微电子器件刘刚前三章课后答案
微电子技术基础 全册习题解答
微电子技术基础全册习题解答第1章习题解答1．微电子学主要以半导体材料的研究为基础，以实现电路和系统的集成为目的，构建各类复杂的微小化的芯片，其涵盖范围非常广泛，包括各类集成电路（Integrated Circuit，IC）、微型传感器、光电器件及特殊的分离器件等。
2．数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。
3．设计、制造、封装、测试。
4．微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统及电源于一体的系统。
典型应用包括微加速度计、微磁力计、微陀螺仪等。
第2章习题解答1．（100）平面：4.83Å，（110）平面：6.83Å2．略。
3．略。
4．硅的原子密度约为5×1022/cm3，硅外层有四个价电子，故价电子密度为2×1023/cm3 5．N型掺杂杂质：P、As、Sb，P型掺杂杂质：B、Al、Ga、In6．As有5个价电子，为施主杂质，形成N型半导体7．当半导体中同时存在施主和受主杂质时，会发生杂杂质补偿作用，在实际工艺中杂质补偿作用使用的非常广泛，例如在P阱结构中制备NMOS管8．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。
理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。
理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
9．费米能级用于衡量一定温度下，电子在各个量子态上的统计分布。
数值上费米能级是温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。
10．状态密度函数表示能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
11．费米-狄拉克概率函数表示热平衡状态下电子（服从泡利不相容原理的费米子）在不同能量的量子态上统计分布概率。
12．1.5k0T：费米函数0.182，玻尔兹曼函数0.2334k0T：费米函数0.018，玻尔兹曼函数0.018310k0T：费米函数4.54×10-5，玻尔兹曼函数4.54×10-513．所以假设硅的本征费米能级位于禁带中央是合理的14．假设杂质全部由强电离区的E FN D=1019/cm3；E F=E c-0.027eV15．未电离杂质占的百分比为得出：T=37.1K16．本征载流子浓度：1013/cm 3，多子浓度： 1.62×1013/cm 3，少子浓度：6.17×1012/cm 3，E F -E i =0.017eV17．*pC V 0i F *n 3ln 24m E E k T E E m +==+，当温度较小时，第二项整体数值较小，本征费米能级可近似认为处于禁带中央。
微电子器件课后答案(第三版)
Hale Waihona Puke 得：VBE 0.55V WB2 1 WB 已知： 1 1 , 将 n 106 s 及 WB 、DB 2 LB 2 DB n
q
s
N D xn , 由此得：xn
q
s
N A xp , 由此得：xp
s Emax
qN A
(2) 对于无 I 型区的 PN 结： q xi1 0, xi2 0, E1 N D ( x xn ), s
在 x 0 处，电场达到最大， Emax q
E3 N D xn
0
AE q 2 DE ni2 1 QEO
1
再根据注入效率的定义，可得：
J pE QBO DE J nE J nE 1 1 J E J nE J pE J nE QBE DB
9、
I C AE J nC AE J nE
1 2
39、
qV I F I 0 exp kT dI F qI F gD dV kT kT 当 T 300K 时, 0.026 V, 对于 I F 10 mA 0.01 A， q 10 1 gD 0.385s, rD 2.6 26 gD kT 373 在 100C 时， 0.026 0.0323V, q 300 10 1 gD 0.309s, rD 3.23 32.3 gD
模拟电子技术(模电课后习题含标准答案)(第三版)
第1章 常用半导体器件1.1选择合适答案填入空内。
(l)在本征半导体中加入( A )元素可形成N 型半导体，加入( C )元素可形成P 型半导体。
A.五价 B. 四价 C. 三价 (2)当温度升高时，二极管的反向饱和电流将(A) 。
A.增大 B.不变 C.减小(3)工作在放大区的某三极管，如果当I B 从12 uA 增大到22 uA 时，I C 从l mA 变为2mA ，那么它的β约为( C ) 。
A.83B.91C.100(4)当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时,它的低频跨导g m 将( A ) 。
