半导体器件物理习题解答
半导体器件物理习题答案
半导体器件物理习题答案1、简要的回答并说明理由：①p+-n结的势垒宽度主要决定于n 型一边、还是p型一边的掺杂浓度？②p+-n结的势垒宽度与温度的关系怎样？③p+-n结的势垒宽度与外加电压的关系怎样？④Schottky 势垒的宽度与半导体掺杂浓度和温度分别有关吗？【解答】①p+-n结是单边突变结，其势垒厚度主要是在n型半导体一边，所以p+-n结的势垒宽度主要决定于n型一边的掺杂浓度；而与p型一边的掺杂浓度关系不大。
因为势垒区中的空间电荷主要是电离杂质中心所提供的电荷（耗尽层近似），则掺杂浓度越大，空间电荷的密度就越大，所以势垒厚度就越薄。
②因为在掺杂浓度一定时，势垒宽度与势垒高度成正比，而势垒高度随着温度的升高是降低的，所以p+-n结的势垒宽度将随着温度的升高而减薄；当温度升高到本征激发起作用时，p-n结即不复存在，则势垒高度和势垒宽度就都将变为0。
③外加正向电压时，势垒区中的电场减弱，则势垒高度降低，相应地势垒宽度也减薄；外加反向电压时，势垒区中的电场增强，则势垒高度升高，相应地势垒宽度也增大。
④Schottky势垒区主要是在半导体一边，所以其势垒宽度与半导体掺杂浓度和温度都有关（掺杂浓度越大，势垒宽度越小；温度越高，势垒宽度也越小）。
2、简要的回答并说明理由：①p-n结的势垒高度与掺杂浓度的关系怎样？②p-n结的势垒高度与温度的关系怎样？③p-n结的势垒高度与外加电压的关系怎样？【解答】①因为平衡时p-n结势垒（内建电场区）是起着阻挡多数载流子往对方扩散的作用，势垒高度就反映了这种阻挡作用的强弱，即势垒高度表征着内建电场的大小；当掺杂浓度提高时，多数载流子浓度增大，则往对方扩散的作用增强，从而为了达到平衡，就需要更强的内建电场、即需要更高的势垒，所以势垒高度随着掺杂浓度的提高而升高（从Fermi 能级的概念出发也可说明这种关系：因为平衡时p-n结的势垒高度等于两边半导体的Fermi 能级的差，当掺杂浓度提高时，则Fermi能级更加靠近能带极值[n型半导体的更靠近导带底，p型半导体的更靠近价带顶]，使得两边Fermi能级的差变得更大，所以势垒高度增大）。
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。
半导体物理参考习题和解答
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。
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。
半导体物理与器件习题答案
半导体物理与器件习题答案【篇一：半导体物理与器件课后习题2】图3.35所示色e-k关系曲线表示了两种可能的价带。
说明其中哪一种对应的空穴有效质量较大。
为什么？解：图中b曲线对应的空穴有效质量较大空穴的有效质量： m*p?1 21de?222?dk?图中曲线a的弯曲程度大于曲线bd2e 故 22dkd2e?22dkba?m*p?a??m*p?b?3.16 图3.37所示为两种不同半导体材料导带中电子的e-k关系抛物线，试确定两种电子的有效质量（以自由电子质量为单位）。
解：e-k关系曲线k=0附近的图形 ?k2近似于抛物线故有：e?ec? *2mn由图可知 ec?0①对于a曲线1??1.055?10?0.1????2k210-10??*?31? ?4.97?10kg?0.55me 有mn（a）?-192e0.07?1.06?10 ?-342?2②对于b曲线有1??1.055?10??0.1?-10?22?k10?32m*??4.97?10kg?0.055men （b）?-192e0.7?1.06?10 ?-342?23.20 硅的能带图3.23b所示导带的最小能量出现在[100]方向上。
最小值附近一维方向上的能量可以近似为s(k?k0) e?e0?e1co?其中k0是最小能量的k值。
是确定k?k0时的粒子的有效质量。
解：导带能量最小值附近一维方向上的能量e?e0?e1cos?(k?k0) d2e ?22??2e1cos?(k?k0) dkd2e当k?k0时 cos?(k?k0)?1；22??2e1dk 11d2e?*?222又mn?dk?2?k?k0时粒子的有效质量为：m?2?e1 *n3.24 试确定t=300k时gaas中ev和ev-kt之间的总量子态数量。
h3?3*2pev?e当t=300k时 gaas中ev和ev?kt之间总量子态数量：h3h36.6262?10?3432?1.38?103?23?30032?3.28?10?7cm?33.37 某种材料t=300k时的费米能级为6.25ev。
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。
半导体物理习题及解答
