半导体物理学练习题
半导体物理学试题库完整
半导体物理学试题库完整1.能够传导电荷的有效质量与能量函数对于波矢的二阶导数成反比。
有效质量的引入反映了晶体材料内部势场的作用。
2.半导体导带中的电子浓度取决于状态密度（即量子态按能量如何分布）和费米分布函数（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。
3.当两种不同半导体接触后，费米能级较高的半导体界面一侧带正电。
在达到热平衡后，两者的费米能级相等。
4.半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于[100]方向上距布里渊区边界约0.85倍处。
因此，它属于间接带隙半导体。
5.形成间隙原子和空位成对的点缺陷称为弗仑克耳缺陷。
形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为肖特基缺陷。
6.在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为1/2.高于费米能级2kT能级处的占据概率为1/1+exp(2)。
7.从能带角度来看，锗、硅属于间接带隙半导体，而砷化稼属于直接带隙半导体。
后者有利于光子的吸收和发射。
8.通常将服从XXX分布的电子系统称为非简并性系统，将服从费米分布的电子系统称为简并性系统。
9.对于同一种半导体材料，其电子浓度和空穴浓度的乘积与温度有关。
而对于不同的半导体材料，其浓度积在一定的温度下将取决于禁带宽度的大小。
10.半导体的晶格结构形式多种多样。
常见的Ge和Si材料，其原子均通过共价键四面体相互结合，属于金刚石结构；与Ge和Si晶格结构类似，两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成闪锌矿和纤锌矿等两种晶格结构。
11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时XXX不发生变化，则具有这种能带结构的半导体称为直接禁带半导体。
否则称为间接禁带半导体。
A。
在质量较大的原子组成的半导体中，存在着空穴。
B。
空穴主要存在于价带顶附近曲率较大的等能面上。
C。
同样，空穴也可以存在于价带顶附近曲率较小的等能面上。
D。
空穴也可以出现在自旋-轨道耦合分裂出来的能带上。
12.电子在导带能级中分布的概率表达式是exp(-E-Ec)/(kT)，其中E为能级，Ec为导带底能级，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
半导体物理学练习题
半导体物理学练习题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：（1）能带的宽度；（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：（1）能带宽度；（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。
半导体物理学练习题(刘恩科)
半导体物理学练习题(刘恩科)-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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：（1）能带的宽度；（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：（1）能带宽度；（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。
《半导体物理学》试题与及答案
练习1-课后习题7
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
锑化铟的禁带宽度E g = 0.18 e V ，相对介电常数 εr = 17 ，电子的 有效质量mn∗ = 0.015 m0， m 0为电子的惯性质量，求 ⅰ）施主杂质的电离能， ⅱ）施主的弱束缚电子基态轨道半径。
解：
练习2
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
所以样品的电导率为： q(n0 n p0 p )
代入数据得，电导率为2.62 ×1013S/cm 所以，电场强度 E J 1.996103 mA / cm
作业-课后习题2
第四章 半导体的导电性
试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1450cm2/V·S 和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电 导率。比本征Si 的电导率增大了多少倍？（ni=1.5×1010cm-3; Si原子浓度为 =5.0×1022cm-3,假定掺杂后电子迁移率为900cm2/V·S)
m0为电子惯性质量，k1=1/2a; a=0.314nm。试求： （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。
练习2-课后习题2
第一章 半导体中的电子状态
