半导体物理学第版第五章习题及复习资料

1、第五章习题.在一个n型半导体样品中，过剩空穴浓度为1013cm3,空穴的寿命为100us。计算空穴的复合率已知：p1013/cm3,100s求：U?解：根据Up得：U1013100 10 61017 / cm3s.用强光照射n型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为，空穴寿命为(1)写出光照下过剩载流子所满足的方程；(2)求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度解：均匀吸收，无浓度梯度，无飘移。dPP-&gLt方程的通解：p(t)AegL(2)达到稳定状态时，d-p0dtgL0.pg有一块n型硅样品，寿命是1us,无光照时电阻率是10cm,今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸收，电子

2、-空穴对的产生率是1022cm30-1，试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？光照达到稳定态后.一pgL0 TOC o 1-5 h z 226163png101010cm1光照刖：010cmnqnPqp光照后：npnpqpnqnpqpnqnpqp0.1010161.61019135010161.610195000.12.963.06s/cm1-:0.32cm.少数载流子对电导的贡献pp0.所以少子对电导的贡献，主要是p的贡献.p9up10161.610195000.8产26%3.063.06一块半导体材料的寿命二10us,光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停

3、止20us后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几?tp(t)p(0)e一20-p(迎e1013.5%p(0)光照停止20s后，减为原来的13.5%。n型硅中，掺杂浓度N=1016cm3,光注入的非平衡载流子浓度n=p=1014cm3。计算无光照和有光照的电导率。设T300K,ni1.51010cm3.np1014/cm3贝Un01016cm3,p02.25104/cm3nnn,pp0p无光照：0n0qnp0qupn0qn10161.6101913502.16s/cm有光照：nqnpqpn0qnp0qpnq(np)_1419101.610(1350500)0.02962.19s/cm(注：掺

4、杂1016cm13的半导体中电子、空穴的迁移率近似等于本征半导体的迁移率)EcEiEf Ev光照前.画出p型半导体在光照（小注入）前后的能带图，标出原来的的费米能级和光照时的准费米能级EiEFnEcEfpEv光照后.掺施主浓度N=1015cm3的n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子n=p=1014cm3。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强电离情况，载流子浓 度 n n0 n 1015 10141.1 1015/cm3EFnEiP Po P2 niNd1410EFnEi(1.5 1010)2101514141014 10/cmEFPEik Tln -0n.i11 10

5、15 Tln 110 01.5 1010PkcTln 0 P. i0.291eVE nni e-FnEikoTEFPEik0Tln10141.5 10100.229eVEi EfpP 2 炉平衡时efEiN_ k Tln D on.ikTln-0.289eV01.51010EFEFEFEP0.0025eV0.0517eV.在一块p型半导体中，有一种复合-产生中心，小注入时，被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程具有相同的概率。试求这种复合-产生中心的能级位置，并说明它能否成为有效的复合中心？解：根据复合中心的间接复合理论：复合中心Nt被电子占据nt,向导带发射电子EtEiSn

6、ntnRentkoT从价带俘获空穴rnpnt由题知，rnnmeE-E1rppntkoT,小注入：pp0p poReEi EFkoTieEtEikoTEi EfkoTrnrpEtEiEiEfno,p1很小。n1p0代入公式L,不是有效的复合中心。.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=n+p本征Si:EFEj复合中心的位置ETEi根据间接复合理论得： TOC o 1-5 h z rn（nnip）（p。Pip）N/rng。p。p）Ec EfEfEvnin。NcecNcekoTECETkoT；p。NceckoT；piNceET EVkoT10. 一块n型硅

7、内掺有1rpNt11.15 10 17 10161。8.6 10 10 * * * *s因为：EfEiET所以：n。p。nipirn（n。n。p）p（n。n。p）p型Si中，Au对少子电子的俘获系数rn决定了其寿命。1nN16.3 10 * * 8 101691.6 10 9s11.在下述条件下，是否有载流子的净复合或者净产生:(1)在载流子完全耗尽(即n,p都大大小于小)半导体区域。(2)在只有少数载流子别耗尽(例如，pnWpn。，而小二口。)的半导体区域。(3)在n=p的半导体区域，这里nn。2、UNtnp(np%)n(nni)p(ppi)(1)载流子完全耗尽，n。,p。NtnpMUNjn

