大学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料汇总

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半导体物理与器件课后练习题含答案

半导体物理与器件课后练习题含答案1. 简答题1.1 什么是p型半导体？答案： p型半导体是指通过加入掺杂物（如硼、铝等）使得原本的n型半导体中含有空穴，从而形成的半导体材料。

具有p型性质的半导体材料被称为p型半导体。

1.2 什么是n型半导体？答案： n型半导体是指通过加入掺杂物（如磷、锑等）使得原本的p型半导体中含有更多的自由电子，从而形成的半导体材料。

具有n型性质的半导体材料被称为n型半导体。

1.3 什么是pn结？答案： pn结是指将p型半导体和n型半导体直接接触形成的结构。

在pn结的界面处，p型半导体中的空穴和n型半导体中的自由电子会相互扩散，形成空间电荷区，从而形成一定的电场。

当外加正向电压时，电子和空穴在空间电荷区中相遇，从而发生复合并产生少量电流；而当外加反向电压时，电场反向，空间电荷区扩大，从而形成一个高电阻的结，电流几乎无法通过。

2. 计算题2.1 若硅片的掺杂浓度为1e16/cm³，电子迁移率为1350 cm²/Vs，电离能为1.12 eV，则硅片的载流子浓度为多少？解题过程：根据硅片的掺杂浓度为1e16/cm³，可以判断硅片的类型为n型半导体。

因此易知载流子为自由电子。

根据电离能为1.12 eV，可以推算出自由电子的有效密度为：n = N * exp(-Eg / (2kT)) = 6.23e9/cm³其中，N为硅的密度，k为玻尔兹曼常数（1.38e-23 J/K），T为温度（假定为室温300K），Eg为硅的带隙（1.12 eV）。

因此，载流子浓度为1e16 + 6.23e9 ≈ 1e16 /cm³。

2.2 假设有一n+/p结的二极管，其中n+区的掺杂浓度为1e19/cm³，p区的掺杂浓度为1e16/cm³，假设该二极管在正向电压下的漏电流为1nA，求该二极管的有效面积。

解题过程：由于该二极管的正向电压下漏电流为1nA，因此可以利用肖特基方程计算出它的开启电压：I = I0 * (exp(qV / (nkT)) - 1)其中，I0为饱和漏电流（假定为0），q为电子电荷量，V为电压，n为调制系数（一般为1），k为玻尔兹曼常数，T为温度。

半导体习题及答案

半导体物理学作业第O章半导体中的晶体结构1、试述半导体的基本特性。

答：① 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。

② 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。

③ 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。

④ 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。

⑤ 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；⑥ 半导体中存在电子和空穴(荷正电粒子)两种载流子。

⑦ 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，原子半径为/4，比值为3342348aπ⎛⋅⎝⎭=面心立方结构，每个晶胞包含4个原子，原子半径为/4，比值为3344346aπ⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭=金刚石结构，每个晶胞包含8/8，比值为33483816aπ⋅⎝⎭=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 cmN N W k T cmN 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。

(完整版)半导体及其应用练习题及答案

(完整版)半导体及其应用练习题及答案题目一1. 半导体是什么？答案：半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，在温度适当时具有导电性能。

2. 半导体的价带和导带分别是什么？答案：半导体中的价带是电子离子化合物的最高能级，而导带是能够被自由电子占据的能级。

3. 简要解释半导体中的P型和N型材料。

答案：P型半导体是通过向半导体中掺杂三价元素，如硼，来创建的，在P型材料中电子少，因此存在空穴。

N型半导体是通过向半导体中掺杂五价元素，如磷，来创建的，在N型材料中电子多，因此存在自由电子。

题目二1. 解释PN结是什么？答案：PN结是由一个P型半导体和一个N型半导体通过熔合而形成的结构，其中P型半导体中的空穴与N型半导体中的自由电子结合，形成一个边界处的耗尽区域。

2. 简要描述PN结的整流作用是什么？答案：PN结的整流作用是指在正向偏置电压下，电流可以流过PN结，而在反向偏置电压下，电流几乎不会流过PN结。

3. 什么是PN结的击穿电压？答案：PN结的击穿电压是指当反向偏置电压达到一定程度时，PN结中会发生电击穿现象，导致电流迅速增加。

题目三1. 解释场效应晶体管（MOSFET）是什么？答案：场效应晶体管是一种半导体器件，可以用于控制电流的流动，其结构包括源极、漏极和栅极。

2. 简要描述MOSFET的工作原理。

答案：MOSFET的工作原理是通过栅极电场的变化来控制其上的沟道区域导电性，从而控制漏极和源极之间的电流的流动。

3. MOSFET有哪些主要优点？答案：MOSFET的主要优点包括体积小、功耗低、响应速度快和可靠性高等。

半导体课后习题答案1-8

0 t 1/ 2a 0
6.625 × 10 −34 h 1 h = = (h / F )dk = F 2a 2aqE 2 × 0.25 × 10 −9 × 1.6 × 10 −19 × 10 7
=8.28 × 10-13s
第二章 2．以 As 掺入 Ge 中为例，说明什么是施主杂质，施主杂质电离过程和 n 型半导体。答：在 Ge 中掺入 As 时，某个 As 原子占据了 Ge 原子的位置。As 原子有五个价电子，其中四个与周围四个 Ge 原子形成共价键，还剩一个价电子。同时 As 原子所在处也多余一个正电荷。所以 As 原子代替 Ge 原子以后，其效果是形成一个正电中心和一个多余的价电子。但是这个正点中心对多余的价电子的束缚很弱，只需要很小的能量就可以成为导电电子在晶格中自由运动。这个价电子挣脱束缚的过程叫作施主杂质电离过程，As 在这个过程中释放一个价电子，被称为施主杂质。该半导体在加上电场时主要依靠施主释放的电子导电，被称为 n 型半导体。 4．以 Si 在 GeAs 中的行为为例，说明Ⅳ族杂质在Ⅲ-Ⅴ族化合物中可能出现的双性行为。答：Si 原子比 Ge 多一个价电子，比 As 少一个价电子。实验表明，当 Si 掺入 GeAs 中时，Si 原子既能取代 Ge 原子表现为施主杂质，又能取代 As 原子表现为受主杂质。Si 的这种性质称为双性行为。 7 ．锑化铟的禁带宽度 Eg=0.18eV ，相对介电常数 εr=17 ，电子有效质量 mn*=0.015m0，m0 为电子的惯性质量，求(1)施主杂质电离能；(2)施主的弱束缚电子基态轨道半径。解：(1)施主杂质电离能
椭球的体积为 V=4 π abc/3=
3．当 E-EF 为 1.5k0T，4 k0T ，10 k0T 时，分别用费米分布函数和波耳兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。