2.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和107V/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。
所以，300k时，
nT 300
(1.05 1019
5.7
1018 )
exp(
0.67 1.61019 21.381023 300)
1.961013cm3
77k时，
半导体物理习题
半导体物理习题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN附： 半导体物理习题第一章 晶体结构1. 指出下述各种结构是不是布拉伐格子。
如果是，请给出三个原基矢量；如果不是，请找出相应的布拉伐格子和尽可能小的基元。
（1） 底心立方（在立方单胞水平表面的中心有附加点的简立方）； （2） 侧面心立方（在立方单胞垂直表面的中心有附加点的简立方）； （3） 边心立方（在最近邻连线的中点有附加点的简立方）。
2. 证明体心立方格子和面心立方格子互为正、倒格子。
3. 在如图1所示的二维布拉伐格子中，以格点O 为原点，任意选取两组原基矢量，写出格点A 和B 的晶格矢量A R 和B R 。
4. 以基矢量为坐标轴（以晶格常数a 为度量单位，如图2），在闪锌矿结构的一个立方单胞中，写出各原子的坐标。
5.石墨有许多原子层，每层是由类似于蜂巢的六角形原子环组成，使每个原子有距离为a的三个近邻原子。
试证明在最小的晶胞中有两个原子，并画出正格子和倒格子。
第二章晶格振动和晶格缺陷1.质量为m和M的两种原子组成如图3所示的一维复式格子。
假设相邻原子间的弹性力常数都是β，试求出振动频谱。
2.设有一个一维原子链，原子质量均为m，其平衡位置如图4所示。
如果只考虑相邻原子间的相互作用，试在简谐近似下，求出振动频率ω与波矢q之间的函数关系。
3.若把聚乙烯链—CH=CH—CH=CH—看作是具有全同质量m、但力常数是以1β，2β交替变换的一维链，链的重复距离为a，试证明该一维链振动的特征频率为}])(2sin41[1{2/1221221212ββββββω+-±+=qam并画出色散曲线。
第三章 半导体中的电子状态1. 设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近的能量)(k E c 为mk k m k k E c 21222)(3)(-+=（3.1）价带极大值附近的能量)(k E v 为mk m k k E v 2221236)( -=（3.2）式中m 为电子质量，14.3,/1==a a k πÅ。
半导体物理试题及答案
半导体物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，这是由于（）。
A. 半导体的原子结构B. 半导体的电子结构C. 半导体的能带结构D. 半导体的晶格结构答案：C2. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带需要（）。
A. 吸收能量B. 释放能量C. 吸收光子D. 释放光子答案：A3. PN结形成的基础是（）。
A. 杂质掺杂B. 温度变化C. 压力变化D. 磁场变化答案：A4. 半导体器件中的载流子主要是指（）。
A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 光子答案：C5. 半导体的掺杂浓度越高，其导电性能（）。
A. 越好B. 越差C. 不变D. 先变好再变差答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体的导电性能可以通过改变其________来调节。
答案：掺杂浓度2. 半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为________。
答案：带隙3. 在半导体中，电子和空穴的复合现象称为________。
答案：复合4. 半导体器件中的二极管具有单向导电性，其导通方向是从________到________。
答案：阳极阴极5. 半导体的PN结在外加正向电压时，其内部电场会________。
答案：减弱三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述半导体的掺杂原理。
答案：半导体的掺杂原理是指通过向半导体材料中掺入少量的杂质元素，改变其电子结构，从而调节其导电性能。
掺入的杂质元素可以是施主杂质（如磷、砷等），它们会向半导体中引入额外的电子，形成N型半导体；也可以是受主杂质（如硼、铝等），它们会在半导体中形成空穴，形成P型半导体。
2. 描述PN结的工作原理。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的结构。
在PN结中，P型半导体的空穴会向N型半导体扩散，而N型半导体的电子会向P型半导体扩散。
由于扩散作用，会在PN结的交界面形成一个内建电场，该电场会阻止更多的载流子通过PN结。
半导体物理试卷
半导体物理试卷一．填空题（20分）1.半导体的晶格结构有、和。
2.本征激发是指电子激发成为电子的过程。
3.pn 结电容包括和。
4.在简并化的重掺杂半导体中，n 型半导体的费米能级进入，p 型半导体费米能级进入。
5.半导体载流子在运动中会遭到散射，其根本原因是。
二．选择题（20分）1.能带底电子的有效质量为m n *,则1/m n *等于（）。