A.增大；B.不变；C.减小 1.3电路如图P1.2 所示，已知10sin i u t ω=(V )，试画出i u 与o u 的波形。
设二极管导通电压可忽略不计。
图P1.2 解图P1.2解：i u 与o u 的波形如解图Pl.2所示。
1.4电路如图P1.3所示，已知t u i ωsin 5=(V )，二极管导通电压U D =0.7V 。
试画出i u 与o u 的波形图，并标出幅值。
图P1.3 解图P1.31.6电路如图P1.4所示, 二极管导通电压U D =0.7V ,常温下mV U T 26≈，电容C 对交流信号可视为短路；i u 为正弦波，有效值为10mV 。
试问二极管中流过的交流电流的有效值为多少？解：二极管的直流电流()/ 2.6D D I V U R mA =-=其动态电阻:/10D T D r U I ≈=Ω故动态电流的有效值：/1di D I U r mA =≈1.7现有两只稳压管，稳压值分别是6V 和8V ，正向导通电压为0.7V 。
试问： (1)若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ (2)若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？解：(1)串联相接可得4种：1.4V ；14V ；6.7V ；8.7V 。
1、两个管子都正接。
（1.4V ）2、6V 的管子反接，8V 的正接。
电子科技大学微电子器件习题
电子科技大学微电子器件习题第二章PN结填空题1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。
2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。
内建电场的方向是从（）区指向（）区。
3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。
由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。
4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。
5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。
6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。
8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。
若P型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。
9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。
10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。
11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。
12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（）。
每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。
13、PN结扩散电流的表达式为（）。
这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。
14、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（）电流为主；当电压较高时，以（）电流为主。
微电子封装技术-课后习题答案
3.3简述包封技术的工艺过程。
答：
常用的包封封装法，一般是将树脂覆盖在半导体芯片上，使其与外界环境隔绝。覆盖树脂的方法有以下五种。1.涂布法，用笔或毛刷等蘸取树脂，在半导体芯片上涂布，然后加热固化完成封装。涂布法要求树脂黏度适中略低。2.浸渍法，将芯片浸入装满环氧树脂或酚树脂液体的浴槽中，浸渍一定时间后向上提拉，然后加热固化完成封装。3.滴灌法，又叫滴下法，用注射器及布液器将液态树脂滴灌在半导体芯片上，然后加热固化完成封装。4.流动浸渍法，又叫粉体涂装法。将芯片置于预加热的状态，浸入装满环氧树脂与氧化硅粉末的混合粉体，并置于流动状态的流动浴槽中，浸渍一定时间，待粉体附着达到一定厚度后，经加热固化完成封装。5.模注法，将芯片放入比其尺寸略大的模具或树脂盒中，构成模块，向模块间隙中注入液体树脂，然后加热固化完成封装，这是最常见的一种包封形式。
2.9简述微电子封装中常用的成形技术。
答：
常见的成形技术主要有金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。塑料封装是最常用的封装方式，塑料封装的成形技术有多种，主要包括转移成形技术（Transfer Molding）、喷射成形技术（Inject Molding）和预成形技术（Premolding）等。
