《半导体物理学》习题库共12页
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》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，
《半导体物理学》习题库共12页
第 1 章思考题和习题1. 300K 时硅的晶格常数a=5.43 ?，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i 位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8 X 1019cm3, K T=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：（a）计算77K、300K、473K 3 个温度下的本征载流子浓度。
（b）300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm i/V • s和2500cm/V • s，计算本征硅的电阻率是多少？8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3X 1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（a）光注入△ n=A p=3X 1012 cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？(b)附加光电导率为多少？(c)画出光注入下的准费米能级 E FN和E FP(E i为参考)的位置示意图。
(d)画出平衡下的能带图，标出E C、E V、E FP、E i 能级的位置，在此基础上再画出光注入时，H P和E FN'，并说明偏离E FP的程度是不同的。
12. 室温下施主杂质浓度N D=4X 1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率口n=1050cm2/V • s，口P=400 cm2/V • s, K T/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？第2章思考题和习题1 .简述PN结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。
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
半导体物理学题库
半导体物理学题库Prepared on 21 November 2021一．填空题1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。
（二阶导数，内部势场）2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。
（状态密度，费米分布函数）3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电，达到热平衡后两者的费米能级________。
（正，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________方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于_________半导体。
（[100]，间接带隙）5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。
（弗仑克耳缺陷，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_________，高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。
（1/2，1/1+exp(2)）7．从能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，后者有利于光子的吸收和发射。
（间接带隙，直接带隙）8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统，服从_________的电子系统称为简并性系统。
（玻尔兹曼分布，费米分布）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_________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_________的大小。
（温度，禁带宽度）10. 半导体的晶格结构式多种多样的，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________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_________和纤锌矿等两种晶格结构。
半导体物理学(刘恩科第七版)习题集标准答案(比较完全)
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）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==-==<-===-==>=+===-+ 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 +-= （， 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，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)mak E MAX=（ 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 =-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==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 =第二章习题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。
半导体物理课后习题(保密)
解: 须先求出本征载流子浓度ni，即
代入数据得，ni=1.86 ×1013cm-3 根据电中性条件有 p0+ND+=n0+NA-
ni
q( n p )
i
1 i ( n p )
联立 载流子浓度公式
n0p0=ni2
可求解得 n0=3.89 ×1013cm-3, p0=8.89 ×1012cm-3 所以样品的电导率为：
解: 由图3-7查得T=500k时，Si的本征载流子浓度ni=3.5×1014cm-3 联立方程
p0=ni2/n0
解得， ND=3.5×1014cm-3时，n0≈4.3×1014cm-3, p0=2.8×1014cm-3 —— n0,p0差别不显著，杂质导电特性不很明显 ND=1012cm-3时，n0≈ni=3.5×1014cm-3, p0=3.5×1014cm-3,即n0=p0. —— 进入本征 半导体材料在某一温度下所处的区域与杂质浓度相关 或 杂质浓度不同，材料进入同一区域所需要的温度不一样。