A.(d 2E/dk 2)k=0/h 2B.(d 2E/dk 2) k=0/hC. (d 2E/dk 2) k=0/k 2D. (d 2E/dk 2) k=0/k2.下列式中为费米分布函数的是（）。
A.)exp(21110Tk E E f -+ B.)exp(2110T-+C.)exp(110Tk E E f -+ D. )exp(0Tk E E f --3.已知n 型硅半导体中电子的寿命为350us,电子的迁移率为3600cm 2/vs ，则电子的扩散长度为（）A.0.15cm B 0.1 6cm C 0.17cm D 0.18cm 4.300k 时，硅的本征电导率为2*105Ω.cm,如果电子和空穴的迁移率分别为1300cm 2/vs ，500cm 2/vs ，则本征硅的载流子浓度为（）。
A.1.7*1010B.1.8*1010C.1.9*1010D.2*10105.导带阶等于（）A ．Ec-Ev B.Eg 2-Eg 1 C.χ1-χ2 D.Eg 2-Eg 1-(χ1-χ2) 6.发生弱简并的条件是（）A. Ec- E F ≦0B.Ec-E F 〉2k 0TC.0≦ Ec- E F ≦2k 0TD.以上都不对7.对于n 型半导体，满足小注入的条件是（） A.0n p n >>?=?B.0n p n <<>?=?8.pn 结空间电荷区又称为（）A.反型层C.堆积层D.以上都不对9. 在MIS 结构中，当金属板上加的电压为开启电压时，表面势VS=（）A.V BB.2 V BC.3 V BD.4 V B10.下列杂质掺入硅中为施主杂质的是（）A. AlB. GaC. InD. P 三．简答题（10分）1.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。
半导体物理学题库
半导体物理学题库半导体物理学是研究半导体材料物理性质和内部微观过程的学科，它对于现代电子技术的发展起着至关重要的作用。
为了帮助大家更好地学习和掌握这门学科，我们精心整理了一份半导体物理学题库。
一、选择题1、以下哪种材料不是常见的半导体？（）A 硅B 锗C 铜D 砷化镓答案：C解析：铜是导体，不是半导体。
硅、锗和砷化镓都是常见的半导体材料。
2、半导体中载流子的主要类型有（）A 电子和空穴B 正离子和负离子C 质子和中子D 原子和分子答案：A解析：在半导体中，参与导电的载流子主要是电子和空穴。
3、本征半导体的电导率主要取决于（）A 温度B 杂质浓度C 晶体结构D 外加电场答案：A解析：本征半导体的电导率主要由温度决定，温度升高，本征激发增强，载流子浓度增加，电导率增大。
4、施主杂质在半导体中提供（）A 电子B 空穴C 电子和空穴D 既不提供电子也不提供空穴答案：A解析：施主杂质能够释放电子，从而增加半导体中的电子浓度。
5、受主杂质在半导体中提供（）A 电子B 空穴C 电子和空穴D 既不提供电子也不提供空穴答案：B解析：受主杂质能够接受电子，从而增加半导体中的空穴浓度。
二、填空题1、半导体的能带结构中，导带和价带之间的能量间隔称为________。
答案：禁带宽度2、常见的半导体晶体结构有________、＿_______和________。
答案：金刚石结构、闪锌矿结构、纤锌矿结构3、本征半导体中，电子浓度和空穴浓度的乘积是一个________。
答案：常数4、半导体中的扩散电流是由________引起的。
答案：载流子浓度梯度5、当半导体处于热平衡状态时，费米能级的位置在________。
答案：禁带中央附近三、简答题1、简述半导体的导电机制。
答：半导体的导电机制主要依靠电子和空穴两种载流子。
在本征半导体中，温度升高时，价带中的电子获得能量跃迁到导带，形成电子空穴对，从而产生导电能力。
在外加电场作用下，电子和空穴分别向相反的方向移动，形成电流。
半导体物理试题库及答案
半导体物理试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带所需能量的最小值称为：A. 禁带宽度B. 费米能级C. 载流子浓度D. 电子亲和能答案：A2. 下列哪种半导体材料的禁带宽度大于硅？A. 锗B. 砷化镓C. 硅D. 碳化硅答案：D3. PN结在正向偏置时，其导电性能主要取决于：A. 电子B. 空穴C. 杂质D. 复合答案：B4. 半导体器件中，二极管的导通电压通常为：A. 0.2VB. 0.7VC. 1.5VD. 3.3V答案：B5. 在半导体物理学中，霍尔效应可以用来测量：A. 载流子浓度B. 载流子迁移率C. 载流子类型D. 所有以上答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 下列哪些因素会影响半导体的载流子浓度？（多选）A. 温度B. 光照C. 杂质浓度D. 材料类型答案：ABCD2. 半导体器件的能带结构包括：A. 价带B. 导带C. 禁带D. 费米能级答案：ABC3. 下列哪些是半导体材料的特性？（多选）A. 导电性介于导体和绝缘体之间B. 导电性随温度升高而增加C. 导电性随光照强度增加而增加D. 导电性随杂质浓度增加而增加答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）1. 半导体材料的导电性可以通过掺杂来改变，其中掺入____类型的杂质可以增加载流子浓度。
答案：施主2. 在PN结中，当外加电压的方向与PN结内电场方向相反时，称为______偏置。
