk Edmk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-==ηηηηη所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
解：根据：tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆ηsat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππηη补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-=η（， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π= （n=0，±1，±2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，222)mak E MAXη=（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX η=-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -==ηη （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==η能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2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。
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大，变小 ;B、变小，变大;C、变小，变小;D、变大，变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止t??后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
半导体物理学作业及参考答案1
为： ND 4.5 /1.2 1022 106 3.751016 /cm3
已知杂质全部电离，且明显有 ND ni ，可判断为饱和电离区，即：
n0
ND
3.751016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 3560 cm2/V s
3.75 10 5 10.8
6.02 1023
/
343.3
0.611016
/
cm3
已知杂质全部电离，且明显有 N A ni ，可判断为饱和电离区，即：
p0
NA
0.611016 /cm3 ， n0
ni2 p0
p0 ，即少子电子导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 p 580 cm2/V s ，
n0
ND
5.31016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 1470 cm2/V s
（实际上，即使题设中没有该假设，也可以做如下判断：
由于 Ni ND 5.31016 /cm3 1017 / cm3 ，因此可近似认为迁移率不随 杂质浓度变化）
2. 已知室温下本征锗的电阻率为 50 cm ，假设电子和空穴的迁移率分别为 n 3560 cm2/(V s) ， p 1556 cm2/(V s) ， 且 可 认 为 不 随 掺 杂 浓 度 而 变 化。计算： 1）本征载流子浓度 ni。 2）若掺入杂质锑，使每1.2106 个锗原子中含有一个杂质原子，假设杂质全 部电离，且迁移率不随杂质浓度变化，求该掺杂锗材料的电阻率。已知 锗的原子密度为 4.51022 / cm3 。
半导体物理作业题
半导体物理作业题————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:第一章习题1. 什么是电子的共有化运动答：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限于某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去,因而,电子可以在整个晶体中运动。
2. 金属导体与半导体，绝缘体与半导体，导电机理主要不同之处 答:金属导体与半导体：半导体中导带的电子和价带的空穴均参与导电； 绝缘体与半导体:绝缘体禁带宽度很大，通常温度下激发到导带去的电子很少，所以导电性很差;半导体禁带宽度较小，通常温度下激发到导带去的电子有不少,所以具有一定的导电能力。
3. 有效质量m*的引入意义答:有效质量概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用 4. 外层电子与内层电子相比哪个有效质量相对质量大，为什么答：内层电子有效质量大,因为公式 (自填)，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子能带窄。
1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k ）分别为:E ｃ＝0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π(1)禁带宽度;（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;(４）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:（1）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC=== sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2． 晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/ｍ，10７ V/m 的电场时,试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大，变小 ;B、变小，变大;C、变小，变小;D、变大，变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止t??后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案(总6页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大，变小 ;B、变小，变大;C、变小，变小;D、变大，变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止t?后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
南京理工大学-半导体物理作业及答案
半导体物理学作业南京理工大学第O章半导体中的晶体结构1、试述半导体的基本特性。
答：室温电阻率约在10-3~106Ωcm，介于金属和绝缘体之间。