半导体物理复习试题及答案复习资料

半导体物理复习试题及答案复习资料一、引言半导体物理是现代电子学中至关重要的一门学科，其涉及电子行为、半导体器件工作原理等内容。

为了帮助大家更好地复习半导体物理，本文整理了一些常见的复习试题及答案，以供大家参考和学习。

二、基础知识题1. 请简述半导体材料相对于导体和绝缘体的特点。

答案：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性。

与导体相比，半导体的电导率较低，并且在无外界作用下几乎不带电荷。

与绝缘体相比，半导体的电导率较高，但不会随温度显著增加。

2. 什么是本征半导体？请举例说明。

答案：本征半导体是指不掺杂任何杂质的半导体材料。

例如，纯净的硅（Si）和锗（Ge）就是本征半导体。

3. 简述P型半导体和N型半导体的形成原理。

答案：P型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量三价元素，如硼（B），使其成为施主原子。

施主原子进入晶格后，会失去一个电子，并在晶格中留下一个空位。

这样就使得电子在晶格中存在的空位，形成了称为“空穴”的正电荷载流子，因此形成了P型半导体。

N型半导体形成的原理是在纯净的半导体材料中掺入少量五价元素，如磷（P）或砷（As），使其成为受主原子。

受主原子进入晶格后，会多出一个电子，并在晶格中留下一个可移动的带负电荷的离子。

这样就使得半导体中存在了大量的自由电子，形成了N型半导体。

4. 简述PN结的形成原理及特性。

答案：PN结是由P型半导体和N型半导体的结合所形成。

P型半导体和N型半导体在接触处发生扩散，形成电子从N区流向P区的过程。

PN结具有单向导电性，即在正向偏置时，电流可以顺利通过；而在反向偏置时，电流几乎无法通过。

三、摩尔斯电子学题1. 使用摩尔斯电子学符号，画出“半导体”的符号。

答案：半导体的摩尔斯电子学符号为“--..-.-.-...-.”2. 根据摩尔斯电子学符号“--.-.--.-.-.-.--.--”，翻译为英文是什么？答案：根据翻译表，该符号翻译为“TRANSISTOR”。

半导体器件物理复习题答案

半导体器件物理复习题答案一、选择题1. 半导体材料中，导电性介于导体和绝缘体之间的是：A. 导体B. 绝缘体C. 半导体D. 超导体答案：C2. PN结形成后，其空间电荷区的电场方向是：A. 由N区指向P区B. 由P区指向N区C. 垂直于PN结界面D. 与PN结界面平行答案：B3. 在室温下，硅的本征载流子浓度大约是：A. \(10^{10}\) cm\(^{-3}\)B. \(10^{12}\) cm\(^{-3}\)C. \(10^{14}\) cm\(^{-3}\)D. \(10^{16}\) cm\(^{-3}\)答案：D二、简答题1. 解释什么是PN结，并简述其工作原理。

答案：PN结是由P型半导体和N型半导体接触形成的结构。

P型半导体中空穴是多数载流子，N型半导体中电子是多数载流子。

当P型和N型半导体接触时，由于扩散作用，空穴和电子会向对方区域扩散，形成空间电荷区。

在空间电荷区，由于电荷的分离，产生一个内建电场，这个电场的方向是从N区指向P区。

这个内建电场会阻止进一步的扩散，最终达到动态平衡，形成PN结。

2. 描述半导体中的扩散和漂移两种载流子运动方式。

答案：扩散是指由于浓度梯度引起的载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动。

漂移则是指在外加电场作用下，载流子受到电场力的作用而产生的定向运动。

扩散和漂移共同决定了半导体中的电流流动。

三、计算题1. 假设一个PN结的内建电势差为0.7V，求其空间电荷区的宽度。

答案：设PN结的空间电荷区宽度为W，内建电势差为Vbi，则有：\[ V_{bi} = \frac{qN_{A}N_{D}}{2\varepsilon}W \] 其中，q是电子电荷量，\( N_{A} \)和\( N_{D} \)分别是P型和N型半导体中的掺杂浓度，\( \varepsilon \)是半导体的介电常数。

