半导体物理作业题.doc

第一章习题1. 什么是电子的共有化运动 答:原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限于某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子可以在整个晶体中运动。2. 金属导体与半导体，绝缘体与半导体，导电机理主要不同之处答:金属导体与半导体:半导体中导带的电子和价带的空穴均参与导电；绝缘体与半导体:绝缘体禁带宽度很大，通常温度下激发到导带去的电子很少，所以导电性很差；半导体禁带宽度较小，通常温度下激发到导带去的电子有不少，所以具有一定的导电能力。3. 有效质量m*的引入意义答:有效质量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4. 外层电子与内层电子相比哪个有效质量相对质量大，为什么答:内层电子有效质量大，因为公式 (自填),能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子能带窄。1设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量EV(k)分别为： Ec=（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） 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： 得3 如果n型半导体导带的极值在110轴上及相应的对称方向上，回旋共振的实 验结果应如何? 解：根据立方对称可以判断，总共存在12个不同方向的极值点。其回旋振的实验结果与磁感应强度的方向有关。 /view/6acdb5f002768e9950e73841.html （差一点公式打不上去）1） 沿110轴方向，磁感应强度与这12个方向的方向余弦的平方分别为1，0， 0.25，可以观察到3个吸收峰 2）沿100轴方向，磁感应强度与这12个方向的方向余弦的平方分别为0.5，0，可以观察到2个吸收峰3）沿111轴方向，磁感应强度与这12个方向的方向余弦的平方分别为2/3，0，可以观察到2个吸收峰沿其它方向，磁感应强度与这12个方向的最多可以有6个不同的方向余弦平方， 因此最多可以观察到6个不同的吸收峰 半导体物理第2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。（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。（3）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。3. 以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。答:Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。这个过程叫做受主杂质的电离过程，能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。4. 以Si在GaAs中的行为为例，说明IV族杂质在III-V族化合物中可能出现的双性行为。答:Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用； Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。硅先取代Ga原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取代As原子起受主作用。5. 举例说明杂质补偿作用。答:当半导体中同时存在施主和受主杂质时， 若（1）NDNA因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为n= ND-NA。即则有效受主浓度为NAeff ND-NA（2）NAND施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度p= NA-ND. 即有效受主浓度为NAeff NA-ND（3）NAND时，不能向导带和价带提供电子和空穴， 称为杂质的高度补偿7. 锑化铟的禁带宽度Eg=0.18eV，相对介电常数er=17，电子的有效质量 =0.015m0, m0为电子的惯性质量，求施主杂质的电离能，施主的弱束缚电子基态轨道半径。第三章习题和答案1. 计算能量在E=Ec到 之间单位体积中的量子态数。解7. 在室温下，锗的有效态密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，试求锗的载流子有效质量m*n m*p。计算77K时的NC 和NV。 已知300K时，Eg=0.67eV。77k时Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。77K时，锗的电子浓度为1017cm-3 ，假定受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ED为多少？9.计算施主杂质浓度分别为1016cm3，,1018 cm-3，1019cm-3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质是全部电离，再用算出的的费米能 级核对一下，上述假定是否在每一种情况下都成立。计算时，取施主能级在导带底下的面的0.05eV。 12. 若硅中施主杂质电离能DED=0.04eV，施主杂质浓度分别为1015cm-3， 1018cm-3。计算99%电离；90%电离；50%电离时温度各为多少？ /p-9384551400107.html14. 计算含有施主杂质浓度为ND=91015cm-3，及受主杂质浓度为1.11016cm3，的硅在33K时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。17. 施主浓度为1013cm3的n型硅，计算400K时本征载流子浓度、多子浓度、少子浓度和费米能级的位置。21. 试计算掺磷的硅、锗在室温下开始发生弱简并时的杂质浓度为多少？第四章习题及答案2. 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1350cm2/( 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？解：300K时，查表3-2或图3-7可知，室温下Si的本征载流子浓度约为。本征情况下，金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为个，查看附录B知Si的晶格常数为0.543102nm，则其原子密度为。掺入百万分之一的As,杂质的浓度为，杂质全部电离后，这种情况下，查图4-14（a）可知其多子的迁移率为800 cm2/( V.S)比本征情况下增大了倍4. 0.1kg的Ge单晶，掺有3.210-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率mn=0.38m2/( V.S),Ge的单晶密度为5.32g/cm3,Sb原子量为121.8。解：该Ge单晶的体积为：;Sb掺杂的浓度为：查图3-7可知，室温下Ge的本征载流子浓度，属于过渡区6. 设电子迁移率0.1m2/( VS),Si 的电导有效质量mc=0.26m0, 加以强度为104V/m的电场，试求平均自由时间和平均自由程。解：由知平均自由时间为平均漂移速度为平均自由程为11. 截面积为10-3cm2,掺有浓度为1013cm-3的p型Si样品，样品内部加有强度为103V/cm的电场，求； 室温时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。 400K时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。解：查表4-15（b）知室温下，浓度为1013cm-3的p型Si样品的电阻率为，则电导率为。电流密度为电流强度为400K时，查图4-13可知浓度为1013cm-3的p型Si的迁移率约为，则电导率为电流密度为电流强度为第五章习题 7. 掺施主浓度ND=1015cm-3的n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子Dn=Dp=1014cm-3。试计算这种情况下的准费米能级位置，并和原来的费米能级作比较。9. 把一种复合中心杂质掺入本征硅内，如果它的能级位置在禁带中央，试证明小注入时的寿命t=tn+tp。 10. 一块n 型硅内掺有1016cm-3的金原子 ，试求它在小注入时的寿命。若一块p型硅内也掺有1016cm-3的金原子，它在小注入时的寿命又是多少？13. 室温下，p型半导体中的电子寿命为t=350us，电子的迁移率un=3600cm-2/(Vs)。试求电子的扩散长度。 14. 设空穴浓度是线性分布，在3us内浓度差为1015cm-3,up=400cm2/(Vs)。试计算空穴扩散电流密度。 16. 一块电阻率为3Wcm的n型硅样品，空穴寿命tp=5us,在其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩浓度（Dp）=10