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。
作业-课后习题14
第三章 半导体中载流子的统计分布
计算含有施主杂质浓度ND=9×1015cm-3与受主杂质浓度为1.1×1016cm-3 的硅在室温时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。
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22.锗的晶格结构和能带结构分别是（C）。
A.金刚石型和直接禁带型B.闪锌矿型和直接禁带型
C.金刚石型和间接禁带型D.闪锌矿型和间接禁带型
23.如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（D）。
A.施主B.复合中心C.陷阱D.两性杂质
A.变大，变小B.变小，变大C.变小，变小D.变大，变大
20.与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（A）。
A.比半导体的大B.比半导体的小
C.与半导体的相等D.不确定
21.一般半导体它的价带顶位于_________，而导带底位于_________。（D）
A.波矢k=0或附近，波矢k≠0B.波矢k≠0，波矢k=0或附近
7．从能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙，直接带隙）
8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统，服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布，费米分布）
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_________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_________的大小。（温度，禁带宽度）
俘获电子：和导带电子浓度和空穴复合中心浓度有关。
发射电子：和复合中心能级上的电子浓度。
俘获空穴：和复合中心能级上的电子浓度和价带空穴浓度有关。
发射空穴：和空的复合中心浓度有关。
5．漂移运动和扩散运动有什么不同？两者之间有什么联系？
答：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。
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第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：（a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
（b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（a）光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？（b）附加光电导率△σ为多少？（c）画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。
（d）画出平衡下的能带图，标出E C、E V、E FP、E i能级的位置，在此基础上再画出光注入时，E FP’和E FN’，并说明偏离E FP的程度是不同的。
12. 室温下施主杂质浓度N D=4×1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s，μp=400 cm2/V·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？第2章思考题和习题1．简述ＰＮ结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。
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 )。
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一、选择题1、下列截图中哪项是硅的能带图 【 】A B C D2、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为 【 】A. 变化量B.常数C. 受主杂质浓度D. 施主杂质浓度 3、公式*/m q τμ=中的τ是半导体载流子的 【 】A. 迁移时间B. 寿命C. 平均自由时间D. 漂移时间4、在下列半导体中，费米能级最高的是 【 】A. 强P 型B. 弱P 型C. 强N 型D. 弱N 型5、用来描述载流子在电场中做漂移运动难以程度的物理量是 【 】A. 电导率B. 迁移率C. 产生率D. 复合率6、晶体内部结构的周期性意味着对于不同原胞的对应点，晶体的电子势能函数 【 】A. 相同B. 局部相同C. 不同D. 无法确定7、选出下列不同于其他三项的一项 【 】A. 空间电荷区B. 势垒区C. 耗尽区D. 中性区8、下面哪项对温度不敏感 【 】A. 扩散电流B. 产生电流C. 复合电流D. 隧道电流9、实际太阳电池中的分流电阻来源于 【 】A. 体电阻B. 接触电阻C. 薄层电阻D. 漏电流10、被誉为第三代半导体材料的是 【 】A. GaAsB. SiC. GeD. GaN11、能带理论指出，如果一个晶体具有不满的能带存在，则该晶体具有 【 】A. 导电性B.绝缘性C. 超导特性D. 半导体特性12、从下面的能带图我们可以断定此半导体为 【 】A. 非本征半导体B. 简并半导体C. N 型半导体D. P 型半导体（第2题图）13、电离杂质散射随着温度的降低和杂质浓度的增加，散射概率【】A. 减小B. 增大C.先增后减D.先减后增14、当PN结处于热平衡状态时，PN结内部下列哪项会相等【】A.电子浓度B. 空穴浓度C. 载流子浓度D. 费米能级15、载流子在运动过程中，会不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞从而改变其运动方向，即发生了【】A. 跃迁B. 偏转C. 激发D. 散射16、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为【】A. 复合中心B. 发光中心C. 陷阱D. 两性杂质17、与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量【】A. 更大B. 更小C. 相等D. 无法确定18、半导体中载流子迁移率的大小主要取决于【】A. 复合机构B. 散射机构C. 能带结构D. 晶体结构19、人眼看到的发光器件发出光的颜色所对应的波长为【】A. 峰值波长B. 长波长C. 短波长D. 主波长20、PN结正偏时不会出现的电流成分是【】A. 扩散电流B. 产生电流C. 复合电流D. 隧道电流21、下列哪项不是空穴的特征【】A. 荷正电B. 分布在导带C. 浓度表示为pD. m p*= - m n*22、关于晶体硅的叙述下列哪项不正确【】A. E g= 1.12eV（300K）B. E g有负温度系数特性C.直接能带结构D. 灰黑色二填空题1、主要由空穴导电的半导体称为半导体。