通过这个公式可以计算出空间电荷区的宽度W。

四、论述题1. 论述半导体器件中的载流子注入效应及其对器件性能的影响。

半导体物理习题答案

半导体物理习题答案半导体物理是固体物理的一个重要分支，它研究的是半导体材料的物理性质及其在电子器件中的应用。

以下是一些常见的半导体物理习题及其答案。

习题一：半导体的能带结构问题：简述半导体的能带结构，并解释价带、导带和禁带的概念。

答案：半导体的能带结构由价带和导带组成，两者之间存在一个能量间隔，称为禁带。

价带是半导体中电子能量最低的能带，当电子处于价带时，它们是被束缚在原子周围的。

导带是电子能量最高的能带，电子在导带中可以自由移动。

禁带是价带顶部和导带底部之间的能量区间，在这个区间内不存在允许电子存在的能级。

半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，主要因为其禁带宽度较小，电子容易从价带激发到导带。

习题二：PN结的形成与特性问题：解释PN结的形成过程，并描述其正向和反向偏置特性。

答案：PN结是由P型半导体和N型半导体接触形成的结构。

P型半导体中存在空穴，而N型半导体中存在自由电子。

当P型和N型半导体接触时，由于扩散作用，P型中的空穴会向N型扩散，而N型中的电子会向P型扩散。

这种扩散导致在接触区域形成一个耗尽层，其中电子和空穴复合，留下固定电荷，形成内建电场。

正向偏置时，外加电压使内建电场减弱，允许更多的电子和空穴通过PN结，从而增加电流。

反向偏置时，外加电压增强了内建电场，阻碍了电子和空穴的流动，导致电流非常小。

习题三：霍尔效应问题：描述霍尔效应的基本原理，并解释霍尔电压的产生。

答案：霍尔效应是指在垂直于电流方向的磁场作用下，载流子受到洛伦兹力的作用，导致电荷在样品一侧积累，从而在垂直于电流和磁场方向上产生一个横向电压差，即霍尔电压。

霍尔效应的发现为研究材料的载流子类型和浓度提供了一种有效的方法。

霍尔电压的大小与电流、磁场强度以及材料的载流子浓度有关。

习题四：半导体的掺杂问题：解释半导体掺杂的目的和方法，并举例说明。

答案：半导体掺杂的目的是为了改变半导体的导电性能。

通过在纯净的半导体中掺入微量的杂质原子，可以增加或减少半导体中的载流子数量。

半导体物理与器件第四版课后习题标准答案4

Chapter 44.1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kTE N N n gc i exp 2υ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=kT E T N N g O cO exp 3003υ where cO N and O N υ are the values at 300 K.4.2Plot_______________________________________ 4.3(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=kT E N N n g c i exp 2υ()()()319192113001004.1108.2105⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=⨯T()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯0259.012.1exp T()3382330010912.2105.2⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⨯T()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯T 0259.030012.1expBy trial and error, 5.367≅T K (b)()252122105.2105⨯=⨯=i n()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫⎝⎛⨯=T T 0259.030012.1exp 30010912.2338By trial and error, 5.417≅T K_______________________________________ 4.4At 200=T K, ()⎪⎭⎫⎝⎛=3002000259.0kT017267.0=eVAt 400=T K, ()⎪⎭⎫⎝⎛=3004000259.0kT034533.0=eV()()()()17222102210025.31040.11070.7200400⨯=⨯⨯=ii nn⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=017267.0exp 034533.0exp 30020030040033g g E E⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=034533.0017267.0exp 8g g E E()[]9578.289139.57exp 810025.317-=⨯g Eor()1714.38810025.3ln 9561.2817=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=g E or 318.1=g E eV Now()32103004001070.7⎪⎭⎫⎝⎛=⨯o co N N υ⎪⎭⎫⎝⎛-⨯034533.0318.1exp()()172110658.2370.210929.5-⨯=⨯o co N N υso 371041.9⨯=o co N N υcm 6- _______________________________________ 4.5 ()()⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kT kT kT A n B n i i 20.0exp 90.0exp 10.1exp For 200=T K, 017267.0=kT eV For 300=T K, 0259.0=kT eVFor 400=T K, 034533.0=kT eV (a) For 200=T K,()()610325.9017267.020.0exp -⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A n B n i i(b) For 300=T K,()()41043.40259.020.0exp -⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A n B n i i (c) For 400=T K, ()()31005.3034533.020.0exp -⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A n B n i i_______________________________________ 4.6(a) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---∝kT E E E E f g F c F c exp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---∝kT E E E E c c exp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯kT E E F c exp Let x E E c =-Then ⎪⎭⎫⎝⎛-∝kT x x f g F c exp To find the maximum value: ()⎪⎭⎫⎝⎛-∝-kT x x dx f g d F c exp 212/10exp 12/1=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅-kT x x kTwhich yields 2212/12/1kT x kT x x =⇒= The maximum value occurs at2kTE E c += (b) ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---∝-kT E E E E f g F F exp 1υυ ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---∝kT E E E E υυexp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯kT E E F υexp Let x E E =-υ Then ()⎪⎭⎫ ⎝⎛-∝-kT x x f g F exp 1υ To find the maximum value ()[]0exp 1=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-∝-kT x x dx d dx f g d F υ Same as part (a). Maximum occurs at 2kTx =or 2kT E E -=υ _______________________________________ 4.7 ()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=kT E E E E kT E E E E E n E n c c c c 221121exp exp where kT E E c 41+= and 22kT E E c += Then()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E kT kTE n E n 2121exp 24()5.3exp 22214exp 22-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=or()()0854.021=E n E n_______________________________________ 4.8Plot_______________________________________ 4.9Plot_______________________________________ 4.10⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-**ln 43n pmidgap Fi m m kT E ESilicon: o p m m 56.0*=, o n m m 08.1*=0128.0-=-midgap Fi E E eVGermanium: o p m m 37.0*=,o n m m 55.0*=0077.0-=-midgap Fi E E eV Gallium Arsenide: o p m m 48.0*=, o n m m 067.0*=0382.0+=-midgap Fi E E eV_______________________________________ 4.11 ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-c midgap Fi N N kT E E υln 21 ()()kT kT 4952.0108.21004.1ln 211919-=⎪⎪⎫ ⎛⨯⨯= 4.12 (a) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-**ln 43n pmidgap Fi m m kT E E ()⎪⎭⎫⎝⎛=21.170.0ln 0259.043 63.10-⇒meV(b) ()⎪⎭⎫⎝⎛=-080.075.0ln 0259.043midgap Fi E E47.43+⇒meV_______________________________________ 4.13Let ()==K E g c constant Then()()dE E fE g n FE co c⎰∞=dE kT E E Kc E F⎰∞⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=exp 11()dE kT E E K cE F ⎰∞⎥⎦⎤⎢⎣⎡--≅exp Let kTE E c-=η so that ηd kT dE ⋅= We can write ()()c F c F E E E E E E -+-=- so that()()()η-⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--exp exp exp kT E E kT E E F c F The integral can then be written as ()()ηηd kT E E kT K n F c o ⎰∞-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅⋅=0exp exp which becomes ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅⋅=kT E E kT K n F c o exp _______________________________________ 4.14 Let ()()c c E E C E g -=1 for c E E ≥Then()()dE E f E g n F E c o c⎰∞=()dE kT E E E E C c E F c ⎰∞⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=exp 11()()dE kT E E E E C F E C c⎥⎦⎤⎢⎣⎡---≅⎰∞exp 1LetkTE E c-=η so that ηd kT dE ⋅= We can write()()F c c F E E E E E E -+-=- Then()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E C n F c o exp 1()()dE kT E E E E c E c c⎥⎦⎤⎢⎣⎡---⨯⎰∞exp or()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E C n F c o exp 1 ()()()[]()ηηηd kT kT -⨯⎰∞exp 0We find that()()()11exp exp 0+=---=-∞∞⎰ηηηηηdSo()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E kT C n F c o exp 21 _______________________________________ 4.15We have ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∈*1m m a r o r o For germanium, 16=∈r , o m m 55.0*= Then()()()53.02955.01161=⎪⎭⎫⎝⎛=o a roroA r 4.151=The ionization energy can be written as ()6.132*⎪⎪⎭⎫⎝⎛∈∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=s o o m m E eV ()()029.06.131655.02=⇒=E eV _______________________________________ 4.16We have⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∈*1m m a r o r o For gallium arsenide, 1.13=∈r ,o m m 067.0*= Then()()oA r 10453.0067.011.131=⎪⎭⎫⎝⎛= The ionization energy is ()()()6.131.13067.06.1322*=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∈∈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=s o o m m E or0053.0=E eV_______________________________________ 4.17(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o c F c n N kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=1519107108.2ln 0259.02148.0=eV (b) ()F c g F E E E E E --=-υ90518.02148.012.1=-=eV(c) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N p F o υυexp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.090518.0exp 1004.11931090.6⨯=cm 3- (d) Holes(e) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o Fi F n n kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=1015105.1107ln 0259.0338.0=eV_______________________________________ 4.18(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o F p N kT E E υυln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=16191021004.1ln 0259.0162.0=eV(b) ()υE E E E E F g F c --=- 958.0162.012.1=-=eV(c) ()⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=0259.0958.0exp 108.219o n31041.2⨯=cm 3-(d) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=1016105.1102ln 0259.0365.0=eV_______________________________________ 4.19(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o c F c n N kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=519102108.2ln 0259.08436.0=eV ()F c g F E E E E E --=-υ 8436.012.1-= 2764.0=-υE E F eV (b) ()⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=0259.027637.0exp 1004.119o p 1410414.2⨯=cm 3- (c) p-type_______________________________________ 4.20(a) ()032375.03003750259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=032375.028.0exp 300375107.42/317o n 141015.1⨯=cm 3-()28.042.1-=--=-F c g F E E E E E υ 14.1=eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫⎝⎛⨯=032375.014.1exp 3003751072/318o p 31099.4⨯=cm 3-(b) ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=-14171015.1107.4ln 0259.0F c E E2154.0=eV()2154.042.1-=--=-F c g F E E E E E υ 2046.1=eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.02046.1exp 10718o p 21042.4-⨯=cm 3-_______________________________________ 4.21(a) ()032375.03003750259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=032375.028.0exp 300375108.22/319o n 151086.6⨯= cm 3-()28.012.1-=--=-F c g F E E E E E υ 840.0=eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫⎝⎛⨯=032375.0840.0exp 3003751004.12/319o p 71084.7⨯=cm 3-(b) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o c F c n N kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=151910862.6108.2ln 0259.02153.0=eV9047.02153.012.1=-=-υE E F eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.0904668.0exp 1004.119o p31004.7⨯=cm 3-_______________________________________ 4.22(a) p-type(b) 28.0412.14===-g F E E E υeV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N p F o υυexp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.028.0exp 