答案：反向3. 半导体材料的导电性随温度升高而______。
答案：增加4. 半导体器件的能带结构中，价带和导带之间的区域称为______。
答案：禁带5. 霍尔效应测量中，当载流子受到垂直于电流方向的磁场作用时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生______。
答案：霍尔电压四、简答题（每题5分，共10分）1. 简述半导体材料的导电机制。
答案：半导体材料的导电机制主要涉及价带中的电子获得足够能量跃迁到导带，从而成为自由电子，同时在价带中留下空穴。
半导体物理练习题（ＰＤＦ）
b） 结的耗尽区宽度主要在 N 型侧 c）流过 结的反向电流成分中没有复合电流 d）降低 N 区的掺杂浓度可以提高 结的反向击穿电压 4. 下面四块半导体硅单晶，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同，由下面给出的数 据可知：电阻率最大的是（ ），电阻率最小的是（ ）
a）
b）
，
c）
d）
5. 下列叙述正确的是（ ） a）非平衡载流子在电场作用下，在寿命 时间内所漂移的距离叫牵引长度 b）非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离称为扩散长度 c）使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量叫电子亲和
A.禁带中心能级 Ei
B.施主或受主能级
C.费米能级 EF
10.对于某 n 型半导体构成的金－半阻挡层接触，加上正向电压时，随着电压增加，
阻挡层的厚度将逐渐（）。
A. 变宽
B. 不变
C. 变窄
综合练习题三
一、单项选择题（总分 16 分，每小题 2 分）
1. 若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定（ ）
1. 关于霍耳效应，下列叙述正确的是（ ）。
a）n 型半导体的霍耳系数总是负值。 b）p 型半导体的霍耳系数可以是正值，零或负值。
c）利用霍耳效应可以判断半导体的导电类型。 d）霍耳电压与样品形状有关。 2. 下列（ ）不属于热电效应。
a）塞贝克效应 b）帕耳帖效应
c）汤姆逊效应 d）帕斯托效应
3. 半导体 pn 结激光的发射，必须满足的条件是（ a）形成粒子数分布反转
a） 不含施主杂质
b）不含受主杂质
c）本征半导体
d）处于绝对零度
2. 半导体中载流子扩散系数的大小决定于其中的（ ）
a） 散射机构
b） 能带结构
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、选择题1、下面关于晶体结构的描述，错误的是（）A 晶体具有周期性的原子排列B 晶体中原子的排列具有长程有序性C 非晶体的原子排列没有周期性D 所有晶体都是各向同性的答案：D解释：晶体具有各向异性，而非各向同性。
2、半导体中的施主杂质能级（）A 位于导带底附近B 位于价带顶附近C 位于禁带中央D 靠近价带顶答案：A解释：施主杂质能级靠近导带底，容易向导带提供电子。
3、本征半导体的载流子浓度随温度升高而（）A 不变B 减小C 增大D 先增大后减小答案：C解释：温度升高，本征激发增强，载流子浓度增大。
4、下面关于 PN 结的描述，正确的是（）A PN 结空间电荷区中的内建电场方向由 N 区指向 P 区B 正向偏置时，PN 结电流很大C 反向偏置时，PN 结电流很小且趋于饱和D 以上都对答案：D解释：PN 结空间电荷区中的内建电场方向由 N 区指向 P 区，正向偏置时多数载流子扩散电流大，反向偏置时少数载流子漂移电流小且趋于饱和。
5、金属和半导体接触时，如果形成阻挡层，那么半导体表面是（）A 积累层C 反型层D 以上都可能答案：B解释：形成阻挡层时，半导体表面通常是耗尽层。
二、填空题1、常见的半导体材料有_____、＿____和_____等。
答案：硅、锗、砷化镓2、半导体中的载流子包括_____和_____。
答案：电子、空穴3、施主杂质的电离能_____受主杂质的电离能。
（填“大于”或“小于”）答案：小于4、当半导体处于热平衡状态时，其费米能级_____。
（填“恒定不变”或“随温度变化”）答案：恒定不变5、异质结分为_____异质结和_____异质结。
答案：突变异质结、缓变异质结1、简述半导体中施主杂质和受主杂质的作用。
答：施主杂质在半导体中能够提供电子，使其成为主要的导电载流子，增加半导体的电导率。
受主杂质能够接受电子，产生空穴，使空穴成为主要的导电载流子，同样能提高半导体的电导率。
半导体物理学试题库完整(2020年8月整理).pdf
6． 在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级 2kT 能级处的占据概率为_________。（1/2.1/1+exp(2)）
A. exp(− ED − Ec ) B. exp(− Ec − ED ) C. exp(− Ec − EF ) D. exp(− EF − Ec )
k0T
k0T
k0T
k0T
13. 如在半导体中以长声学波为主要散射机构是.电子的迁移率 n 与温度的（ B ）。
A. 平方成正比 C. 平方成反比
B. 3 次方成反比 2
（ A ）。
A. 1/n0
B. 1/ △ n
C.