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。
第一篇题解 半导体中的电子状态 刘诺 编1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，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。
1-2、 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。
1-3、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*。
1-4、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）第二篇习题-半导体中的杂质和缺陷能级刘诺编2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、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。
2-3、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。
半导体物理学习题答案（有目录）
半导体物理学习题答案（有目录）半导体物理习题解答目录1－1．（P32）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： (2)1－2．（P33）晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，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。
(3)3－7．（P81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，试求锗的载流子有效质量mn*和mp*。
(3)3－8．（P82）利用题7所给的Nc和Nv数值及Eg＝0.67eV，求温度为300k和500k时，含施主浓度ND＝5×1015cm-3，受主浓度NA＝2×109cm-3的锗中电子及空穴浓度为多少？ (4)3－11．（P82）若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算(1)99%电离，(2)90%电离，(3)50%电离时温度各为多少？ (5)3－14．（P82）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k 时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。
(6)3－18．（P82）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.04eV，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。
(7)3－19．（P82）求室温下掺锑的n型硅，使EF＝(EC＋ED)/2时的锑的浓度。
已知锑的电离能为0.039eV。
(7)3－20．（P82）制造晶体管一般是在高杂质浓度的n型衬底上外延一层n型的外延层，再在外延层中扩散硼、磷而成。
①设n型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039eV，300k时的EF位于导带底下面0.026eV处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。
(8)4－1．（P113）300K时，Ge的本征电阻率为47Ω.cm，如电子和空穴迁移率分别为3900cm2/V.S和1900cm2/V.S，试求本征Ge的载流子浓度。
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 )。
半导体器件物理习题解答
(1) 根据 f T 的测量式， f T | | f 150 MHz
fT (2) 当信号频率 f 为 15 MHz 时， | | 10 f fT 当信号频率 f 为 60 MHz 时， | | 2.5 f
已知P沟MOSFET的沟道长度L＝10微米，沟道宽度W＝400
解： 在基极区中
L p DP p 10107 cm 103 cm
ni2 (9.65109 ) 2 3 2 3 pn 0 cm 9 . 13 10 cm NB 1017
在发射极区域中
LE DE E 10 cm
4
n EO
ni2 9.13cm3 NE
因为W/Lp=0.05<<1，各电流成分为
I Ep 1.6 1019 5 104 10 9.31102 0.6 / 0.0259 4 4 e 10 A 1 . 7137 10 A 4 0.5 10
