半导体物理习题及答案

1、11（P32）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(k)=+和Ev(k)= ；m0为电子惯性质量，k11/2a；a0.314nm。试求：禁带宽度；导带底电子有效质量；价带顶电子有效质量；价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。解 禁带宽度Eg根据0；可求出对应导带能量极小值Emin的k值：kmin，由题中EC式可得：EminEC(K)|k=kmin=；由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax0；并且EminEV(k)|k=kmax；EgEminEmax0.64eV导带底电子有效质量mn； mn价带顶电子有效质量m

2、，准动量的改变量k(kmin-kmax)= 12（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。解 设电场强度为E，F=h=qE（取绝对值） dt=dk t=dk= 代入数据得：t（s）当E102 V/m时，t8.3×108（s）；E107V/m时，t8.3×1013（s）。 314（P82）计算含有施主杂质浓度ND9×1015cm-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。解对于硅材料：ND=9×1015cm

3、-3；NA1.1×1016cm-3；T300k时 ni=1.5×1010cm-3：；且318（P82）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.04eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。解n型硅，ED0.044eV，依题意得：42（P113）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T=300K,，n1350cm2/V·S，p500 cm2/V·S掺入As浓度为ND5.00&#

4、215;1022×10-65.00×1016cm-3杂质全部电离，查P89页，图414可查此时n900cm2/V·S毕413（P114）掺有1.1×1016 cm-3硼原子和9×1015 cm-3磷原子的Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。解NA1.1×1016 cm-3，ND9×1015 cm-3可查图415得到·cm（根据，查图414得，然后计算可得。）毕415（P114）施主浓度分别为1013和1017cm-3的两个Si样品，设杂质全部电离，分别计算：室温时的电导率。解n11013 cm-3，T300K，n21017cm-3时，查图可得55（P144）n型硅中，掺杂浓度ND1016cm-3，光注入的非平衡载流子浓度np1014cm-3。计算无光照和有光照时的电导率。解n-Si，ND1016cm-3，np1014cm-3，查表414得到：无光照：np<<ND，为小注入：有光照：57（P144）掺施主杂质的ND1015cm-3n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子np1014cm-3。试计算这种情况下准费米能级的位置，并和原来的费米能级做比较。解n-Si，ND1015cm-3，np1014cm-3，光照后的半导体处于非平衡状态：室温