2.10简述常用的去飞边毛刺技术及其主要特点。
按照器件与电路板互连方式区分，封装可以分为引脚插入型（Pin-Through-Hole，PTH）和表面贴装型（Surface Mount Technology，SMT）两大类。PTH器件的引脚为细针状或薄板状金属，以供插入底座或电路板的导孔中进行焊接固定。SMT器件则先粘贴于电路板上再进行焊接，它具有海鸥翅型、钩型、直柄型的金属引脚或电极凸块引脚。
微电子器件期末复习计划题含答案
所有解答为个人整理，若有错误请认真甄别！13级期末复习题库典例解答电子科技大学/命题陈卉/转载王嘉达/整理【习题压得准五杀跑不了】微电子器件（陈星弼·第三版）电子工业第一版社◎序言◎依据统计，讲堂测试、课后作业中的题目纲要中无相像题型，请复习纲要的同时在做一次作业以及讲堂测试。
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本答案为个人整理，若有不当之处望责备指正。
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另，因为自己微电子班，无光源班群，请居心人士转载至光源班群，共同经过期末考试！微电子器件（第三版）陈星弼陈卉/题目王嘉达/答案答案为个人整理，若有错误请认真甄别电子科技大学中山学院！厚德博学求是/——1创新1、若某突变PN 结的P 型区的混杂浓度为N A 1016cm 3，则室温下该区的均衡多子浓度p p0与均衡少子浓度n p0分别为（N A 1016cm 3）和（N A 1014cm 3）。
2、在PN 结的空间电荷区中，P 区一侧带（负）电荷，N 区一侧带（正）电荷。
内建电场的方向是从（N ）区指向（P ）区。
[发生漂移运动，空穴向P 区，电子向N 区] 3、当采纳耗尽近似时，N 型耗尽区中的泊松方程为（d Eq u）。
由此方程能够看dxSD出，混杂浓度越高，则内建电场的斜率越（ 大）。
4、PN 结的混杂浓度越高，则势垒区的长度就越（ 小），内建电场的最大值就越（大），内建电势V bi 就越（大），反向饱和电流I 0就越（小）[P20]，势垒电容C T 就越（大），雪崩击穿电压就越（小）。
5、硅突变结内建电势 V bi 可表为（v bi KTln N A N D q n i 2）[P9]在室温下的典型值为（ ）6、当对PN 结外加正向电压时，其势垒区宽度会（减小），势垒区的势垒高度会（降低）。
7、当对PN 结外加反向电压时，其势垒区宽度会（增大），势垒区的势垒高度会（提升）。
第1章课后习题参考答案
第一章半导体器件基础1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。
解：（a）图分析：1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。
即D1导通，D2截止。
2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。
综上分析，正确的答案是U O= 1V。
（b）图分析：1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。
2．图所示电路中，E<uI。
二极管为理想元件，试确定电路的电压传输特性(uo-uI曲线)。
解：由于E<u I，所以D1截止、D2导通，因此有u O=u I –E。
其电压传输特性如图所示。
u oE u i3．选择正确的答案填空在图所示电路中，电阻R为6Ω，二极管视为理想元件。
当普通指针式万用表置于R×1Ω挡时，用黑表笔(通常带正电)接A点，红表笔(通常带负电)接B点，则万用表的指示值为( a )。
a.l8Ω，b.9Ω，c.3Ω，d.2Ω,e.0Ω解：由于A端接电源的正极，B端接电源的负极，所以两只二极管都截止，相当于断开，等效电路如图，正确答案是18Ω。
4．在图所示电路中，uI =10sinωt V，E = 5V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压uo的波形。
解： （a ）图当u I ＜E 时，D 截止，u O =E=5V ； 当u I ≥E 时，D 导通，u O =u I u O 波形如图所示。
（b ）图当u I ＜-E=-5V 时,D 1导通D 2截止，uo=E=5V ； 当-E ＜u I ＜E 时，D 1导通D 2截止，uo=E=5V ； 当u I ≥E=5V 时，uo=u I所以输出电压u o 的波形与（a ）图波形相同。
微电子作业答案完美版
半导体物理与器件1. 什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？(15分).集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。