1/p0
D. 1/△p
6. 在 Si 材料中掺入 P.则引入的杂质能级（ B ） A. 在禁带中线处 B. 靠近导带底 C. 靠近价带顶 D. 以上都不是
7．公式 = q / m* 中的τ是半导体载流子的（ C ）。
A. 迁移时间 C. 平均自由时间
B. 寿命 D. 扩散时间
8. 对于一定的 n 型半导体材料.温度一定时.减少掺杂浓度.将导致（ D
A. Ec
B. Ev
C. Eg
D. EF
）靠近 Ei。
9. 在晶体硅中掺Leabharlann 元素（A. 锗B. 磷
B ）杂质后.能形成 N 型半导体。
C. 硼
D. 锡
.
.
2
学海无涯
10. 对大注入条件下.在一定的温度下.非平衡载流子的寿命与（ D ）。
半导体物理习题
解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并 同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子 （中心）的过程就叫施主电离。施主电离前不带电，电离后带正电。 例如，在Si中掺P，P为Ⅴ族元素，本征半导体Si为Ⅳ族元素，P掺入 Si中后，P的最外层电子有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价 电子，而P的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导 带成为自由电子。这个过程就是施主电离。
因此而增加。由公式 可知， 这时两式中的指数项将因此而增加，从而导致载流子浓度增加。 3．画出n型Si半导体中电子浓度与温度的关系，并定性说明
在低温时，电子浓度随温度的升高而增加，温度升到100K时，杂质全部 电离，温度高于500K后，本征激发开始起主要作用。所以温度在 100~500K之间杂质全部电离，载流子浓度基本上就是杂质浓度。
9．硼的密度分别为和（）的两个硅样品在是室温条件下： （1）那个样品的少子浓度低 （2）那个样品的费米能级离价带顶近 解：（1）掺硼的硅的P型样品，在饱和电离时，少子浓度，因为 ，所以，即硼的密度为的样品少子浓度低 （2）在饱和电离情况下，，所以显然即密度为的样品的离价带顶 近。
10．Si样品中的施主浓度为4.5×1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和 空穴浓 度各为多少？ 解：在300K时，因为ND>10ni，因此杂质全电离 n0=ND≈4.5×1016cm-3
第一章
1．试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 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。
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 )。
半导体物理习题
例二：某半导体晶体价带顶附近能量E可表示为： 例二：某半导体晶体价带顶附近能量E可表示为： E(k)=Emax-1026k2 现将其中一波矢k=107i/cm的电子移走，试求此电 的电子移走， 现将其中一波矢 的电子移走 子留下的空穴的有效质量，波矢及速度。 子留下的空穴的有效质量，波矢及速度。
例三：设晶格势场对电子的作用力为 例三：设晶格势场对电子的作用力为Fi，电子受 到的外场力为F 试证明： 到的外场力为 e，试证明： m*n=m0[Fe / ( Fi+Fe)] 式中m 式中 *n与m0分为电子的有效质量和惯性质量 。
例一：某一维晶体的电子能带为： [1例一：某一维晶体的电子能带为：E(k)=E0[10.1cos(ka)-0.3sin(ka)]，其中E =3eV， 0.1cos(ka)-0.3sin(ka)]，其中E0=3eV，晶格常 数a=5х10-11m。求：1）能带宽度；2）能带底和 能带宽度； 能带顶的有效质量。 能带顶的有效质量。
ε=18， 例：锑化铟能隙Eg=0.23eV，介电常数ε=18，电 锑化铟能隙E =0.23eV，介电常数ε=18 子有效质量m 试计算： 子有效质量me=0.015m0，试计算： 1）施主电离能； 2 2）基态轨道半径； 3）施主浓度最小应为多大，就会出现相邻杂质 原子轨道间的显著交迭？
例三： 例三：已知一维晶体的电子能带可写成 h2 7 1 E (k ) = − cos 2πka + cos 6πka 2 m0 a 8 8 式中a为晶格常数。试求： 式中a为晶格常数。试求： 能带的宽度； 1）能带的宽度； 电子的波矢k状态时的速度； 2）电子的波矢k状态时的速度； 能带底部和顶部电子的有效质量。 3）能带底部和顶部电子的有效质量。
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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：（1）能带的宽度；（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：（1）能带宽度；（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。