1004.119141010.2⨯=cm 3- ()υE E E E E F g F c --=- 84.028.012.1=-=eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N n F c c o exp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.084.0exp 108.21951030.2⨯=cm 3-_______________________________________ 4.23(a) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E E n n Fi Fi o exp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯=0259.022.0exp 105.110 131033.7⨯=cm 3-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E E n p F Fii o exp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.022.0exp 105.11061007.3⨯=cm 3-(b) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E E n n Fi Fi o exp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯=0259.022.0exp 108.16 91080.8⨯=cm 3-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E E n p F Fii o exp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.022.0exp 108.1621068.3⨯=cm 3-_______________________________________ 4.24(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o F p N kT E E υυln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=151********.1ln 0259.01979.0=eV (b) ()υE E E E E F g F c --=- 92212.019788.012.1=-=eV(c) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.092212.0exp 108.219o n 31066.9⨯=cm 3-(d) Holes(e) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=1015105.1105ln 0259.03294.0=eV _______________________________________ 4.25()034533.03004000259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV()2/3193004001004.1⎪⎭⎫⎝⎛⨯=υN1910601.1⨯=cm 3-()2/319300400108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯=c N19103109.4⨯=cm 3-()()1919210601.1103109.4⨯⨯=i n⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯034533.012.1exp 24106702.5⨯= 1210381.2⨯=⇒i n cm 3- (a) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-oF pN kT E E υυln ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=151910510601.1ln 034533.02787.0=eV(b) 84127.027873.012.1=-=-F c E E eV(c) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=034533.084127.0exp 103109.419o n 910134.1⨯=cm 3- (d) Holes(e) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=121510381.2105ln 034533.02642.0=eV _______________________________________ 4.26(a) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.025.0exp 10718o p 141050.4⨯=cm 3-17.125.042.1=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.017.1exp 107.417o n 21013.1-⨯=cm 3- (b) 034533.0=kT eV ()2/318300400107⎪⎭⎫⎝⎛⨯=υN1910078.1⨯=cm 3- ()2/317300400107.4⎪⎭⎫⎝⎛⨯=c N1710236.7⨯=cm 3-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o F p N kT E E υυln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=14191050.410078.1ln 034533.03482.0=eV072.13482.042.1=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=034533.007177.1exp 10236.717o n 41040.2⨯=cm 3-_____________________________________ 4.27(a) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.025.0exp 1004.119o p141068.6⨯=cm 3-870.025.012.1=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.0870.0exp 108.219o n 41023.7⨯=o n cm 3- (b) 034533.0=kT eV ()2/3193004001004.1⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=υN1910601.1⨯=cm 3- ()2/319300400108.2⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=c N1910311.4⨯=cm 3-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o F p N kT E E υυln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=14191068.610601.1ln 034533.03482.0=eV7718.03482.012.1=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=034533.077175.0exp 10311.419o n 91049.8⨯=cm 3-_______________________________________ 4.28(a) ()F c o F N n ηπ2/12=For 2kT E E c F +=,5.02==-=kTkT kT E E c F F η Then ()0.12/1≅F F η()()0.1108.2219⨯=πo n191016.3⨯=cm 3-(b) ()F c o F N n ηπ2/12=()()0.1107.4217⨯=π171030.5⨯=cm 3-_______________________________________ 4.29()Fo F N p ηπυ'=2/12()()FF ηπ'⨯=⨯2/119191004.12105So ()26.42/1='FF η We find kTE E FF-=≅'υη0.3()()0777.00259.00.3==-F E E υeV_______________________________________ 4.30(a) 44==-=kTkTkT E E c F F ηThen ()0.62/1≅F F η()F c o F N n ηπ2/12=()()0.6108.2219⨯=π201090.1⨯=cm 3-(b) ()()0.6107.4217⨯=πo n181018.3⨯=cm 3-_______________________________________ 4.31For the electron concentration ()()()E f E g E n F c =The Boltzmann approximation applies, so ()()c nE E h m E n -=32/3*24π()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯kT E E F exp or()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E h m E n F c nexp 2432/3*π()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---⨯kT E E kT E E kTc c exp DefinekTE E x c-=Then ()()()x x K x n E n -=→exp To find maximum ()()x n E n →, set()()x x K dx x dn -⎢⎣⎡==-exp 2102/1 +()()⎥⎦⎤--x x exp 12/1or()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-x x Kx 21exp 02/1which yieldskT E E kT E E x c c 2121+=⇒-==For the hole concentration ()()()[]E f E g E p F -=1υUsing the Boltzmann approximation ()()E E h m E p p-=υπ32/3*24()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯kT E E F exp or()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E h m E p F pυπexp 2432/3*()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---⨯kT E E kT E E kTυυexp DefinekTEE x -='υThen()()x x K x p '-''='exp To find maximum value of ()()x p E p '→, set()0=''x d x dp Using the results from above,we find the maximum atkT E E 21-=υ_______________________________________ 4.32(a) Silicon: We have()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N n F c c o exp We can write()()F d d c F c E E E E E E -+-=- For045.0=-d c E E eV and kT E E F d 3=-eV we can write()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯=30259.0045.0exp 108.219o n ()()737.4exp 108.219-⨯=or171045.2⨯=o n cm 3- We also have()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N p F o υυexp Again, we can write()()υυE E E E E E a a F F -+-=- ForkT E E a F 3=- and 045.0=-υE E a eV Then()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯=0259.0045.03exp 1004.119o p()()737.4exp 1004.119-⨯=or161012.9⨯=o p cm 3-(b) GaAs: assume 0058.0=-d c E E eV Then()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯=30259.00058.0exp 107.417o n()()224.3exp 107.417-⨯= or161087.1⨯=o n cm 3-Assume 0345.0=-υE E a eV Then()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯=30259.00345.0exp 10718o p()()332.4exp 10718-⨯=or161020.9⨯=o p cm 3-_______________________________________ 4.33Plot_______________________________________ 4.34(a) 151510310154⨯=-⨯=o p cm 3- ()415210105.7103105.1⨯=⨯⨯=on cm 3-(b) 16103⨯==d o N n cm 3- ()316210105.7103105.1⨯=⨯⨯=o p cm 3-(c) 10105.1⨯===i o o n p n cm 3-(d) ()()3191923003751004.1108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=i n()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯3750259.030012.1exp1110334.7⨯=⇒i n cm 3- 15104⨯==a o N p cm 3-()8152111034.110410334.7⨯=⨯⨯=o n cm 3-(e) ()()3191923004501004.1108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯4500259.030012.1exp1310722.1⨯=⇒i n cm 3-()2132141410722.1210210⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=o n1410029.1⨯=cm 3-()12142131088.210029.110722.1⨯=⨯⨯=op cm 3-_______________________________________ 4.35(a) 151510104-⨯=-=d a o N N p 15103⨯=cm 3-()3152621008.1103108.1-⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3-(b) 16103⨯==d o N n cm 3- ()416261008.1103108.1-⨯=⨯⨯=op cm 3-(c) 6108.1⨯===i o o n p n cm 3-(d) ()()318172300375100.7107.4⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯3750259.030042.1exp810580.7⨯=⇒i n cm 3- 15104⨯==a o N p cm 3-()215281044.110410580.7⨯=⨯⨯=on cm 3-(e) ()()318172300450100.7107.4⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯4500259.030042.1exp1010853.3⨯=⇒i n cm 3- 1410==d o N n cm 3-()7142101048.11010853.3⨯=⨯=o p cm 3-_______________________________________ 4.36(a) Ge: 13104.2⨯=i n cm 3-(i)2222i d d o n N N n +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=()21321515104.221022102⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯=or15102⨯=≅d o N n cm 3-()152132102104.2⨯⨯==o i o n n p111088.2⨯= cm 3-(ii)151610710⨯-=-≅d a o N N p 15103⨯=cm 3- ()152132103104.2⨯⨯==o i o p n n111092.1⨯=cm 3- (b) GaAs: 6108.1⨯=i n cm 3- (i)15102⨯=≅d o N n cm()315261062.1102108.1-⨯=⨯⨯=op cm 3-(ii)15103⨯=-≅d a o N N p cm 3-()315261008.1103108.1-⨯=⨯⨯=on cm 3-(c) The result implies that there is only one minority carrier in a volume of 310cm 3. _______________________________________ 4.37(a) For the donor level⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E E N n F d d d exp 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛+=0259.020.0exp 2111or41085.8-⨯=dd N n(b) We have()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kTE E E f FF exp 11Now()()F c c F E E E E E E -+-=- or245.0+=-kT E E F Then()⎪⎭⎫⎝⎛++=0259.0245.01exp 11E f For()51087.2-⨯=E f F_______________________________________ 4.38(a) ⇒>d a N N p-type (b) Silicon:1313101105.2⨯-⨯=-=d a o N N p or13105.1⨯=o p cm 3- Then()7132102105.1105.1105.1⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3- Germanium:2222i da d a o n N N N N p +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=()21321313104.22105.12105.1⨯+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=or131026.3⨯=o p cm 3- Then()131321321076.110264.3104.2⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3-Gallium Arsenide:13105.1⨯=-=d a o N N p cm 3- and()216.0105.1108.113262=⨯⨯==o i o p n n cm 3- _______________________________________ 4.39(a) ⇒>a d N N n-type(b) 1515102.1102⨯-⨯=-≅a d o N N n 14108⨯=cm 3-()51421021081.2108105.1⨯=⨯⨯==o i o n n p cm 3- (c) ()d a ao N N N p -+'≅ 151515102102.1104⨯-⨯+'=⨯aN 15108.4⨯='⇒aN cm 3-()41521010625.5104105.1⨯=⨯⨯=on cm 3-_______________________________________ 4.40()155210210125.1102105.1⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3- ⇒>o o p n n-type_______________________________________ 4.41()()318192300250100.61004.1⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯3002500259.066.0exp24108936.1⨯=1210376.1⨯=⇒i n cm 3- 2222414i o o i o i o n n n n p n n =⇒==i o n n 21=⇒ So 111088.6⨯=o n cm 3-,Then 121075.2⨯=o p cm 3-2222i aa o n N N p +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= 212210752.