小规模时代（SSI）,元件数2-50；中规模时代（MSI），元件数30-5000；大规模时代（ISI）, 元件数5000-10万；超大规模时代（visi），10万-100万；甚大规模，大于100万。
2. 写出IC 制造的５个步骤？(15分)（1）硅片制备（Wafer preparation）：晶体生长，滚圆、切片、抛光。
（2）硅片制造（Wafer fabrication）：清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂。
（3）硅片测试/拣选（Wafer test/sort）：测试、拣选每个芯片。
（4）装配与封装（Assembly and packaging）：沿着划片槽切割成芯片、压焊和包封。
（5）终测（Final test）：电学和环境测试。
3. 写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律？(15分)发展方向：①提高芯片性能②提高芯片可靠性③降低成本摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%， IC 工作速度提高1.5倍等发展规律发展。
4. 什么是特征尺寸CD？(10分).硅片上的最小特征尺寸称为 CD，CD 常用于衡量工艺难易的标志。
5. 什么是More moore定律和More than Moore定律？(10分) “More Moore”：是指继续遵循Moore定律，芯片特征尺寸不断缩小（Scaling down），以满足处理器和内存对增加性能/容量和降低价格的要求。
它包括了两方面：从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小，以及与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能。
“More Than Moore”：指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D 集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。
微电子器件期末复习题含答案
17、大注入条件是指注入某区边界附近的（非平衡少子）浓度远大于该区的（平衡多
子）浓度，因此该区总的多子浓度中的（平衡）多子浓度可以忽略。
18、势垒电容反映的是 PN 结的（微分）电荷随外加电压的变化率。PN 结的掺杂浓度
越高，则势垒电容就越（ 大 ）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（ 小 ）。
29、晶体管的共发射极直流短路电流放大系数
是指（发射）结正偏、（集电）结零
偏时的（集电极）电流与（基极）电流之比。
30、在设计与制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当（减小）基区宽度，
（降低）基区掺杂浓度。
31、某长方形薄层材料的方块电阻为 100Ω，长度和宽度分别为 300μm 和 60μm ，则
主要措施是（减小基区宽度）
。
微电子器件（第三版）陈星弼
电子科技大学中山学院/——6
陈卉/题目 王嘉达/答案
答案为个人整理，如有错误请 仔细甄别 ！ 厚德 博学 求是 创新
62、为了提高晶体管的最高振荡频率 f M ，应当使特征频率 f T（增大）
，基极电阻 rbb（降
低）
，集电结势垒电容 CTC （降低）
44、BVCEO 是指（基）极开路、
（集电）结反偏，当（ I CEO ） 时的 VCE。
45、BVEBO 是指（集电）极开路、
（发射）结反偏，当（ I EBO ） 时的 VEB。
46、基区穿通是指当集电结反向电压增加到使耗尽区将（基区）全部占据时，集电极
电流急剧增大的现象。防止基区穿通的措施是（增加）基区宽度、
52、在高频下，基区渡越时间 b 对晶体管有三个作用，它们是：
模电1-3章课后习题
填空1. 和开路PN结的结区宽度相比较，当PN结加正偏电压时，其结区宽度将变窄；当PN结加反偏电压时，其结区宽度将变宽。
2. 整流二极管的整流作用是利用PN结的单向导电特性，稳压管的稳压作用是利用PN结的反向击穿特性。
3. 三极管工作在放大状态时，发射结应正偏置，集电结应反偏置。
若工作在饱和状态时，发射结应正偏置，集电结应正偏置。
若工作在截止状态时，发射结应反偏置，集电结应反偏置。
4. 三极管电流放大系数β＝50，则α＝0.98 ；若α＝0.99，则β＝99 。
5. 当环境温度升高时，三极管的下列参数变化的趋势是：电流放大系数β增大，穿透电流I CEO增加，当I B不变时，发射结正向压降|U BE|减小。
6. 共射极放大电路中三极管集电极静态电流增大时，其电压增益将变大；若负载电阻R L变小时，其电压增益将变小。