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半导体物理学题库1．固体材料可以分为晶体和非晶体两大类，它们之间的主要区别是。
2．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放电子。
这种杂质称施主杂质；相应的半导体称 N 型半导体。
3．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射和晶格振动散射。
前者在电离施主或电离受主形成的库伦势场下起主要作用，后者在温度高下起主要作用。
4．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做漂移运动。
5．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那末，为非简并条件；为弱简并条件；简并条件。
6．空穴是半导体物理学中一个特有的概念，它是指：；7．施主杂质电离后向带释放，在材料中形成局域的电中心；受主杂质电离后带释放，在材料中形成电中心；8．半导体中浅能级杂质的主要作用是；深能级杂质所起的主要作用。
9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________；本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。
10.施主杂质电离后向半导体提供，受主杂质电离后向半导体提供，本征激发后向半导体提供。
11.对于一定的n 型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致靠近Ei 。
12.热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与和有关，而与、无关。
A. 杂质浓度B. 杂质类型C. 禁带宽度D. 温度12. 指出下图各表示的是什么类型半导体？13．n o p o =n i 2标志着半导体处于平衡状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？不变；当温度变化时，n o p o 改变否？改变。
14．非平衡载流子通过复合作用而消失，非平衡载流子的平均生存时间叫做寿命τ，寿命τ与复合中心在禁带中的位置密切相关，对于强p 型和强n 型材料，小注入时寿命τn 为，寿命τp 为 .15．迁移率是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，扩散系数是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 qnn 0=μ ，称为爱因斯坦关系式。
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第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E位于禁带中央。
i6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：（a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
（b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。
FN9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。
FP10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（a）光注入△n=△p=3×1012 cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？（b ） 附加光电导率△σ为多少？ （c ） 画出光注入下的准费米能级E ’FN和E ’FP (E i 为参考)的位置示意图。
（d ） 画出平衡下的能带图，标出E C 、E V 、E FP 、E i 能级的位置，在此基础上再画出光注入时，E FP ’和E FN ’，并说明偏离E FP 的程度是不同的。
12. 室温下施主杂质浓度N D =4×1015 cm -3的N 型半导体，测得载流子迁移率μn =1050cm 2/V ·s ，μp =400 cm 2/V ·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？第2章 思考题和习题1．简述ＰＮ结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。
2．画出平衡ＰＮ结，正向ＰＮ结与反向ＰＮ结的能带图，并进行比较。
3．如图２-６９所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。
4．仍如图２-６９为例试分析PN 结加反向偏压时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。
5试画出正、反向PN 结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及少子浓度分布式，并给予比较。
6. 用平衡PN 结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差U D 表达式。
7．简述正反向PN 结的电流转换和传输机理。
8．何为正向PN 结空间电荷区复合电流和反向PN 结空间电荷区的产生电流。
9．写出正、反向电流_电压关系表达式，画出PN 结的伏安特性曲线，并解释pN 结的整流特性特性。
10．推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。
并画出示意图。
11．推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。
并画出示意图。
12．什么叫PN 结的击穿与击穿电压，简述PN 结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。
13．如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？ 14．如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？ 15．如何减小PN 结的表面漏电流？16．什么叫PN 结的电容效应、势垒电容和扩散电容？17．什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？提高二极管开关速度的途径有哪些？18．以N 型硅片为衬底扩硼制备PN 结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度N D =1×1015/cm 3，在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩散系数D=1.5×10-12cm 2/s ，扩散时间t=30min ，扩散结深X j =2.7μm 。