I Cp 1.7137104 A
I En 1.6 1019 5 104 1 9.31 0.6 / 0.0259 8 ( e 1 ) A 8 . 5687 10 A 4 10
9 2
1 16 10
10 1 5 107 5 1016
21 5 107
A / cm2
8.85 1012 A / cm2
由截面积A=2×10-4 cm2得到： I s A J s 2 104 8.851012 A 1.721015 A
I Ep
（b）基区输运系数 为
0
I Cp I Ep
2.99 0.9967 3
（c）共基电流增益为 0＝ 0 0 0.9967 0.9967 0.9934
半导体物理与器件第三版)课后练习题含答案
半导体物理与器件第三版课后练习题含答案1. 对于p型半导体和n型半导体，请回答以下问题：a. 哪些原子的掺入能够形成p型半导体？掺入三价元素（如硼、铝等）能够形成p型半导体。
b. 哪些原子的掺入能够形成n型半导体？掺入五价元素（如磷、砷等）能够形成n型半导体。
c. 请说明掺杂浓度对于导电性有何影响？掺杂浓度越高，导电性越强。
因为高浓度的杂质能够带来更多的杂质离子和电子，从而提高了载流子浓度，增强了半导体的导电性。
d. 在p型半导体中，哪些能级是占据态，哪些是空的？在p型半导体中，价带能级是占据态，而导带能级是空的。
e. 在n型半导体中，哪些能级是占据态，哪些是空的？在n型半导体中，导带能级是占据态，而价带能级是空的。
2. 硅p-n结的温度系数是大于零还是小于零？请解释原因。
硅p-n结的温度系数是负的。
这是因为在给定的工作温度下，少子寿命的下降速率与载流子浓度的增长速率之间存在一个平衡。
当温度升高时，载流子浓度增长的速率加快，因而少子寿命下降的速率也会变大。
这一现象会导致整体导电性下降，即硅p-n结中的电流减少。
因此，硅p-n结的温度系数为负。
3. 在半导体器件中，为什么p-n结击穿电压很重要？请简要解释。
p-n结击穿电压是指在一个p-n结器件中施加的足以导致电流大幅增加的电压。
在普通的工作条件下，p-n结是一个非导电状态，而电流仅仅是由热激发和少数载流子扩散引起。
但是，当施加的电压超过了击穿电压时，大量的载流子会被电流激发和扩散，从而导致电流剧增，从而损坏器件或者破坏电路的运行。
因此，掌握p-n结的击穿电压非常重要，可以保证器件稳定和电路的可靠性。
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 )。
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。
半导体物理课后习题答案(1-12章)
＝
(6.62 × 10 − 27 ) 2 ＝0.64eV 48 × 9.1 × 10 − 28 × (3.14 × 10 − 8 ) 2 × 1.6 × 10 − 11
② 77k 时，由（3－46）式得到： Ec － ED ＝ 0.01eV ； T ＝ 77k ； k0 ＝ 1.38×10-23J/K; n0 ＝ 1017 cm − 3 ； Nc ＝ 1.365×1019cm-3； Po 可忽略不计，由于 n 0 = n D ，即
° m0 q 4 ε 0 h2 = 13.6 e V a = = 0.53A ， 0 8ε r2 h2 m0 e2π
∗ 当 ε r = 11.1 ， m p = 0.86m0 时
m∗p E0 13.6 ∆ EA = � 2 � 0.86 m0 ε r 11.12 r1, p = ε r (
9.49 10− 2 eV
( 2mdn ) 4π V
h3
32
(E−
Ec ) 2
1
蝌
E1
E2
dZ = 4π
32
( 2mdn )
h3
32
骣 h2 Ec + 100 琪 ∗ 2 琪8 m L 桫 n Ec 3 2
(E−
Ec ) 2 dE
1
( 2mdn )
h3
2 骣 h2 创 琪100 ∗ 2 3 桫 8mn L
故： Z=1000π 3L3 7. ① 在室温下，锗的有效状态密度 Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3， 试求锗的载流子有效质量 mn*和 mp*。计算 77k 时的 Nc 和 Nv。已知 300k 时，Eg＝
半导体器件物理课后习题答案中文版(施敏)
E�
2 3
2 1
得�简化并式上入代
)
2
h / T k n m �2 ( 21 �
C
N和2/3)2h/Tkpm�2(2≡ VN将
DN=iN�时度温征本
3�
mc 01 � D N
51
,)Tk2/ g E-( pxe v N c N
� i n 有意题据根�解
�
。度温征本的品样硅的米厘 方立/子原磷 5101杂掺出找。度温的时度浓质杂于 等度浓子流载征本当为度温征本的体导半一 .41