7. 单级共射极放大电路产生截止失真的原因是静态Ic偏小；产生饱和失真的原因是Ic偏大；若两种失真同时产生，其原因是输入信号太大。
8. 试比较共射、共集和共基三种组态的放大电路，其中输入电阻较大的是共集电路；通频带较宽的是共基电路；输入电阻较小的是共基电路；输出电阻较小的是共集电路；输出信号与输入信号同相位的是共集和共基电路；电压增益小于1的是共集电路；带负载能力较强的是共集电路；既有电流放大能力又有电压放大能力的是共射电路。
9. 单级阻容耦合共射极放大电路的中频电压增益为-100，当信号频率为上限频率f H时，这时电路的实际增益为-77.7 ，其输出与输入信号的相位相差-225 度。
10. 某放大电路的对数幅频特性如图所示，由图可知，该电路的中频电压放大倍数为100 倍，上限频率f H＝2×106Hz，下限频率f L＝20 Hz，当信号频率恰好为f H或f L时，实际电压增益为37 dB。
11. 在PN结的形成过程中，载流子扩散运动是载流子的浓度差作用下产生的，漂移运动是载流子在内电场作用下产生的。
微电子器件 (附答案) (第三版)
DE DB
−1
9、
= IC
A= E JnC
AE β= ∗ JnE
AE β
∗
qDBni2 WB NB
exp
qVBE kT
式中，β ∗
= 1− 12
WB LB
2
= 1− WB2
2DBτ B
= 0.9986
将 A=E 104 μm2 ，β=∗ 0.9986, =q 1.6 ×10−19 C,
15、
γ
= 1− DEWB NB ，γ
DBWE NE
npn
= 1− DpWB NB , DnWE NE
γ
pnp
= 1− DnWB NB DpWE NE
由 D kT 可知，D ∝ µ µq
µn > µp , ∴ Dn > Dp , γ npn > γ pnp
β∗
= 1− WB2 ,
2DBτ B
β* npn
当 xi 增大时，Emax 减小, 当 xi → ∞sh时a， nrEenmax → 0
20、
已知： = σ p σn
= 由于 Jdp
= J dn
因此
J d=p J dn
qµ= p NA µp NA >> 1 qµn ND µn ND
qDp ni2 Lp ND
exp
qV kT
−
1
qDn ni2 Ln NA
shanren
6、
ND2
ND1
由平衡时多子电流为零
Jn
=
qDn
dn dx
+
qµn nE
=
0
得： E =− Dn ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ d ln n
微电子器件与IC设计基础_第2版_刘刚_陈涛_课后答案(DOC)
课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢k 建立联系的，即k n ch p h E ====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢k 。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
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课后习题答案1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。
然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。
因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即ch p h E ηη====υωυ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？解：波函数ψ是空间和时间的复函数。
与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。
如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ∆∆∆中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ∆∆∆2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能导电。
半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。
所以半导体在室温下就有一定的导电能力。
而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。
由此产生的载流子称为本征载流子。
本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。
对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？解：当半导体中掺入施主杂质后，在其导带底的下方，距离导带底很近的围可以引入局域化的量子态能级。