良好的金属导体:10-6Ωcm；典型绝缘体: 1012Ωcm。
负的电阻温度系数，即电阻一般随温度上升而下降；金属的电阻随温度上升而上升。
具有较高的温差电动势率，而且温差电动势可为正或为负;金属的温差电动势率总是负的。
与适当金属接触或做成P-N结后，电流与电压呈非线性关系，具有整流效应。
具有光敏性，用适当的光照材料后电阻率会发生变化，产生光电导；半导体中存在电子和空穴(荷正电粒子)两种载流子。
杂质的存在对电阻率产生很大的影响。
2、假定可以把如果晶体用相同的硬球堆成，试分别求出简立方、体心立方、面心立方晶体和金刚石结构的晶胞中硬球所占体积与晶胞体积之比的最大值。
【解】简立方结构，每个晶胞中包含1个原子，原子半径为/2a，比值为334326aaππ⎛⎫⎪⎝⎭=体心立方结构，每个晶胞中包含2个原子，/4，比值为334238aπ⋅⎝⎭=面心立方结构，每个晶胞包含4个原子，/4，比值为334436aπ⋅⎝⎭=金刚石结构，每个晶胞包含8/8，比值为3348316aπ⋅⎝⎭=３、什么叫晶格缺陷？试求Si肖特基缺陷浓度与温度的关系曲线。
【解】在实际晶体中，由于各种原因会使结构的完整性被破坏，从而破坏晶格周期性，这种晶格不完整性称为晶格缺陷。
４、 Si 的原子密度为223510/cm -⨯，空位形成能约为2.8eV ，试求在1400O C 、900O C 和25O C 三个温度下的空位平衡浓度。
【解】()()112219231432222192310333221923exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.381016731.8710exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.381011734.7810exp(/)510exp 2.8 1.60210/1.3810B B B N N W k T cm N N W k T cm N N W k T --------=-=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⨯=-=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⨯=-=⨯⨯-⨯⨯⨯()2532982.44100cm --⨯=⨯≈ ５、 在离子晶体中，由于电中性的要求，肖特基缺陷总是成对产生，令Ns 代表正负离子空位的对数，Wv 是产生1对缺陷需要的能量，N 是原有的正负离子的对数，肖特基缺陷公式为/exp 2V s B W N N C k T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，求(1) 产生肖特基缺陷后离子晶体密度的改变(2) 在某温度下，用X 射线测定食盐的离子间距，再由此时测定的密度ρ计算的分子量为58.4300.016±而用化学法测定的分子量是58.454，求此时Ns/N 的数值。
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3．试用掺杂半导体的能带图解释说明右图中 N 型硅中载流子浓度随温度的变化过程。
并在图上标出低温弱电离区， 中间电离区，强电离区，过渡区，高温本征激发区。
第四章：半导体的导电性1．半导体中有哪几种主要的散射机构，它们跟温度的变化关系如何？并从散射的观点解释下图中硅电阻率随温度的变化曲线。
（1）电离杂质的散射 温度越高载流子热运动的平均速度越大，可以较快的掠过杂质离子不易被散射P 正比NiT （-3/2）（2）晶格振动的散射随温度升高散射概率增大 （3）其他散射机构 1.中性杂质散射 在温度很低时，未电离的杂志的书目比电离杂质的数目大的多，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂志散射都很微弱的情况下，才引起主要的散射作用2.位错散射 位错线上的不饱和键具有中心作用，俘获电子形成负电中心，其周围将有电离施主杂质的积累从而形成一个局部电场，称为载流子散射的附加电场3.等同能谷间散射 对于Ge 、Si 、导带结构是多能谷的。
导带能量极小值有几个不同的波矢值。
对于多能谷半导体，电子的散射将不只局限于一个能谷内，可以从一个能谷散射到另一个，称为谷间散射AB 段温度很低本征激发可忽略，载流子主要有杂志电离提供，随温度升高增加散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降BC 段 温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而下增大 C 段温度继续升高，本征激发很快增加，大量的本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度升高极具的下降，表现出同本征半导体相似的特征第六章：pn 结1证明：平衡状态下(即零偏)的pn 结 E F =常数u得则考虑到则因为dxx qV d dx dE dx dE dx dEq nq J dxdE dx dE q T k dx n d T k E E n n e n n dx n d q T k nq J qT k D dxdn qD nq J i i F n n iF i F i T k E E i n n nn n n n i F )]([)(1)()(ln ln ln )(ln ,00)/()(000-=∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-=⇒-+==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==+=-E E E μμμμdxdEp J dx dE n J F p p F nn μμ==,平衡时Jn ，Jp ＝0，所以EF 为常数2.推导计算pn 结接触电势差的表达式。
假设：P 区：Ec=Ecp Ev=Evp no=npo po=ppoN 区：Ec=Ecn Ev=Evn no=nno po=pnoKTE E c poF cp eN n --=KTqV KTE E c KTE qV E c D Fcn FD cn eeN e N ----+-⋅==同质pn 结KTE E c noF cn eN n --= KTqV n p D en n -=∴00 0ln p n D n n q KT V =平衡时200i p p n p n =⋅ 20ln i n p D n n p q KT V ⋅=∴ppo =NA , nno =ND2ln i DA D n N N q KT V ⋅=∴ 3.画出pn 结零偏，正偏，反偏下的能带图4. 画出pn 结零偏，正偏，反偏下的载流子分布图5. 理想pn 结的几个假设条件是什么，推导理想pn 结的电流电压方程，并画图示出。
