半导体器件物理复习题完整版模板

杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。
17.束缚态：
在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导
体内的电子、空穴浓度非常小。
18.本征半导体的能带特征：
本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量
导体的载流子浓度。
21.非本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：
2「Ef- EFi1■Ef- EFi1
n
1 kT
22.补偿半导体的电中性条件：
noNa'PoN；1其中：
no是热平衡时，导带中总的电子浓度；
Po是热平衡时，价带中总的空穴浓度；
Na一二Na- Pa是热平衡时，受主能级上已经电离的受主杂质;
:9eV
4.7eV
Dielectric constant
3.9
7.5
Melting point
:17000C
19000C
空穴玻尔兹曼函数fFE二exp
E E
-EfE的乘积进行积分（即
-
E*3/2
严
h
dE）得到的
2
称谓价带空
穴的有效状态密度。
8.以导带底能量Ec为参考，导带中的平衡电子浓度:
n0=Ncexp\--c~-F〔其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘1kT一
以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。
3.受主（杂质）原子：
形成P型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（
般为兀素周期表中的
川族兀素）。
4.施主（杂质）原子：
形成N型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（
般为兀素周期表中的
V族兀素）。
5.杂质补偿半导体：
半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。
6.兼并半导体：
对N型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，
;EFi-Ef=kTIn
Po
(6)
5丿
5丿
如果掺杂浓度
带入（6）式得:
带靠近（为什么会向导带靠近？）；同样，随着受主掺杂浓度Na的增大，P型半导体的费米
能级Ef远离本征费米能级EFi向价带靠近（为什么会向价带靠近？）。
25.费米能级在能带中随温度的变化？
&）fN）
由于，Ef—EFi=kTln」；Er—EF=kTln亠（8）
13
mp
/*、
3!mp
—Emidgap+—kT ln~
4⑴丿
； 其中禁带宽度
Eg=Ec。E
Байду номын сангаас15.本征载流子浓度n:
本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度p0=ni。硅半导体，在
T =300K
16.杂质完全电离状态：
当温度高于某个温度时， 掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺
半导体器件物理复习题
一.平衡半导体：
概念题：
1.平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）
所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度
等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。
2.本征半导体：
本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。
27.常用物理量转换单位
C
1A=10」nm=10°Lm =10^mm=10*cm=10，°m
1mil =10J3i n =25.5」m
1in = 25.4cm
1eV =1.6 10,9J
28.常用物理常数：
Properties of SQ2and Si3N4(T =300K)
SiO2
Si3N4
Energy gap
nNd-Nano=-^
少子空穴浓度是：比二^。
n。
对净杂质浓度是P型时，热平衡时的空穴浓度是
n
少子电子浓度是：n0=Di。
Po
理解题：
23. 结合下图，分别用语言描述N型半导体、
导带
no®
「I
Po=nexp
IEtEI
24.费米能级随掺杂浓度是如何变化的?
可分别求出:
利用
Ef— EFi=kT In
no
费米能级咼于导带底（Ef-Eca0）；对P型掺杂的半导体而言，
空穴浓度大于价带的有效
状态密度。费米能级低于价带顶（Ef-Ev:: 0）。
7.有效状态密度:
*3/2
在导带能量范围（Ec~^）内，对导带量子态密度函数g^Ep"'2?）JE —Ec与
电子的有效状态密度。
*3/2
4
在价带能量范围（-：：~Ev）内，对价带量子态密度函数gvE3Ev-E与
n2=NcNvexp
=肌2expi兰
"exp
<_E\匚g
1kT丿
丿
lkT丿
2
noPo= ni，
本征载流子浓度强烈依赖与温度。
以本征费米能级为参考描述的电子浓度和空穴浓度：
n°=n®P! kT]
Po=m exp
从上式可以看出：如果EF=EFi，可以得出 ①=p0=n nopo=*2，此时的半导体具有
本征半导体的特征。上式的载流子浓度表达式既可以描述非本征半导体，又可以描述本征半
N/二Nd-nd是热平衡时，施主能级上已经电离的施主杂质;
Na是受主掺杂浓度；Nd是施主掺杂浓度；pa是占据受主能级的空穴浓度；g是占据施主
能级的电子浓度。也可以将（1）写成：
no（心 -Pa）二Po肌 -nd2
在完全电离时的电中性条件：
完全电离时，nd=0,Pa=0，有noN^ PoNd
3
对净杂质浓度是N型时，热平衡时的电子浓度是
严格相等，那么本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。在该书的其后章节中， 都假
设：本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。（画出本征半导体的能带图）。
19.非本征半导体：
进仃了疋量的施主或受主掺杂，
从而使电子浓度或空穴浓度偏离了本征载流子浓度，
产生多
子电子（N型）或多子空穴（
P型）的半导体。
20.本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系:
In丿Jni丿[
温度升高时，本征载流子浓度 口增大，N型和P型半导体的费米能级都向本征费米能级靠近。
为什么？
26.硅的特性参数：
在室温（T =300K时，）硅的
导带有效状态密度Nc=2.8 1019cm",
价带的有效状态密度Nv=1.04 1019cm‘；
本征载流子浓度：ni=1.5汉10%口 °
禁带宽度（或称带隙能量）Eg=1.12eV
9.以价带顶能量Ev为参考，价带中的平衡空穴浓度：
NexppkT旦】其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘
肌=2
3
‘2兀m；kT f
<h2丿
Nv=2|
3
*2兀m；kT远＜『丿
12.导带中电子的有效状态密度
13•价带中空穴的有效状态密度
？
14.本征费米能级EFi:
是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，