”是否如此？为什么？11简述有效质量与能带结构的关系？12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？13从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同？14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性？以硅的本征激发为例，说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系？15为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度？16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？17有两块硅单晶，其中一块的重量是另一块重量的二倍。
这两块晶体价带中的能级数是否相等？彼此有何联系？18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。
19为什么极值附近的等能面是球面的半导体，当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰？第二章半导体中的杂质与缺陷能级例1.半导体硅单晶的介电常数＝11.8，电子和空穴的有效质量各为＝0.97，＝0.19和＝0.16，＝0.53，利用类氢模型估计：（1）施主和受主电离能;（2）基态电子轨道半径解：（1）利用下式求得和。
因此，施主和受主杂质电离能各为：（2）基态电子轨道半径各为：式中, 是波尔半径。
习题与思考题：1 什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。
3 什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。
4掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。
5两性杂质和其它杂质有何异同？6深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？7何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？8 说明杂质能级以及电离能的物理意义。
8为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下，而且电离能的数值较小？9纯锗、硅中掺入Ⅲ族或Ⅴ族元素后，为什么使半导体电性能有很大的改变？杂质半导体（p型或n型）应用很广，但为什么我们很强调对半导体材料的提纯？10把不同种类的施主杂质掺入同一种半导体材料中，杂质的电离能和轨道半径是否不同？把同一种杂质掺入到不同的半导体材料中（例如锗和硅），杂质的电离能和轨道半径又是否都相同？11何谓深能级杂质？它们电离以后有说明特点？12为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级？13说明掺杂对半导体导电性能的影响。
14说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同？15什么叫杂质补偿？什么叫高度补偿的半导体？杂质补偿有何实际应用？第三章半导体中载流子的统计分布例1.有一硅样品，施主浓度为，受主浓度为，已知施主电离能，试求的施主杂质电离时的温度。
解：令和表示电离施主和电离受主的浓度，则电中性方程为：略去价带空穴的贡献，则得：（受主杂质全部电离）式中：对硅材料由题意可知,则（1）当施主有99%的N电离时，说明只有1%的施主有电子占据，即＝0.01。
＝198，代入式（1）得：去对数并加以整理即得到下面的方程：用相关数值解的方法或作图求得解为：T=101.例2.现有三块半导体硅材料，已知室温下（300K）它们的空穴浓度分别为：，，。
分别计算这三块材料的电子浓度，，；判断这三块材料的导电类型；分别计算这三块材料的费米能级的位置。
解：（1）室温时硅的，根据载流子浓度积公式：可求出（2）即，故为p型半导体., 即，故为本征半导体.，即，故为n型半导体.(3)当T=300k时，由得：对三块材料分别计算如下：即p型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV处。
即费米能级位于禁带中心位置。
对n型材料有即对n型材料，费米能级在禁带中心线上0.35eV处。
1 对于某n型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上。
即E Fn>E Fi。
2试分别定性定量说明：在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高；对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高，载流子浓度越高。
3若两块Si样品中的电子浓度分别为2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，试分别求出其中的空穴的浓度和费米能级的相对位置，并判断样品的导电类型。