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯a N 242108936.12⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=a N()21224210752.2105735.7⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-⨯aa N N 242108936.12⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=aN so that 1210064.2⨯=a N cm 3-_______________________________________ 4.42Plot_______________________________________ 4.43Plot_______________________________________ 4.44Plot_______________________________________ 4.452222i ad a d o n N N N N n +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-= 2102.1102101.1141414⨯-⨯=⨯2214142102.1102i n +⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯+()()221321314104104101.1i n +⨯=⨯-⨯22727106.1109.4i n +⨯=⨯ so 131074.5⨯=i n cm 3-1314272103101.1103.3⨯=⨯⨯==o i o n n p cm 3- _______________________________________ 4.46(a) ⇒>d a N N p-typeMajority carriers are holes1616105.1103⨯-⨯=-=d a o N N p16105.1⨯=cm 3-Minority carriers are electrons()4162102105.1105.1105.1⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3- (b) Boron atoms must be addedd a ao N N N p -+'=161616105.1103105⨯-⨯+'=⨯aN So 16105.3⨯='aN cm 3-()316210105.4105105.1⨯=⨯⨯=on cm 3-_______________________________________ 4.47(a) ⇒<<i o n p n-type(b) oi o o i o p n n n n p 22=⇒=on ()16421010125.1102105.1⨯=⨯⨯=cm 3-⇒electrons are majority carriers4102⨯=o p cm 3-⇒holes are minority carriers (c) a d o N N n -=151610710125.1⨯-=⨯d N so 1610825.1⨯=d N cm 3-_______________________________________ 4.48⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln1510=N cm 3- 4.49 (a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-d c F c N N kT E E ln ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=d N 19108.2ln 0259.0 For 1410cm 3-, 3249.0=-F c E E eV1510cm 3-, 2652.0=-F c E E eV1610cm 3-, 2056.0=-F c E E eV 1710cm 3-, 1459.0=-F c E E eV (b) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i d Fi F n N kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=10105.1ln 0259.0d N For 1410cm 3-, 2280.0=-Fi F E E eV 1510cm 3-, 2877.0=-Fi F E E eV 1610cm 3-, 3473.0=-Fi F E E eV 1710cm 3-, 4070.0=-Fi F E E eV_______________________________________ 4.50(a) 2222i dd o n N N n +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= 151005.105.1⨯==d o N n cm 3- ()21515105.01005.1⨯-⨯()2215105.0i n +⨯=so 2821025.5⨯=i n Now()()3191923001004.1108.2⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=T n i()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯3000259.012.1exp T()3382830010912.21025.5⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⨯T⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯T 973.12972exp By trial and error, 5.536=T K (b) At 300=T K,⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o c F c n N kT E E ln ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=-151910108.2ln 0259.0F c E E2652.0=eV At 5.536=T K,()046318.03005.5360259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV()2/3193005.536108.2⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=c N1910696.6⨯=cm 3-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o c F c n N kT E E ln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=-15191005.110696.6ln 046318.0F c E E5124.0=eV then ()2472.0=-∆F c E E eV (c) Closer to the intrinsic energy level._______________________________________ 4.51⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln At 200=T K, 017267.0=kT eV 400=T K, 034533.0=kT eV 600=T K, 0518.0=kT eV At 200=T K,()()3191923002001004.1108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=i n⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯017267.012.1exp410638.7⨯=⇒i n cm 3- At 400=T K,()()3191923004001004.1108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯034533.012.1exp 1210381.2⨯=⇒i n cm 3-At 600=T K,()()3191923006001004.1108.2⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=in⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯0518.012.1exp 1410740.9⨯=⇒i n cm 3- At 200=T K and 400=T K, 15103⨯==a o N p cm 3- At 600=T K,2222i a a o n N N p +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=()2142151510740.921032103⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯=1510288.3⨯=cm 3-Then, 200=T K, 4212.0=-F Fi E E eV 400=T K, 2465.0=-F Fi E E eV600=T K, 0630.0=-F Fi E E eV_______________________________________ 4.52(a)()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-6108.1ln 0259.0ln a i a F Fi N n N kT E E For 1410=a N cm 3-,4619.0=-F Fi E E eV 1510=a N cm 3-,5215.0=-F Fi E E eV1610=a N cm 3-,5811.0=-F Fi E E eV1710=a N cm 3-,6408.0=-F Fi E E eV (b)()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-a a F N N N kT E E 18100.7ln 0259.0ln υυ For 1410=a N cm 3-,2889.0=-υE E F eV1510=a N cm 3-,2293.0=-υE E F eV1610=a N cm 3-,1697.0=-υE E F eV 1710=a N cm 3-, 1100.0=-υE E F eV_______________________________________ 4.53 (a) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-**ln 43n p midgap Fi m m kT E E()()10ln 0259.043= or0447.0+=-midgap Fi E E eV (b) Impurity atoms to be added so 45.0=-F midgap E E eV (i) p-type, so add acceptor atoms (ii)4947.045.00447.0=+=-F Fi E E eV Then⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=kT E E n p F Fi i o exp()⎪⎭⎫⎝⎛=0259.04947.0exp 105or131097.1⨯==a o N p cm 3-_______________________________________ 4.54()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-=kT E E N N N n F c c a d o exp so()⎪⎭⎫⎝⎛-⨯+⨯=0259.0215.0exp 108.21051915d N15151095.6105⨯+⨯= or16102.1⨯=d N cm 3-_______________________________________ 4.55(a) Silicon(i)⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-d c F c N N kT E E ln()2188.0106108.2ln 0259.01519=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV(ii)1929.00259.02188.0=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E N N F c c d exp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.01929.0exp 108.2191610631.1⨯=d N cm 3-15106⨯+'=dN 1610031.1⨯='⇒dN cm 3- Additionaldonor atoms (b) GaAs(i)()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=-151710107.4ln 0259.0F c E E15936.0=eV(ii)13346.00259.015936.0=-=-F c E E eV()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=0259.013346.0exp 107.417d N1510718.2⨯=cm 3-1510+'=dN 1510718.1⨯='⇒dN cm 3- Additionaldonor atoms_______________________________________ 4.56(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-a F Fi N N kT E E υln()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=16191021004.1ln 0259.01620.0=eV(b) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-d c Fi F N N kT E E ln()1876.0102108.2ln 0259.01619=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV(c) For part (a);16102⨯=o p cm 3- ()162102102105.1⨯⨯==o i o p n n410125.1⨯=cm 3- For part (b):16102⨯=o n cm 3-()162102102105.1⨯⨯==o i o n n p 410125.1⨯=cm 3-_______________________________________ 4.57⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E E n n Fi Fi o exp()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯=0259.055.0exp 108.16 15100.3⨯=cm 3- Add additional acceptor impurities a d o N N n -=a N -⨯=⨯151510710315104⨯=⇒a N cm 3-_______________________________________ 4.58(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()3161.0105.1103ln 0259.01015=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV(b) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o Fi F n n kT E E ln()3758.0105.1103ln 0259.01016=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV(c) Fi F E E =(d) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=111510334.7104ln 3003750259.0 2786.0=eV(e) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o Fi F n n kT E E ln()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=131410722.110029.1ln 3004500259.0 06945.0=eV_______________________________________ 4.59(a) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-o F p N kT E E υυln()2009.0103100.7ln 0259.01518=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV(b) ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--4181008.1100.7ln 0259.0υE E F 360.1=eV(c) ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=-618108.1100.7ln 0259.0υE E F7508.0=eV(d) ()⎪⎭⎫⎝⎛=-3003750259.0υE E F()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯152/318104300375100.7ln 2526.0=eV(e) ()⎪⎭⎫⎝⎛=-3004500259.0υE E F()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯72/3181048.1300450100.7ln 068.1=eV_______________________________________ 4.60n-type⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o Fi F n n kT E E ln()3504.0105.110125.1ln 0259.01016=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV ______________________________________ 4.612222i a a o n N N p +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+= 21051008.51515⨯=⨯22152105i n +⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯+ ()21515105.21008.5⨯-⨯()2215105.2i n +⨯=230301025.6106564.6i n +⨯=⨯ 29210064.4⨯=⇒i n⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT E N N n g c i exp 2υ()030217.03003500259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV()1921910633.1300350102.1⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=c N cm 3-()192191045.2300350108.1⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=υN cm 3- Now()()1919291045.210633.110064.4⨯⨯=⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯030217.0exp g ESo()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯=29191910064.41045.210633.1ln 030217.0g E 6257.0=⇒g E eV_______________________________________ 4.62(a) Replace Ga atoms ⇒Silicon acts as adonor()()1415105.310705.0⨯=⨯=d N cm 3-Replace As atoms ⇒Silicon acts as anacceptor()()15151065.610795.0⨯=⨯=a N cm 3-(b) ⇒>d a N N p-type(c) 1415105.31065.6⨯-⨯=-=d a o N N p 15103.6⨯=cm 3-()4152621014.5103.6108.1-⨯=⨯⨯==o i o p n n cm 3- (d) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-i o F Fi n p kT E E ln()5692.0108.1103.6ln 0259.0615=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=eV_______________________________________。