试求：①扩散层表面杂质浓度N s ？②结深处的浓度梯度a j ？③接触电势差U D ？19. 有两个硅PN 结，其中一个结的杂质浓度cmN D 315105-⨯=,cmN A 317105-⨯=;另一个结的cmN D 319105-⨯=，cm N A 317105-⨯=，求室温下两个PN 结的接触电动势差。
并解释为什么杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。
20. 计算一硅PN 结在300K 时的内建电场，cm N A 31810-=，cm N D 31510-=。
21. 已知硅PN结：,10,105316316cm N cm N D A --=⨯=s cm D n 221=，cm D P 210=，,1057s n P -⨯==ττ截面积cm A 24102-⨯=，求①理想饱和电流J 0？②外加正向电压为V 5.0时的正向电流密度J ？ ③电子电流与空穴电流的比值？并给以解释。
22. 仍以上题的条件为例，假设,τττp n g==计算V 4反向偏压时的产生电流密度。
23.最大电场强度（T=300K ）？求反型电压300V 时的最大电场强度。
24. 对于一个浓度梯度为cm 42010-的硅线性缓变结，耗尽层宽度为m μ5.0。
计算最大电场强度和结的总电压降。
25. 一硅P +N 结，其cm N cm N D A 31531910,10--==，面积,10123cm A -⨯=计算反向偏压U 分别等于V 5和V 10的么势垒电容C T 、空间电荷区宽度X M 和最大电场强度E M 。
26. 计算硅P +N 结的击穿电压，其cm N D 31610-=（利用简化式）。
27. 在衬底杂质浓度cm N D 316105-⨯=的N 型硅晶片上进行硼扩散，形成PN结,硼扩散后的表面浓度,10318cm N S -=结深m μ5X j =。
试求结深处的浓度梯度a j ，施加反向偏压V 5时的单位面积势垒电容和击穿电压U B 。
28. 设计一P +N 突变结二极管。
其反向电压为V 130，且正向偏压为V 7.0时的正向电流为mA 2.2。
并假设s p 1070-=τ。
29. 一硅P +N 结，cm N D 31510-=，求击穿时的耗尽层宽度，若N 区减小到mμ5计算击穿电压并进行比较。
30. 一个理想的硅突变结cm N cm N D A 31531810,10--==，求①计算K 250、K300、K400、K500下的内建电场U D，并画出U D对温度T的关系曲线。
②用能带图讨论所得结果。
③求K300下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。
第3章思考题和习题1. 画出PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。
2. 画出正偏置的NPN晶体管载流子输运过程示意图，并解释电流传输和转换机理。
3. 解释发射效率γ0和基区输运系数β＊的物理意义。
4. 解释晶体管共基极直流电流放大系数α０，共发射极直流电流放大系数β０的含义，并写出α０、β０、γ和β＊的关系式。
5. 什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？两者在工作原理上有什么不同？6. 画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论它们之间的异同。
7.晶体管的反向电流ＩＣＢＯ、ＩＥＢＯ、ＩＣＥＯ是如何定义的？写出ＩＣＥＯ与ＩＣＢＯ之间的关系式并加以讨论。
8.晶体管的反向击穿电压ＢＵＣＢＯ、ＢＵＣＥＯ、ＢＵＥＢＯ是如何定义的？写出ＢＵＣＥＯ与ＢＵＣＢＯ之间的关系式，并加以讨论。
9.高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么？10.描写晶体管的频率参数主要有哪些？它们分别的含义是什么？11.影响特征频率ｆＴ的因素是什么？如何特征频率ｆＴ？12.画出晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图。
13.大电流时晶体管的β０、ｆＴ下降的主要原因是什么？14. 简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机理。
15. 什么叫晶体管最大耗散功率ＰＣＭ？它与哪些因素有关？如何减少晶体管热阻ＲＴ？16. 画出晶体管的开关波形，图中注明延迟时间τｄ、上升时间ｔｒ、储存时间ｔｓ、下降时间ｔｆ，并解释其物理意义。
17. 解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。
18. 以ＮＰＮ硅平面为例，当发射结正偏、集电结反偏状态下，分别说明从发射极进入的电子流，在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中，以什么运动形式（指扩散或漂移）为主。
19. 试比较ｆα、ｆβ、ｆＴ的相对大小。
20. 画出晶体管饱和态时的载流子分布，并简述超量存储电荷的消失过程。
21. 画出普通晶闸的基本结构图，并简述其基本工作原理。
22. 有一低频小功率合金晶体管，用N 型Ge 作基片，其电阻率为1.5Ωcm ，用烧铟合金方法制备发射区和集电区，两区掺杂浓度约为3×1018/cm 3，求r o （已知W b =50m μ，L ne =5m μ）。
23. 某一对称的P +NP +锗合金管，基区宽度为5m μ，基区杂质浓度为5×1015cm -3，基区空穴寿命为10s μ（A E =A C =10-3cm 2）。
计算在U EB =0.26V 、U CB =-50V 时的基极电流I B ？求出上述条件下的α0和β0（r 0≈1）。
24. 已知均匀基区硅NPN 晶体管的γ0=0.99，BU CBO =150V,W b =18.7m μ，基区中电子寿命тb =1us （若忽略发射结空间电荷区复合和基区表面复合），求α0、β0、β0*和BU CEO （设D n =35cm 2/s).25. 已知NPN 双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率ρc =1.2Ωcm ，集电区厚度W c =10m μ，硼扩散表面浓度N BS =5×1018cm -3，结深X jc =1.4m μ。
求集电极偏置电压分别为25V 和2V 时产生基区扩展效应的临界电流密度。
26. 已知P +NP 晶体管，其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为5×1018cm -3、2×1016cm -3、1×1015cm -3，基区宽度W b =1.0m μ，器件截面积为0.2mm 2,当发射结上的正向偏压为0.5V ，集电结反向偏压为5V 时，计算：（1）中性基区宽度？（2）发射结少数载流子浓度？27. 对于习题26中的晶体管，少数载流子在发射区、基区、集电区德扩散系数分别为52cm 2/s 、40cm 2/s 、115cm 2/s ，对应的少数载流寿命分别为10-8s 、10-7s 、10-6s ，求晶体管的各电流分量？28. 利用习题26、习题27所得到的结果，求出晶体管的端点电流I E 、I C 和I B 。