�
) 2/3-aT : a�( = ) 2/3-T : n�( �解 。2度浓质杂总为TN中其 �化变而 TN/2/3T 着随为视可上论理 I�率移迁的成造所射散质 杂由。少减式方的 2/3-T 随将 L�率移迁的成造所射散格晶示 显析分论理。�页94书�系关例比的 2/3-T与L�用利以可实其
�
��
) x ( 散扩n J
�
��E
)x ( E � � �
移漂 n
J
式形分微的律定姆欧据根
移漂n
0 � nJ �
散扩n
J�
J
有以所�动流净的子流载有没部内品样�时衡平热为因
)x(E的时1-m�1 = a当出算计)b(。法示表的)x(E场电建内下态状衡 平在求�中围范的in >> DN在)a(。)xa-( pxeoN = DN 得使而�主施了杂掺端一从品样晶硅征本个一 .11
1
�
� pq
1
。之示表DN以并AN求�05 = pD/nD若。阻电 的1R 5.0个一了生产而��DN>>AN�AN主受的量知 未个一了杂掺又后之体导半个一同。1R阻电一有具且 �质杂的�in >> DN�DN为度浓了杂掺体导半个一 .9
半导体器件物理课后习题答案中文版(施敏)
� 解答: � (a) � 硅的晶体结构是金刚石
晶格结构�这种结构也 属于面心立方晶体家族� 而且可被视为两个相互 套构的面心立方副晶格� 此两个副晶格偏移的距 离为立方体体对角线的 1/4�a /4的长3度�
硅在300K时的晶格常数为5.43Å�
所以硅中最相邻原子距离=
量出的霍耳电压为 +10 mV�求半导体样品的霍耳系数、导
体型态、多数载流子浓度、电阻率及迁移率。
� 因为霍耳电压为正的�所以该样品为p型半导体(空穴导电)
� 多子浓度�
�
p � IBZW
qV
霍耳系数�
H
A
�
2.5 �10 �3 � 30 �10 �4 � 0.05 1.6 �10 �19 �10 �10 �3 �1.6 �10 �3
解�在能量为dE范围内单位体积的电子数 N(E)F(E)dE, 而导带中每个电子的动能为E-Ec 所以导带中单位体积电子总动能为
��
� (E � Ec ) N (E )F (E )dE Ec
而导带单位体积总的电子数为
��
� N (E )F (E )dE Ec
导带中电子平均动能�
��
� ( E � Ec ) N ( E ) F ( E )dE Ec �� � N ( E ) F ( E )dE Ec
Dp
�
kT q
�p
和
Dn
�
kT q
�n
得
� n � Dn � 50 �p Dp
用ρn和ρp相除�最后得 NA=100ND
11. 一个本征硅晶样品从一端掺杂了施主�而使得
ND = Noexp (-ax)。(a)在ND >> ni的范围中�求在平 衡状态下内建电场E(x)的表示法。(b)计算出当a =
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1.6 10 19 5 10 4 1 9.31 0.6 / 0.0259 (e 1) A 8.5687 10 8 A 10 4
共基电流增益0为
0
I Cp I Ep I En
1.7137 10 4 0.995 4 8 1.7137 10 8.5687 10
得到
1018 1015 图3.6 硅和砷化镓的p端和n端突变结的内建电势和杂质浓度的 Vbi (0.0259 ) ln V 0.774V 9 2 (9.65 10 )
或由右图得到
Vbi n p 0.30V 0.47V 0.77V
一硅单边突变结，其NA ＝1019cm-3 ，ND=1016cm-3 ，计算在零偏 压时的耗尽区宽度和最大电场(T＝300K)． 解：由
已知某硅NPN缓变基区晶体管的基区宽度WB＝0.5微米，基区 少子扩散系数DB＝20cm2s-1，基区自建场因子η ＝10，试计 算该晶体管的基区渡越时间τ b。
W 2 1 11 b 1 1.125 10 (s) 2 DB
2 B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、某高频晶体管的β＝50，当信号频率f为30MHz时测 得其|βω| ＝5。试求： （1）该晶体管的特征频率fT。
9 2
1 16 10
10 1 5 10 7 5 1016
21 5 10 7
A / cm2
8.85 10 12 A / cm2
由截面积A=2×10-4 cm2得到： I s A J s 2 10 4 8.85 10 12 A 1.72 10 15 A
(2)当信号频率f分别为15MHz和60MHz时该晶体管的
|βω|值。
(1) 根据 f T 的测量式， f T | | f 150 MHz
fT (2) 当信号频率 f 为 15 MHz 时，| | 10 f fT 当信号频率 f 为 60 MHz 时， | | 2.5 f
