半导体第二章习题解析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章
PowerPoint2003
《半导体物理》第二章
2－1 2－2 2－3 2－4 2－5 2－5(2)
2－6 2－6(2) 2－7 2－8 2－8(2)
2－1
掺入锗，硅晶体中的杂质通常有磷，铟，锑,硼， 砷，铝，镓，铋，
其中哪些是施主杂质? 哪些是受主杂质？
解答：
磷，砷，铋，锑为Ⅴ族元素，为施主杂质 硼，铝，镓，铟为Ⅲ族元素，为受主杂质。
应用，N做A PNND结时，如在n型衬底上扩散p型杂质，并使， 并掌握扩散条件，使p型杂质达一定深度，即可制得PN
结，在结处
NA ND
2－6
制作半导体器件为什么希望选用低位错，无位 错或位错均匀的材料呢？
解答：①位错可形成受主能级（接收电子）， 而位错线形成的一串负电中心，对载流子有 散射作用，可使迁移率降低；
0.26 13.6 122
0.02456eV
由实验知，Si中施主电离能在 0.044eV 0.067eV
，所以后者接近实验值。
2－3
锗晶体中掺入锰，试采用类氢原子模型计算
基深能级E1和E2的值，并在能带图中标出
它们的位置(设
)
） 解答：Z此eff 模型2.给47出5,两a条深0.能05级5e公V式
解答： 当温度较低时，Si是N型，因为 小。
当温度较高时，Si是P型，因为施E D主i 能级浅，
对单能级受主深，多能级则受主能级大于 施主能级。
2－7
锑化铟的 Eg 0,相.18对ev价电常数 ，电子
有效r 质 量17
， 为电子惯性质量，求：
(1)施m主n* 杂 0质.0电15离m能0 ；m0
(2)施主的弱束缚电子基态轨道半径。
E1
a
Z
2 e ff
25 128
5 4
Z eff
E2
aZ
2 eff
将 E2 0.055 2.475 2 0.3365 eV EAi2
E Ai E A EV
这两条能级都是受主能级，而
E1
0.055
2.475 2
5 4
2.475
25 128
0.1775 eV
E Ai1
Z eff 2.475, a 0.055 eV
解答： 施主能级和受主能级分别以D和A表示： 如下图：
硅晶体中(eV)
锗晶体中(eV)
类型
Au D A
Ag D A
Cu A Fe D Zn A Cd A Ni A
位置
类型
EV 0.35
D
EC 0.54
A
EV 0.32
A
EC 0.29
A EV 0.24, EV 0.37, EV 0.52
③如果原材料中有较多的多种浅能级杂质，由 于它们的补偿作用，对载流子浓度贡献也不大， 且不易控制。
实用半导体掺杂：
人为掺杂可以控制电阻率及导电类型，而且有 选择的掺入某种杂质（如Au掺入Si）,可控制 少子寿命;制作电极接触也需适量掺杂，如欧 姆接触就需要高浓度的掺入施主杂质。
2－5(2)
什么是杂质补偿作用？试举例说明杂质补偿作用的实际 应用。
代入上式
∴
E A E Ai EV 则 EA1 EAi1 EV EV 0.1775 eV
EA2 EAi2 EV EV 0.3365 eV
如图所示：
Ec(0.6643ev)
EA1
Ev+0.337ev
EA2
Ev+0.177ev
Ev(0ev)
2-4
根据教材图2－8和图2－9写出Au、Ag、Cu、 Fe、Zn、Cd、Ni等杂质在硅晶体和锗晶体 中的深能级，并标出施主与受主。
②能带变形，扩张区减小，载流子可进行带间 直接复合；形成的深受主能级起复合中心作
用，这二种复合过程都影响少子寿命；
③位错不均匀，影响杂质分布均匀性，影响 PN结的结面平整，可造成PN结穿通或降低 击穿电压。
鉴于以上原因，所以通常用低位错，无位错或 位错均匀的材料
2－6(2)
设Si中掺入N个浅施主杂质，同时掺入数量相 等得深受主杂质，问温度较低使，Si是什么 导电类型？温度较高时是什么导电类型？
2-5
制造半导体原料时，采用各种提纯工艺去除其中 的杂质，而在制造实用半导体材料时，又需要掺 入适量杂质，这是为什么？