8、p(npn2)rn(nn1)rp(pPi)(2)只有少数载流子被耗尽，(反偏pn结，pnpno,nnhn。)NtEpn2 TOC o 1-5 h z U0rn(nni)pp2U复合室N迎pjnpfl血)一产生rn(nn)rp(pp1)(3)np,nniUNtrp(n2n2)orn(nni)rp(np1)复合率为正，表明有净复合12.在掺杂浓度N=1016cm3,少数载流子寿命为10us的n型硅中，如果由于外界作用，少数载流子全部被清除，那么在这种情况下，电子-空穴对的产生率是多大？（Et=E）。&1c163n0Nd10cm,2pnL2.25104/cm3n。nn01016cm3,p0,n0,p

9、p0UNjnp(npn：)rn(nn)rp(pR)N-rpn2rn(n0n)pp1 TOC o 1-5 h z EcEtEc-kT%Tn1NceNceniEtEvEiEvpNvek0TNvekoTnNtn2 pnijn。pRNtrnrpn0_ _42.25 10N“pp0p010 10 62.25 109/cm3s13.室温下，p型半导体中的电子寿命为=350us,电子的迁移率Un=3600cm2/(V?s)。试求电子的扩散长度。解：根据爱因斯坦关系DnDnkoTqkTLn.Dn nkTnn0.02636003501060.18cmJPqDPd pdxp14.设空穴浓度是线性分布，在3us内浓

10、度差为1015cm3,Up=400cm/(V?s)。试计算空穴扩散电流密度。kTq一qkTpx0.026 400101510 45.55A/cm215.在电阻率为1cm的p型硅半导体区域中，掺金浓度N=1015cm3,由边界稳定注入的电子浓度(n)0=1010cm3,试求边界 处电子扩散电流。根据少子的连续性方程2_n nD p 2-ptx由于p Si内部掺有Ntn遇到复合中心复合x1510 cmn一gp p3的复合中心11rnNt 6.3 10 8 10151.6 108s无电场，无产生率，达到稳定分布2 TOC o 1-5 h z dnn八Dp2-0,xn2dnn0方程的通解为：Xn(X)

11、 Ae LXBej . Dn边界条件： x 0, n(0) x , n()n(X)nen0X国Jn qDn dXn0 qDn-LnqDn Dn。Dnq. nn0qkT nn02 n16. 一块电阻率为3cm的n型硅样品，空穴寿命p=5us,在其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩浓度（p）=1013cm3。计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度，以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm3?过剩空穴所遵从的连续性方程为d2pDp弁边界条件:0, p(0),p()X13310 cm0p(x)PoeLp,Lp.Dp10121012p。d p qDp dXX pe LpXe 二1012

12、Lp ln - p1013p00 qDp-LpLp ln10pDppp17.光照1 cm的n型硅样品，均匀产生非平衡载流子，电子-空穴对产生率为1017cm3?s1。设样品的寿命为10us,表面符合速度为100cm/s。试计算:(1)单位时间单位表面积在表面复合的空穴数。(2)单位时间单位表面积在离表面三个扩散长度中体积内复合的空穴数D JP 2dxgp 0边界条件:pp(Dp)gpp(x)xxSp(P(0) P0)解之：p(x) ce Lpxp(x)Po ce Lp gpgp由边界条件得C gpsp pp Lp sp pp(x)Po pgp 1SpLpSpx-e LPp复合的空穴数.单位时间在单位表示积-，._pspP(0)PoDp-x18.一块掺杂施主浓度为21016cm3的硅片，在920oC下掺金到饱和浓度，然后经氧化等处理，最后此硅片的表面复合中心1010cm2。计算体寿命，扩散长度和表面复合