沈阳工业大学《半导体物理》期末总结(知识点及重点习题总结)(精)

基本概念题：第一章半导体电子状态1.1 半导体通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。

1.2能带晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。

这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。

1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。

答：能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。

通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。

单电子近似：将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。

绝热近似：近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。

1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法答案：克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。

由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。

从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。

1.2导带与价带1.3有效质量有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。

它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。

其大小由晶体自身的E-k关系决定。

1.4本征半导体既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。

1.4空穴空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。

设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的粒子，称其为空穴。

它引起的假想电流正好等于价带中的电子电流。

[半导体材料][课后答案全][已合并]

11. 从极限分布角度来看，区熔长度l→小好。
12. *区熔提纯: 利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次（多次区熔）使杂质被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯。
第三章、晶体生长
一、名次解释： ⑴均匀成核：在亚稳定相中空间个点出现稳定相的几率相等的成核过程，是在体
第一章硅、锗的化学制备
㈠比较三氯氢硅氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点?
答：1.SiHCl3氢还原法: 优点: 产量大、质量高、成本低，由于SiHCl3中有一个Si-H键，活泼易分解，沸点低，容易制备、提纯和还原。缺点：B、P杂质较难去除（基硼、基磷量），这是影响硅电学性能的主要杂质。
2.硅烷法：优点: 杂质含量小；无设备腐蚀；不使用还原剂；便于生长外延层。缺点: 制备过程的安全性要求高。
O 之间发生一系列反应，在 450C°时 SiO 以最快的速度形成 SiO4，SiO4 是
一个正电中心，可以束缚一个电子，在室温下受热激发而使它电离出来参
与导电，SiO4 起施主作用，此种效应称为热施主效应。
⑥吸杂工艺：通过机械化学处理方法，在硅片的非电活性区引入缺陷，在热
处理时一些重金属杂质会扩散并淀积在这些缺陷处，从而减少了这些有害
㈡制得的高纯多晶硅的纯度：残留的B、P含量表示（基硼、基磷量）。
㈢*精馏提纯：利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。
第二章、区熔提纯
1. 以二元相图为例说明什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？
答：如图是一个二元相图，在一个系统中，当系统的温度为T0时，系统中有固相和液相。由图中可知，固相中杂志含量Cs<CL（液相中杂志成分）。 1、这种含有杂志的晶态物质熔化后再结晶时，杂志在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同的现象叫做*分凝现象。 2、在一定温度下，平衡状态时，杂质在固液两相中浓度的比值K0=CS/CL 叫作平衡分凝系数。 3、为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响，把固相杂质浓度CS与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为*有效分凝系数。Keff=CS/CL0

半导体期末试题及答案

半导体期末试题及答案[第一部分：选择题]1. 西格玛公司的闸流体是一种常见的半导体器件，其特点是：A. 具有较大的工作电压和电流B. 可以在高频率下工作C. 具有较大的输入电阻和输出电流D. 可以作为开关来控制电流答案：D2. 对于半导体材料来说，硅的能隙是：A. 0.7eVB. 1.1eVC. 1.4eVD. 1.7eV答案：C3. 在PN结的空间电荷区，以下哪个说法是正确的？A. N区内由于施主杂质的存在，有较多的自由电子B. P区内由于受主杂质的存在，有较多的空穴C. 空间电荷区中，有较多的固定正、负离子D. 空间电荷区中，能级呈谷布尔分布答案：C4. 当PN结处于正向偏置时，以下说法正确的是：A. P区电子进入N区B. N区电子进入P区C. P区空穴进入N区D. N区空穴进入P区答案：B5. 以下关于晶体管的说法，错误的是：A. 晶体管由三个电极组成，分别是基极、发射极和集电极B. PNP型晶体管的发射区域是N区C. PNP型晶体管的集电区域是P区D. 晶体管是一种电流放大器件答案：A[第二部分：填空题]1. 临界击穿电压是指______。

答案：PN结电容器击穿时所需要的最小电压。

2. 在增强型N沟道MOSFET中，当栅极电压大于门槽压的时候，沟道位置______。

答案：低电位区（Depletion Region）3. 理想二极管的伏安特性曲线是一条______。

答案：指数函数曲线。

4. 晶体管的三个工作区分别是______。

答案：截止区、放大区、饱和区。

5. TTL门电路是由______和______两种类型的晶体管构成。

答案：NPN型晶体管和PNP型晶体管。

[第三部分：计算题]1. 一台功率为500W的LED照明灯需要工作电压为3.5V、工作电流为100mA的LED作为光源。

计算此照明灯所需的串并联关系和所需电阻值。

设LED的工作电压为Vf，工作电流为If。

串联LED的总电压为Us，并联LED的总电流为Ip。

半导体物理课后习题答案

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 =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。