因为W/Lp=0.05<<1，各电流成分为
I Ep 1.6 10 19 5 10 4 10 9.31 10 2 e 0.6 / 0.0259 10 4 A 1.7137 10 4 A 0.5 10 4
I Cp 1.7137 10 4 A
I En
计算一硅p-n结在300K时的内 建电势，其NA ＝1018cm-3 和ND ＝1015cm-3． 解 由式
p或n / V
0 .8
0 .6
GaAs
0 .4 Si 0 .2 0 1014 1015 1016 1017 N A或N D / cm 3 1018 300K
kT N AND Vbi n p ln( 2 ) q ni
kT N AND Vbi n p ln( 2 ) q ni
W xn 2 sVbi qN D
Em
qNBW
s
可得
1019 1016 Vbi 0.0529 ln V 0.895V 9 2 (9.65 10 ) qN BW Em 0.52 10 4 V / cm
I Ep
（b）基区输运系数 为
0
I Cp I Ep
2.99 0.9967 3
（c）共基电流增益为 0＝ 0 0 0.9967 0.9967 0.9934 （d） I E I Ep＋I En＝3mA 0.01mA 3.01mA,
I C I Cp I Cn 2.99 mA 0.001mA 2.991mA
s
W
2 sVbi 3.34 10 5 m 0.343 m qN D
计算硅p-n结二极管的理想反向饱和电流，其截面积为2×10-4 cm2 ． 二 极 管 的 参 数 是 ： NA=5×1016cm-3 ， ND=1016cm-3 ， ni=9.65×109cm-3 ， Dn=21 cm2/s ， Dp=10 cm2/s ， p0= n0= 5×10-7 s. 解: 由
Js qDp pn 0 Lp
Ln
qDn n p 0 Ln
2 i
和 Lp
D p p
Ln Dn n
得到：J s
qDp pn 0 Lp
qDn n p 0
1.6 10
19
9.65 10
1 Dp 1 Dn qn N D p0 N A n0
已 知 在 一 理 想 晶 体 管 中 ， 各 电 流 成 分 为 ： IEp=3mA 、 IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。求出共射电流增益 β0，并以β0和ICBO表示ICEO，并求出ICEO的值。 解： 发射效率为
基区输运系数为 共基电流增益为 因此可得
3 ＝ ＝ ＝0.9967 I Ep＋I En 3＋0.01 I Cp 2.99 T 0.9967 I Ep 3 I Ep
解： 在基极区域中
L p DP p 10 10 7 cm 10 3 cm
pn0 ni2 (9.65 10 9 ) 2 cm 3 9.13 10 2 cm 3 NB 1017
4
在发射极区域中
LE DE E 10 cm
n EO ni2 9.13cm 3 NE
所以 I CBO I C 0 I E 2.991mA 0.9934 3.01mA 0.87 A
一个理想的p+-n-p晶体管，其发射区、基区和集电区的掺杂浓
度分别为1019cm-3、1017cm-3和5×1015cm-3，而寿命分别为10-8s、 10-7s和10-6s，假设有效横截面面积A为0.05mm2 ，且射基结正 向偏压在0.6V，其他晶体管的参数为DE=1cm2/s、Dp=10cm2/s、 DC=2cm2/s、W＝0.5μ m。 试求晶体管的共基电流增益。
2Tox L
VT2
p 3.9 8.85 10 14 400
2 150 10 9 10
7 2 2.25 p mA
VDS VGS VT 7 3 4
已知P沟MOSFET的沟道长度L＝10微米，沟道宽度W＝400
微米，栅氧化层厚度Tox＝ 150nm，阈值电压VT＝－3V，衬
底杂质浓度1×1015cm－3，求（1）栅源电压VGS＝－7V时， MOS管的漏源饱和电流；（2）在上述条件下，当VDS等于多 少时沟道夹断？ 答：
I DSS
p 0 W
0＝ T 0.9967 0.9967 0.9934
0＝
I CEO
0.9934 ＝ .5 150 1－0.9934
0 ( 1) I CBO ( 0 1) I CBO 10
所以
I CEO (150 .5 1) 0.87 10 6 A 1.32 10 4 A
已 知 在 一 理 想 晶 体 管 中 ， 各 电 流 成 分 为 ： IEp=3mA 、 IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。
试求出下列各值：
(a)发射效率0； (b)基区输运系数T； (c)共基电流增益0； (d)ICBO。
解 （a）发射效率为
3 0＝ ＝ ＝0.9967 I Ep＋I En 3＋0.01