解答：原材料提纯： ①原材料中含有的杂质是各种各样的，对于器件 制造者是不易控制的 ②重金属如Cu、Fe、Au等为深能级杂质，可起 复合中心作用，可降低少子寿命，而电离能较大， 对载流子浓度贡献不大，如果其杂志浓度较大， 势必引进较多缺陷
解答：施主和受主相互抵消的作用会使有效杂志浓度 ( N A ND或N)降D 低N，A 在轻补偿情况
NA ND ND或N时D ，NA不 N改A 变导电类型，仍为N或P型，但载 流子浓度降低。
当 N A ND或，ND改变N导A 电类型由
N，载P流或子P浓度N为
。
当N A N时D ，为重补偿，材料为“类本征型”。
解答：
EDi
mn* m0
E0
2 r
0.015m0 m0
13.6eV 172
7.06104
r
0 r h2 q 2 mn*
0h2 q 2 m0
m0 mn*
r
r
m0 mn*
r0
17 m0 0.015m0
0.53 600.67
2－8
氢原子玻尔轨道半径为 r0 hq22m0Å0，根0.据53杂质 类氢模型将 代替 ，以r0 代替 0 ，可得m杂n* 质
2－2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
硅中掺入某种施主杂质，设其电子有效质
量 mn* ,0计.2算6m电0 离能为多少？若
，其电
离能又m为n* 多 0少.4？m0这两种值中哪一种更接近实验值？
解答：利用类氢原子模型：
E Di
mn* m0
E0
2 r
E0 13.6eV , 对Si : r 12
mn*
0.26m0 , Eni
等m效0玻尔半径
（Ge: ，Si:
）试，计基r 算质16G相e对r,S价i浅h电施q2常2r主rm数n*0的12束缚
EV 0.40
A
EV 0.31, EC 0.55
A
A EV 0.55, EC 0.45
E C 0.35, E V 0.23
A
位置
EV 0.04 EV 0.15, EC 0.04, EC 0.20 EV 0.04, EC 0.28, EC 0.09
EV 0.04, EV 0.33, EC 0.26 EC 0.27, EC 0.35 EV 0.035, EV 0.095 EV 0.05, EV 0.16 EV 0.23, EC 0.30
PowerPoint2003
《半导体物理》第二章
2－1 2－2 2－3 2－4 2－5 2－5(2)
2－6 2－6(2) 2－7 2－8 2－8(2)
2－1
掺入锗，硅晶体中的杂质通常有磷，铟，锑,硼， 砷，铝，镓，铋，
其中哪些是施主杂质? 哪些是受主杂质？
解答：
磷，砷，铋，锑为Ⅴ族元素，为施主杂质 硼，铝，镓，铟为Ⅲ族元素，为受主杂质。
应用，N做A PNND结时，如在n型衬底上扩散p型杂质，并使， 并掌握扩散条件，使p型杂质达一定深度，即可制得PN
结，在结处
NA ND
2－6
制作半导体器件为什么希望选用低位错，无位 错或位错均匀的材料呢？
解答：①位错可形成受主能级（接收电子）， 而位错线形成的一串负电中心，对载流子有 散射作用，可使迁移率降低；
0.26 13.6 122
0.02456eV
由实验知，Si中施主电离能在 0.044eV 0.067eV
，所以后者接近实验值。
2－3
锗晶体中掺入锰，试采用类氢原子模型计算
基深能级E1和E2的值，并在能带图中标出
它们的位置(设
)
） 解答：Z此eff 模型2.给47出5,两a条深0.能05级5e公V式
解答： 当温度较低时，Si是N型，因为 小。
当温度较高时，Si是P型，因为施E D主i 能级浅，
对单能级受主深，多能级则受主能级大于 施主能级。
2－7
锑化铟的 Eg 0,相.18对ev价电常数 ，电子
有效r 质 量17
， 为电子惯性质量，求：
(1)施m主n* 杂 0质.0电15离m能0 ；m0
(2)施主的弱束缚电子基态轨道半径。
E1
a
Z
2 e ff
25 128
5 4
Z eff
E2
aZ
2 eff
将 E2 0.055 2.475 2 0.3365 eV EAi2
E Ai E A EV
这两条能级都是受主能级，而
E1
0.055
2.475 2
5 4
2.475
25 128
0.1775 eV
E Ai1
Z eff 2.475, a 0.055 eV