解：根据：tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ第三章习题和答案1. 计算能量在E=E c 到2*n 2C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。

解322233*28100E 21233*22100E 0021233*231000L 8100)(3222)(22)(1Z VZZ )(Z )(22)(2322C 22C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dEE g d E E m V E g c nc C n l m h E C n l m E C n n c n c πππππ=+-=-====-=*++⎰⎰**）（）（单位体积内的量子态数）（2. 试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为式（3-6）。

《半导体器件》习题与参考答案

第二章1一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、建电势和最大电场强度。

解：)0(,22xx qaxdxdp S )(,22n SDx xqN dxd),(2)(22x x x xqa dx d x ppSnn SDx xx xqN dxd x 0),()(x ＝0处E 连续得x n ＝1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm n px x biVdx x E dxx E V 00516.0)()(m V x qa E pS/1082.4)(252max,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。

2一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。

解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L ppp 3103，cmD L nnn 31045.2np n pn p SL n qD L p qD J 0I S =A*J S =1.0*10-16A 。

＋0.7V 时，I ＝49.3μA ，－0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。

设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。

解：P ＋>>n ，正向注入：0)(2202pn nn nLp p dxp p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnnpnkTqV n n nL x W L x W ep p p n nW x n n Adxp p qAQ20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。

半导体物理期末试题及答案

半导体物理期末试题及答案第一题：1. 请简述什么是半导体材料？并举例说明。

半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，具有介于宽禁带和窄禁带之间的带隙能量。

在常温下，半导体材料既可以导电又可以绝缘。

它的导电性质可以通过控制掺杂来改变。

例如，纯净的硅元素是绝缘体，而掺杂的硅元素可以成为半导体材料。

第二题：2. 请解释什么是PN结？并简述其工作原理。

PN结是由P型半导体和N型半导体之间形成的结。

P型半导体中的杂质具有正电荷，被称为施主杂质；N型半导体中的杂质具有负电荷，被称为受主杂质。

PN结的形成是通过将P型半导体和N型半导体紧密接触，使得施主和受主杂质间发生电荷转移。

工作原理：在PN结中，由于施主杂质和受主杂质之间的电荷转移，使得PN结两侧形成了电场。

这个电场导致了电子从N区向P区漂移，同时空穴从P区向N区漂移。

这种漂移现象产生了空间电荷区，称为耗尽层。

在没有外加电压时，由于耗尽层的存在，PN结处于平衡状态。

当施加外加电压时，可以改变耗尽层的宽度。

正偏压（P极接正电，N极接负电）会使得耗尽层变窄，增加电流流过的机会，从而形成导通。

而负偏压（P极接负电，N极接正电）则会使得耗尽层变宽，阻止电流流过，从而形成截止。

第三题：3. 请解释什么是PN结的击穿电压？并说明几种常见的击穿方式。

PN结的击穿电压是指当施加外加电压达到某一临界值时，PN结内的电场强度足以克服材料的绝缘性，导致电流剧增的电压。

击穿电压是PN结失去绝缘特性的临界电压。

常见的击穿方式包括：- 穿越击穿：在高反向电压下，电子从PN结中的价带直接穿越到导带。

这种击穿一般发生在高纯度的材料中。

- 雪崩击穿：在高反向电压下，少数载流子加速并与相邻的原子碰撞，释放更多的载流子。

这种击穿一般发生在掺杂较多的材料中。

- 隧道击穿：在高反向电压下，载流子通过突破禁带形成隧道效应而穿越PN结。

这种击穿一般发生在材料的禁带很窄的情况下。

第四题：4. 请介绍几种常见的半导体器件，并简要说明其原理和应用。

半导体课后答案

ND 1 2e
EF ED k0T

1 ND 3
（3）
将式（2）、（3）代入式（1），并注意到 p0 n0 ，那么， n0 N A
1 N D ，所以 N D 3(n0 N A ) 1.8 1016 (cm 3 ) 3
15 3
（3）受主杂质电离中心： p A N A 1 10 (cm )
EC E D 0.0195 0.052 2k 0T 2
即0
EC E F 2 ；故此 n 型 Si 应为弱简并情况。 k 0T

∴ n0 n D
ND ND E ED E 1 2 exp( F ) 1 2 exp( D ) k 0T k 0T
ND
ni2 ni n / p n
ni2 d 2 ni n / p 时， min 2ni q n p 又所以当 n ni p / n ，p 0， 2 n dn0
（2）当材料的电导率等于本征电导率时，有：
n i2 n 0 q n q p n i q( n p ) n0
Ec (k ) 令 0 k
3 k1 ；令 4
k 0
即
2h 2 k 2h 2 k k1 0 3m0 m0
即
得到导带底相应的 k
Ev (k ) 0 k
6h 2 k 0 m0
得到价带顶相应的
故禁带宽度
3 E g Ec k k1 Ev k 0 4 h2 3m0 h2 3 k 1 m0 4
N A ND 0.2 1016 Ev 0.026ln (eV ) Ev 0.224eV Nv 1.1 1019

半导体试题及答案

半导体试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电性介于金属和绝缘体之间，这是因为：A. 半导体材料内部存在大量的自由电子B. 半导体材料内部存在大量的空穴C. 半导体材料的能带结构D. 半导体材料的晶格结构答案：C2. 下列哪种掺杂方式可以增加半导体的导电性？A. N型掺杂B. P型掺杂C. 同时进行N型和P型掺杂D. 不进行任何掺杂答案：A3. 半导体的PN结在正向偏置时，其导通的原因是：A. 电子从P区注入N区B. 空穴从N区注入P区C. 电子和空穴的复合D. 电子和空穴的注入答案：D4. 半导体器件中，晶体管的放大作用主要依赖于：A. 基极电流B. 发射极电流C. 集电极电流D. 所有电流的总和5. 下列哪种材料不适合作为半导体材料？A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案：C6. 半导体器件的最小特征尺寸缩小，可以带来以下哪些好处？A. 降低成本B. 提高速度C. 减少功耗D. 所有以上答案：D7. 在半导体工艺中，光刻技术主要用于：A. 制造晶体管B. 制造集成电路C. 制造绝缘体D. 制造导线答案：B8. 半导体的能带理论中，价带和导带之间的区域被称为：A. 能隙B. 能级C. 能带D. 能区答案：A9. 下列哪种半导体器件具有记忆功能？B. 晶体管C. 存储器D. 逻辑门答案：C10. 半导体器件的热稳定性主要取决于：A. 材料的热导率B. 器件的散热设计C. 器件的制造工艺D. 所有以上答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 半导体材料的特性包括：A. 导电性B. 绝缘性C. 半导体性D. 磁性答案：AC2. 下列哪些因素会影响半导体器件的性能？A. 温度B. 湿度C. 光照D. 电压答案：ABC3. 半导体器件的类型包括：A. 二极管B. 晶体管C. 集成电路D. 电阻答案：ABC4. 下列哪些是半导体材料的掺杂元素？A. 硼B. 磷C. 铜D. 锗答案：AB5. 在半导体工艺中，下列哪些步骤是必要的？A. 清洗B. 氧化C. 蒸发D. 抛光答案：ABC三、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电性主要依赖于______。

大学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料汇总

半导体材料复习资料绪论1.半导体的基本特性？①电阻率大体在10-3~109Ω•cm范围第一章⒈比较SiHCl3氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点？⑴三氯氢硅还原法优点：产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。