假如再在其中都掺入浓度为2.25×1016cm-3的受主杂质，这两块样品的导电类型又将怎样？4含受主浓度为8.0×106cm-3和施主浓度为7.25×1017cm-3的Si材料，试求温度分别为300K和400K时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。
5试分别计算本征Si在77K、300K和500K下的载流子浓度。
6 Si样品中的施主浓度为4.5×1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？7某掺施主杂质的非简并Si样品，试求EF=（EC+ED）/2时施主的浓度。
8半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态？其物理意义如何。
9什么叫统计分布函数？费米分布和玻耳兹曼分布的函数形式有何区别？在怎样的条件下前者可以过渡到后者？为什么半导体中载流子分布可以用玻耳兹曼分布描述？10说明费米能级的物理意义。
根据费米能级位置如何计算半导体中电子和空穴浓度？如何理解费米能级是掺杂类型和掺杂程度的标志？11证明，在时，对费米能级取什么样的对称形式？12在半导体计算中，经常应用这个条件把电子从费米能级统计过渡到玻耳兹曼统计，试说明这种过渡的物理意义。
13写出半导体的电中性方程。
此方程在半导体中有何重要意义？14若n型硅中掺入受主杂质，费米能级升高还是降低？若温度升高当本征激发起作用时，费米能级在什么位置？为什么？15如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？16为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？17当温度一定时，杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定？试把强N、弱N型半导体与强P、弱P半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。
18如果向半导体中重掺施主杂质，就你所知会出现一些什么效应？第四章半导体的导电性例1.室温下，本征锗的电阻率为47，试求本征载流子浓度。
若掺入锑杂质，使每个锗原子中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。
设杂质全部电离。
锗原子的浓度为，试求该掺杂锗材料的电阻率。
设，且认为不随掺杂而变化。
解：本征半导体的电阻率表达式为：施主杂质原子的浓度故其电阻率例2.在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度，受主杂质浓度；设室温下本征锗材料的电阻率，假设电子和空穴的迁移率分别为，，若流过样品的电流密度为，求所加的电场强度。
解：须先求出本征载流子浓度又联立得:故样品的电导率：即:E=1.996V/cm习题与思考题：1 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。
2何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？3试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。
4证明当μn≠μp，且电子浓度，空穴浓度时半导体的电导率有最小值，并推导σmin的表达式。
5 0.12kg的Si单晶掺有3.0×10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。
（Si单晶的密度为2.33g/cm3，Sb的原子量为121.8）6 试从经典物理和量子理论分别说明散射的物理意义。
7比较并区别下述物理概念：电导迁移率、霍耳迁移率和漂移迁移率。
8什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？9强电场作用下，迁移率的数值与场强E有关，这时欧姆定律是否仍然正确？为什么？10半导体的电阻系数是正的还是负的？为什么？11有一块本征半导体样品，试描述用以增加其电导率的两个物理过程。
12如果有相同的电阻率的掺杂锗和硅半导体，问哪一个材料的少子浓度高？为什么？13光学波散射和声学波散射的物理机构有何区别？各在什么样晶体中起主要作用？14说明本征锗和硅中载流子迁移率温度增加如何变化？15电导有效质量和状态密度有何区别？它们与电子的纵有效质量和横有效质量的关系如何？16对于仅含一种杂质的锗样品，如果要确定载流子符号、浓度、迁移率和有效质量，应进行哪些测量？17解释多能谷散射如何影响材料的导电性。
18为什么要引入热载流子概念？热载流子和普通载流子有何区别？第五章非平衡载流子例1.某p型半导体掺杂浓度,少子寿命,在均匀光的照射下产生非平衡载流子,其产生率,试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时的费米能级比较。
设本征载流子浓度.解: (1)无光照时,空穴浓度说明无光照时,费米能级在禁带中线下面0.35eV处。
（2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为：上面两式说明，在之下，而在之上。
且非平衡态时空穴的准费米能级和和原来的费米能级几乎无差别，与电子的准费米能级相差甚远，如下图所示。