该能级位于禁带中，称之为施主杂质能级。
同理，当半导体中掺入受主杂质后，在其价带顶的上方，距离价带顶很近的围也可引入局域化的受主杂质能级。
施主能级距离导带底很近，施主杂质电离后，施主能级上的电子跃迁进入导带，其结果向导带提供传导电流的准自由电子；而受主能级距离价带顶很近，受主杂质电离后，价带顶的电子跃迁进入受主能级，其结果向价带提供传导电流的空穴。
1.6 试比较N型半导体与P型半导体的异同。
解：对同种材料制作的不同型号的半导体来说，具有以下相同点：二者都具有相同的晶格结构，相同的本征载流子浓度，都对温度很敏感。
不同点是，N型半导体所掺杂质是施主杂质，主要是靠电子导电，电子是多数载流子，空穴是少数载流子：而P型半导体所掺杂质是受主杂质，主要靠空穴导电，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
1.7 从能带的角度说明杂质电离的过程。
解：杂质能级距离主能带很近，其电离能一般都远小于禁带宽度。
因此，杂质能级与主能带之间的电子跃迁也比较容易完成。
以施主杂质为例，施主能级上的电子就是被该施主原子束缚着的电子。
它在室温下吸收晶格振动的能量或光子的能量（只要其能量高于杂质的电离能）后，就可以挣脱施主原子核对它的束缚，跃迁进入导带成为准自由电子。
这一过程称之为杂质电离。
电离以后的杂质带有正电荷，电离以前的杂质是电中性的。
1.8 什么是迁移率？什么是扩散系数？二者有何关系？解：迁移率是描述载流子在电场作用下输运能力的一个物理量；扩散系数是描述载流子在其浓度梯度作用下输运能力的物理量。
二者可以通过以下爱因斯坦关系建立联系：qkT =μD1.9 说明载流子的两种输运机制，并比较它们的异同。
解：载流子的输运机制可分为扩散运动和漂移运动两种。
扩散运动是在半导体中存在载流子的浓度梯度时，高浓度一边的载流子将会向低浓度一边输运。
这种运动称为载流子的扩散运动。
扩散运动的强弱与浓度梯度的大小成正比，即与载流子的分布梯度有关。
漂移运动是半导体中的载流子在电场力作用下的定向运动。
其强弱只与电场的大小成正比，与载流子的分布没有关系。
1.10 什么是费米能级？什么是准费米能级？二者有何差别？ 解：在热平衡条件下，半导体中能量为E 的能级被电子占据的几率f(E)服从费米-狄拉克分布()kT E E Fe Ef -+=11式中的E F 就是费米能级。
它是一个描述半导体电子系统中电子填充能带水平的标志性参数，也称为热平衡系统的化学势。
准费米能级是半导体系统在非平衡条件下（如关照或有电注入下），有非平衡载流子存在时，为了描述导带电子在导带各能级上的分布以及价带空穴在价带各个能级上的分布而引入的一个参考量。
其大小也反映了电子和空穴填充能带的水平。
值得注意的是，一个能带消除非平衡的影响仅仅需要s 121110~10--，而少子寿命约为s 610-。
所以，在非平衡载流子存在的绝大部分时间主能带的电子都处于平衡分布。
1.11 什么是扩散长度？扩散长度与非平衡少数载流子寿命有何关系？解：扩散长度是描述载流子浓度随着扩散深度增加而衰减的特征长度。
扩散长度与非平衡少数载流子寿命的关系如下：n n n p p D L ττ==,D L p1.12 简述半导体材料的导电机理。
解：半导体的导电机理与金属是不同的。
金属中只有一种载流子（电子）参与导电，而半导体中同时有两种载流子（电子和空穴）参与导电。
本征半导体中导电的载流子是由于本征激发而产生的电子和空穴。
它们是同时出现的，且i n p n ==00，两种载流子对电流的贡献相同。
但是，在杂质半导体中往往有00p n >>，或者00p n <<，存在着多数载流子和少数载流子。
所以，多数载流子对电流的贡献占据主要地位，而少数载流子对电流的贡献却可以忽略不计。
习 题11.1 计算速度为s cm 710的自由电子的德布洛意波长。
解：()m mv h p h 9531341028.710101.910626.6---⨯=⨯⨯⨯===λ1.2 如果在单晶硅中分别掺入31510cm 的磷和31510cm 的硼，试计算300K 时，电子占据杂质能级的概率。
根据计算结果检验常温下杂质几乎完全电离的假设是否正确。
解：查表可知，磷作为硅晶体中的施主杂质，其电离能为eV0.044E D =∆, 硼作为硅晶体中的受主杂质，其电离能为eV 0.045E A =∆。
于是有()eV E E D gi 516.0044.056.02E -E E -E D F D =-=∆-== 能级为E D 的量子态被被电子占据的几率为9104.21026.0516.0ex p 1ex p 1-⨯=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kT E E f i D E D 上述结果说明，施主能级上的电子几乎全部电离。
