《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=5.43Å，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。

i

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

的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。

FN

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

的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。

FP

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=3×1012 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

cm

N D 3

15

105-⨯=,cm

N A 3

17105-⨯=;另一个结的cm

N D 3

19105-⨯=，

cm N A 3

17105-⨯=，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 3

1510-=。

21. 已知硅PN

结：

,10,105316316cm N cm N D A --=⨯=s cm D n 2

21=，cm D P 210=，,1057

s 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 4

2010-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 3

16

10-=（利用简化式）。

27. 在衬底杂质浓度cm N D 3

16105-⨯=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

,103

18cm 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 107

0-=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m

μ5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 3

1531810,10--==，求①计算K 250、