缺点：基硼、基磷量较大。

⑵硅烷法优点①除硼效果好；（硼以复盐形式留在液相中）②无腐蚀，降低污染；（无卤素及卤化氢产生）③无需还原剂，分解效率高；④制备多晶硅金属杂质含量低（SiH4的沸点低）缺点：安全性问题相图写出合金Ⅳ由0经1-2-3的变化过程第二章⒈什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？答：⑴分凝现象：含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同，这种现象较分凝现象。

⑵平衡分凝系数：固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度是不同的，把它们的比值称为平衡分凝系数，用K0表示。

K0=C S/C L⑶有效分凝系数：为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中杂质浓度的影响，通常把固相杂质浓度C S与固体内部的杂质浓度C L0的比值定义为有效分凝系数K effK eff=C S/C L0⒉写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。

⒊分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度CS公式，并说明各个物理量的含义。

①正常凝固过程：C S=KC0(1-g)k-1C0：材料凝固前的杂质浓度K：分凝系数。

不同杂质的不同K值可以通过查表得出。

②一次区熔过程：C S=C O[1-(1-K)e-Kxl]C0：锭条的原始杂质浓度x：已区熔部分长度K:分凝系数l：熔区长度⒋说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。

⑴一次区熔时C S=C O[1-(1-K)e-Kxl],l→大，C S→小→提纯效果好→→l越大越好⑵极限分布时（K一定）K=Bl/（e Bl-1）A=C0BL/(e BL-1) C S（x）=Ae Bxl→大，B→小，A→大，C S→大，提纯的效果越差→→l越小越好所以对于实际区熔，前几次应该用大熔区，越到后面越接近极限分布，应该用小熔区。

半导体物理与器件第四版课后习题答案

半导体物理与器件第四版课后习题答案第一章半导体材料基础知识1.1 小题一根据题目描述，当n=5时，半导体材料的载流子浓度为’n=2.5×1015cm(-3)’，求势垒能为多少？解答：根据势垒能公式E_g = E_c - E_v其中E_g为势垒能，E_c为导带底，E_v为价带顶。

根据载流子浓度和温度的关系n = 2 * （2 * pi * m_e * k * T / h^2）^(3/2) * e^(-E_g / (2 * k * T))其中m_e为载流子质量，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。

可以得到E_g = -2 * k * T * ln(n / (2 * （2 * pi * m_e * k * T / h^2）^(3/2)))代入已知条件，计算得到势垒能为E_g = -2 * 1.38 * 10^(-23) * 300 * ln(2.5 * 10^15 / (2 * （2 * pi * 9.1 * 10^(-31) * 1.38 * 10^ (-23) * 300 / (6.63 * 10^(-34))^2）^(3/2)))1.1 小题二根据题目描述，当势垒能E_g=1.21eV时，求温度为多少时，载流子浓度为’n=5.0×1015cm(-3)’？解答：按照1.1 小题一的公式，可以求出温度TT = E_g / (2 * k * ln(n / (2 * （2 * pi * m_e * k * T / h^2）^(3/2))))将已知数据代入公式，计算得到温度T = 1.21 / (2 * 1.38 * 10^(-23) * ln(5 * 10^15/ (2 * （2 * pi * 9.1 * 10^(-31) * 1.38 * 10^(-2 3) * T / (6.63 * 10^(-34))^2）^(3/2))))第二章半导体材料与器件基本特性2.1 小题一根据题目描述，当Si掺杂浓度[N_b]为5×10^15 cm(-3)和[P_e]为2×1017 cm^(-3)，求Si中的载流子浓度和导电类型。

半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.固体材料按照几何形态可以分为单晶、多晶和非晶，其中（）材料原子排列为短程有序。

答案:多晶2.GaAs化合物半导体的晶体结构为（）。

答案:闪锌矿型结构3.外层电子的共有化运动强，能带宽，有效质量（）小4.以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是（）答案:SiC5.重空穴指的是（）答案:价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴6.根据费米分布函数，电子占据EF+2k0T能级的几率（）等于空穴占据EF-2k0T能级的几率7.导带有效状态密度Nc，是温度的函数，和温度为关系为，正比于（）答案:8.对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级EF随温度上升而（）；答案:经过一个极大值趋近Ei9.室温下往Si,Ge和GaAs三种半导体材料中各掺入的As杂质，（）的EF最靠近导带。

答案:GaAs10.寿命标志了非平衡载流子浓度减小到原值1/e经历的时间，寿命的大小表征了复合的强弱，如果寿命小，意味着复合几率（）。

答案:大11.Au在Si半导体中是有效的复合中心，既能起施主作用，又能起受主作用。

但是在n型Si中，只有（）起作用答案:受主能级12.硅中掺金工艺主要用于制造（）器件答案:高频13.将杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。

其中最有效的陷阱能级的位置是杂质能级靠近（）答案:费米能级14.P型半导体受到光照后，产生非平衡电子和空穴，引入电子准费米能级EFn和空穴准费米能级EFp表征处于非平衡状态的电子浓度和空穴浓度。

EFn 和EFp相比于热平衡状态的费米能级EF偏移程度满足EFn-EF( )EF-EFp答案:>15.有3个锗样品，其掺杂情况分别是：甲、含硼和磷各；乙、含砷；丙、含磷。

室温下，这些样品的多子浓度由高到低的顺序是（）答案:乙丙甲16.在N型半导体中，随着温度的升高，本征载流子浓度ni( )答案:增加17.对应于电离杂质散射，温度越高，散射几率越（）答案:小18.室温下，随着掺杂浓度的增加，迁移率（）答案:先几乎不变再变小19.（）具有最大的电阻率。

半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对应于n型半导体，电子为（）参考答案:多子2.硅肖特基二极管的特点（）参考答案:开关速度快_不存在少子存储效应_反向泄漏电流较PN结二极管大3.施主杂质能级的作用包括以下（）参考答案:提供导带电子_散射中心4.考虑镜像力后，金属半导体接触的势垒高度将()参考答案:降低5.密勒指数是描写布喇菲点阵中晶面方位的一组互质的整数。

参考答案:正确6.半导体中载流子的电输运包括（）。

参考答案:漂移_扩散7.某Si半导体掺有2×10^17cm^-3的硼原子以及 3×10^16cm^-3的磷原子，那么此Si半导体主要是（）导电。

参考答案:空穴8.在纯Ge中掺入下列（）元素，Ge将变为p型半导体。

参考答案:In9.电子的漂移电流的方向，与()相同。

参考答案:电场方向10.室温下，n-Si中的电子浓度为空穴浓度的10000倍，则其费米能级位于（）。

参考答案:禁带中线之上11.决定半导体的载流子迁移率的因素有（）。

参考答案:电导有效质量_温度12.对于工作在强电场下（达到速度饱和）的本征半导体，决定其迁移率的主要的散射机制是（）。

参考答案:光学波声子散射13.下列关于硅的电子电导率的描述正确的是（）。

参考答案:室温下，同一块本征硅的电子电导率比空穴电导率大14.对于某均匀掺杂的半导体，若当体内某处电场与浓度梯度的方向相同时，多子漂移电流密度与多子扩散电流密度方向相反，则该半导体的掺杂类型为（）。

参考答案:P型15.下列情形中，室温下扩散系数最小的为( )。

参考答案:含硼、磷的硅16.在某温度范围内，一定掺杂的硅的电阻率随温度升高而增大，涉及的物理机理有（）。

参考答案:晶格散射为主_杂质完全电离17.电子迁移率通常高于空穴迁移率，这是由于电子电导有效质量（）空穴电导有效质量。

参考答案:小于18.假设其它条件不变，可以通过（）降低半导体材料的电阻率。

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