小注入条件 注入的少子浓度比平衡多子浓度小得多突变耗尽层条件 注入的少子在p 区和n 区是纯扩散运动通过耗尽层的电子和空穴电流为常量 不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用玻耳兹曼边界条件 在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分pp ’处注入的非平衡少数载流子浓度：)ex p(0T k E E n n i Fn i p -= )exp(0T k E E n P Fp i i p -= )ex p(02T k E E n p n FP Fni p p -= 在PP ’边界处， x=-xp, qV=Efn-Efp, )ex p()()(02Tk qVn x p x n i p p p p =-- 2000,)(i p p p p p n n p p x p ==-由于)exp()exp()()(00202Tk qVp n T k qV x p n x n p i p p i p p =-=- )ex p(00T k qV n p = )e xp (00Tk qV qV n D n -=)e xp ()(000T k qVn n x n D n p p -==-pp ’边界注入的非平衡少数载流子浓度为0)()(p p p p p n x n x n --=-∆]1)[ex p(00-=Tk qVn p 非平衡少数载流子浓度是电压的函数。
同理，nn ’边界注入的非平衡少数载流子浓度为)ex p()ex p()(0000Tk qV qV p T k qV p x p Dp n n n -==]1)[ex p()()(000-=-=∆Tk qVp p x p x p p n n n n n 非平衡少数载流子浓度是电压的函数。
稳态时，非平衡少数载流子的连续性方程0022=---∆-∆pn n x n n n x p p p p dx E d p dx p d E dx pd D τμμ方程的通解为：)ex p()ex p()()(0pp n n n L xB L x A p x p x p -+-=-=∆外加正向偏压下，非平衡少数载流子在两边扩散区的分布)exp(]1)[exp()(000np p p p L x x T k qV n n x n +-=-小注入时，耗尽层外的扩散区不存在电场，在X=Xn 处，空穴扩散电流密度为]1[exp()()(00-=-==Tk qVL p qD dxx dp qD x J pn p x x np n p n同理 px x p pp n dxx dn qD x J -==-)()(]1[exp(00-=Tk qVL n qD np n)exp(]1)[exp()(000np p p p L x x T k qVn n x n +-=-]1[ex p(0-=Tk qVJ J s sJ J -=故)(pn p np p L p qD L n qD +-=6.由图所示，试说明影响pn 结电流电压特性偏离理想方程的各种因素。
表面效应 势垒区中的产生及复合 大注入条件 串联电阻效应势垒区的电流产生热平衡时通过复合中心产生的电子空穴对来不及复合就被电场驱走了，即产生率大于了复合率，出现势垒驱的产生电流。
所以反向电压电流不是饱和的。
势垒区的复合电流正向电压下n 区注入p 的电子和p 区注入n 区的空穴在势垒区一部分复合，构成势垒区复合电流大注入情况是指正向电压较大时，注入的非平衡少子少子浓度接近或超过该区的多子浓度的情况。
7. 计算理想突变pn 结耗尽层内的内建电场、电势分布函数，并画图示出。
势垒区电荷密度分布：ρ(X)=-qNA -xp<x<0; ρ(X)=-qND,0<x<xn,势垒区：XD=xp+xp 整个半导体满足电中性条件： qNA xp= qND xp=Q NA xp= ND xp确定C1=C2=qNAxp/εε0=qNDxn/ εε0势垒区的电场为：再次积分，得到到势垒区中各点的电势为：考虑边界条件：V(-xp)=0 V(xn)=VD8.说明pn 结势垒电容，扩散电容的来源并计算推导理想pn 结势垒电容、扩散电容的表达式。
当pn 结加正向偏压时，势垒区的电场随正向偏压的增加而减弱，势垒区宽度变窄，电荷量减少，pn 结上外加电压的变化，引起电子和空穴势垒区的存入和取出作用导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化和一个电容充放电过程相似。
势垒区：XD=xp+xp 整个半导体满足电中性条件： qNA xp= qND xp=Q NA xp= ND xp 无外加电压时单位面积的电荷量DA DD A N N qX N N Q +=有外加电压时DA D D A r N N V V N N Q +-=)(20εε对p+n或n+p, 电容简化为扩散电容正向偏压时有空穴从p区注入n区于是在势垒区与n区边界n区一侧一个扩三长度，形成了非平衡空穴和电子的积累，由于扩散区电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应称为pn结扩散电容9.pn结的击穿有哪几种机制,试分别说明之1.雪崩击穿在反向偏压下，流过pn结的反向电流，主要是由p区扩散到势垒区的电子电流和由n区扩散到势垒区的空穴组成由于载流子的倍增效应使势垒区大单位时间产生大量载流子，迅速增大了反向电流，从而使pn结击穿2.齐纳击穿在墙电厂作用下。
由于隧道效应，使大量电子从夹带穿过禁带进入到导带所引起的一种击穿现象3.热电击穿当pn结加反向电压，流过pn结的反向电流引起热损耗，反向典雅逐渐增大对应一定的反向电流所引起的损耗功率也增大，产生大量热能。
最终由于热不稳定性引起的击穿，称为热击穿。
名词解释直接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间相同点的半导体通常被称为直接带隙半导体。
电子要跃迁的导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。
例子有GaAs，InP,InSb。
间接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间不同点的半导体通常被称为间接带隙半导体。
形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。
例子有Ge，Si。
本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
简并半导体：费米能级进入能带内部时，必须用费米分布函数来分析导带中的电子或价带中的空穴的统计分布问题，称为载流子的简并化，发生载流子简并化的半导体称为简并半导体。
此类半导体导带电子或价带空穴数量多，其分布只能用费米函数描述，其特征是费米能级接近导带底或价带顶，甚至进入导带或价带之中。
费米能级：表示系统处于热平衡状态时，在不对外做功的情况下，增加一个电子所引起系统能量的变化。
它标志了电子填充能级水平，与温度，材料的导电类型以及掺杂浓度等因素有关。
准费米能级：当半导体的平衡遭到破坏时，而存在非平衡载流子，从而引入导带费米能级和价带费米能级。
它们都是局部的费密能级，称为准费米能级。
声子：声子就是“晶格振动的简正模能量量子”。
激子：在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。
空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。