能级为E A 的量子态被空穴占据的几率为9104.21026.0515.0ex p 11ex p 1A -⨯=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=kT E E f A i E 上述计算结果说明受主能级上的空穴几乎全部被电离。
1.3 硅中的施主杂质浓度最高为多少时材料是非简并的。
解：若假设非简并的条件为kT E E FC 2≥-, 那么，非简并时导带电子浓度为()3182190108.3108.22ex p ex p -⨯=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=cm e kT kT N kT E E N n C F C C非简并时，最高施主杂质浓度为()3180108.3-⨯==cm n N D1.4某单晶硅样品中每立方厘米掺有1510个硼原子，试计算K 300时该样品的准自由电子浓度、空穴浓度以及费米能级。
如果掺入的是磷原子它们又是多少？解：硼原子掺入硅晶体中可以引入受主杂质，材料是P 型半导体：351A 10-=cm N该样品的空穴是多子，其浓度为351A 010-==cm N p 电子是少子，其浓度为()()35152100201004.1101002.1-⨯=⨯==cm p n n i 费米能级为()eV E E eV n p kT E E i i i i F 299.01002.110ln 026.0ln 10150-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 即费米能级在本征费米能级的下方0.299eV 处。
1.5某硅单晶样品中掺有31610-cm 的硼、31610-cm 的磷和31510-cm 镓，试分析该材料是N 型半导体还是P 型半导体？准自由电子和空穴浓度各为多少？解：由硼、磷、镓掺入硅中分别成为受主、施主和受主，它们在硅晶体中引入的杂质浓度依次为316110-=cm N A 、31610-=cm N D、315210-=cm N A 由于01031521>=-+-cm N N N D A A ，即受主原子总数大于施主原子总数，所以该材料是P 型半导体。
此时，硅材料中空穴浓度为 315010-=cm p准自由电子浓度为 ()()351521002010101002.1-≈⨯==cm p n n i1.6有两块单晶硅样品，它们分别掺有31510-cm 的硼和磷，试计算300K 时这两块样品的电阻率，并说明为什么N 型硅的导电性比同等掺杂的P 型硅好。
解：查P.22图1.4.2可得空穴迁移率()s V cm p ⋅≈2400μ，电子迁移率()s V cm n⋅≈21200μ 于是，掺硼的单晶硅电阻率为cm q p p B ⋅Ω=⨯⨯⨯==-625.15400106.1101119150μρ 掺磷的单晶硅电阻率为cm q n n p ⋅Ω=⨯⨯⨯==-208.51200106.1101119150μρ 因为电子的迁移率大于空穴的迁移率，所以在其它条件不变的情况下，N 型硅的导电性较P 型硅的导电性高。
1.7实验测出某均匀掺杂N 型硅的电阻率为cm ⋅Ω2，试估算施主杂质浓度。
解：本查P.301附录A 可得315103.2-⨯=cm N D，再查P.22图1.4.2可得电子的迁移率为()s V cm n⋅≈21200μ。
则施主杂质的浓度为 ()31519106.21200106.1211--⨯=⨯⨯⨯==cm q N n n D μρ1.8假设有一块掺有31810-cm 施主杂质的硅样品，其截面积为m m μμ5.02.0⨯，长度为m μ2。
如果在样品两端加上5V 电压，通过样品的电流有多大？电子电流与空穴电流的比值是多少？ 解：掺有施主杂质浓度31810-=cm N D的硅样品，其电子浓度为()318010-==cm N n D ，再查P.22可得电子的迁移率()s V cm n ⋅≈2380μ，于是，该材料的电导率为()cm q n n ⋅Ω=⨯⨯⨯==-18.60380106.11019180μσ 在该样品两端加上5V 电压后的电场强度为()V L V E 44105.21025⨯=⨯==- 于是，电子电流密度为()2641052.1105.28.60cm A E j n ⨯=⨯⨯==σ如果在样品两端加上5V 电压，通过样品的电流为()A A j I n n 34461052.1105.0102.01052.1---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=平衡空穴浓度为()()318202004.104101002.1-=⨯==cm n n p i再查P.22图1.4.2可得空穴迁移率为)s V cm p ⋅≈2190μ，于是电子电流与空穴电流的比值为1618001092.119010438010⨯=⨯⨯==p n p n p n I I μμ1.9有一块掺杂浓度为31710-cm 的N 型硅样品，如果在m μ1的围，空穴浓度从31610-cm 线性降低到31310-cm ，求空穴的扩散电流密度。