半导体物理试卷 B

1、广东工业大学考试试卷（B）课程名称：半导体物理学试卷满分分p题号-一一-二二三四五六七八九十总分评卷得分评卷签名复核得分复核签名考试时间：2008年1月3日（第18周星期四）一、名词解释（每题4分）晶面指数，分子晶体，肖脱基缺陷，受主能级，直接复合二、（10分）硅晶体为金刚石结构，晶格常数为5.43A，计算（111）面内单位面积上的原子数。三、（10分）已知一维晶体的电子能带可以写成E(k)=加(7-cos2ka+1cos6nka)o其中a为晶格常数。求带顶和带底电子的有效质量。四、（10分）晶格常数为0.2nm的一维晶格，当外加103V/m,106V/m的电场时，试分别计算电子自能带底运动到

2、能带顶所需的时间。五、（10分）设EEf分别为3k0T，分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。n=21x1013cm-3六、(10分)已知室温时锗的本征载流子浓度i，均匀掺杂百万分之一的硼原子后，又均匀掺入1.442X10i7cm-3的砷，计算掺杂锗室温时的多子浓度和少子浓度以及ef的位置。七、(10分)求室温下硅的电阻率。八(10分)掺有1.1X1016cm-3硼原子和9X1015cm-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。九、(10分)掺杂施主浓度为ND=1016cm-3的n型硅，室温下光稳定照射产生非平衡载流子浓度为An=勺=1

3、014Cm-3，光照突然撤销后，经过20肝，假如非平衡空穴准费米能级EFp的能级位置偏离平衡态时费米能级为0.2eV，求n型硅材料的寿命。半导体物理试卷B解答一、名词解释：晶面指数：布拉格点阵可以看作一系列分布在相互平行的平面上的格点组成这些平行平面称为晶面.以原胞为基矢来描述晶面取向的一组互质整数称为晶面指数。分子晶体：以分子(原子)间的范德华力构成晶体。肖脱基缺陷：晶体内部格点上的原子跑到晶体表面的正常格点位置，在晶体内部形成一个空位，这种缺陷称为肖脱基缺陷。受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下，此能级为空穴所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。

4、直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。二、解：硅为金刚石结构，(100)面上原子排列如图所示。图中面元包含两个原子，因此(100)面上单位面积上的原子数为2/(5.43X5.43X10-20)(m-2)=6.78X1018m-2、cl/Cdi解:由EM）关系得,TOC o 1-5 h z卫匚&弓in?7T畑-巳比欣“ger47r/rrsiTT/ii一务如n纤如一分后加加mcaL4(2sin.a27T&z沉皿曲：.a*lSiif2tZ.;cos2t-*j旧经h爭栄F；谒：中用兰眸如r【卩当g垃詰时代人式（力得对应EQ械大值。根据上述结果.求

5、得昭和E_即可求得能带宽度、因为TOC o 1-5 h zLE二tnQacos2tcjfea+cos67r2S=h他/L丄rrifi/mbf.屈：X胪汎站I0CI-COSItZm-rCJSX?77/?rI少-:-;-r.,-g上仍.,.-故：能带電度海c-ji2iru=hJr：-,d:s+A-B-1鲨_他aAK=E叶%.=(寻广i-也7四、晶格常数为0.2nm的一维晶格，当外加103V/m,106V/m的电场时，试分别计算电子hdt=qEdk自能带底运动到能带顶所需的时间。dk解设电场强度为E,TF=hdt=qE(取绝对值)丄hh1ftdtJ2at=0=0qEdk=qE2a代入数据得:6.62

6、x10-3410.37x10_6(s)t=2x1.6x10_19x2.0 x10_10 xE=当E=103V/m时，t=1.04X10-8(s)；E=106V/m时，t=1.04X10-n(s)。五、解：费米分布函数为f二1+eiw，当e-Ef等于3k0T时，=0.047_E_ef玻耳兹曼分布函数为fB(E)二ekoT，当E-EF等于3k0T时，f=0.050上述结果显示在费米能级附近费米分布和玻耳兹曼分布有一定的差距。六、解：硼的浓度：NA=4.42X1016cm-3。有效施主杂质浓度为：ND=(14.42-4.42)x1016cm-3=1017cm-3室温时下杂质全部电离，由于有效杂质浓度

7、远大于本征载流子浓度2.4X1013cm-3,锗半导体处于饱和电离区。多子浓度n0=ND=1017cm-3少子浓度p0=nI2/n0=(2.4x1013)2/1017=5.76x109(cm-3)费米能级：EF=EC+k0Tln(ND/NC)=EC+0.026ln1017/(1.1x1019)=EC-0.122(eV)七、解n-Si,ND=1015cm-3，An=Ap=10i4cm-3，室温下处于饱和电离区无光照的平衡状态时,平衡载流子浓度为：n2(1.5x1010)21015n=N=1015cm_3；p二二二2.25x105(cm_3)TOC o 1-5 h z0D0n10150光照停止后经过20微秒，空穴浓度为： HYPERLINK l bookmark20 EEp2EEp0.3p二pexp(ff)二亠exp(ff)二2.25x105exp()二2.31x1010(cm3) HYPERLINK l bookmark22 0kTnkT0.026000非平衡空穴浓度为：Ap二p_p0231x1010(cm_3)Ap(t)=Ap(0)exp(丄)T=t/ln(Ap(0)=20/ln(空