解答： 施主能级和受主能级分别以D和A表示： 如下图：
硅晶体中(eV)
锗晶体中(eV)
类型
Au D A
Ag D A
Cu A Fe D Zn A Cd A Ni A
位置
类型
EV 0.35
D
EC 0.54
A
EV 0.32
A
EC 0.29
A EV 0.24, EV 0.37, EV 0.52
③如果原材料中有较多的多种浅能级杂质，由 于它们的补偿作用，对载流子浓度贡献也不大， 且不易控制。
实用半导体掺杂：
人为掺杂可以控制电阻率及导电类型，而且有 选择的掺入某种杂质（如Au掺入Si）,可控制 少子寿命;制作电极接触也需适量掺杂，如欧 姆接触就需要高浓度的掺入施主杂质。
2－5(2)
什么是杂质补偿作用？试举例说明杂质补偿作用的实际 应用。
代入上式
∴
E A E Ai EV 则 EA1 EAi1 EV EV 0.1775 eV
EA2 EAi2 EV EV 0.3365 eV
如图所示：
Ec(0.6643ev)
EA1
Ev+0.337ev
EA2
Ev+0.177ev
Ev(0ev)
2-4
根据教材图2－8和图2－9写出Au、Ag、Cu、 Fe、Zn、Cd、Ni等杂质在硅晶体和锗晶体 中的深能级，并标出施主与受主。
②能带变形，扩张区减小，载流子可进行带间 直接复合；形成的深受主能级起复合中心作
用，这二种复合过程都影响少子寿命；
③位错不均匀，影响杂质分布均匀性，影响 PN结的结面平整，可造成PN结穿通或降低 击穿电压。
鉴于以上原因，所以通常用低位错，无位错或 位错均匀的材料
2－6(2)
设Si中掺入N个浅施主杂质，同时掺入数量相 等得深受主杂质，问温度较低使，Si是什么 导电类型？温度较高时是什么导电类型？
2-5
制造半导体原料时，采用各种提纯工艺去除其中 的杂质，而在制造实用半导体材料时，又需要掺 入适量杂质，这是为什么？
解答：原材料提纯： ①原材料中含有的杂质是各种各样的，对于器件 制造者是不易控制的 ②重金属如Cu、Fe、Au等为深能级杂质，可起 复合中心作用，可降低少子寿命，而电离能较大， 对载流子浓度贡献不大，如果其杂志浓度较大， 势必引进较多缺陷
解答：施主和受主相互抵消的作用会使有效杂志浓度 ( N A ND或N)降D 低N，A 在轻补偿情况
NA ND ND或N时D ，NA不 N改A 变导电类型，仍为N或P型，但载 流子浓度降低。
当 N A ND或，ND改变N导A 电类型由
N，载P流或子P浓度N为
。
当N A N时D ，为重补偿，材料为“类本征型”。
解答：
EDi
mn* m0
E0
2 r
0.015m0 m0
13.6eV 172
7.06104
r
0 r h2 q 2 mn*
0h2 q 2 m0
m0 mn*
r
r
m0 mn*
r0
17 m0 0.015m0
0.53 600.67
2－8
氢原子玻尔轨道半径为 r0 hq22m0Å0，根0.据53杂质 类氢模型将 代替 ，以r0 代替 0 ，可得m杂n* 质
2－2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
硅中掺入某种施主杂质，设其电子有效质
量 mn* ,0计.2算6m电0 离能为多少？若
，其电
离能又m为n* 多 0少.4？m0这两种值中哪一种更接近实验值？
解答：利用类氢原子模型：
E Di
mn* m0
E0
2 r
E0 13.6eV , 对Si : r 12
mn*
0.26m0 , Eni
等m效0玻尔半径
（Ge: ，Si:
）试，计基r 算质16G相e对r,S价i浅h电施q2常2r主rm数n*0的12束缚
EV 0.40
A
EV 0.31, EC 0.55
A
A EV 0.55, EC 0.45
E C 0.35, E V 0.23
A
位置
EV 0.04 EV 0.15, EC 0.04, EC 0.20 EV 0.04, EC 0.28, EC 0.09
EV 0.04, EV 0.33, EC 0.26 EC 0.27, EC 0.35 EV 0.035, EV 0.095 EV 0.05, EV 0.16 EV 0.23, EC 0.30