半导体物理试卷及答案

一、名词解释〔5题每题420分〕这样的复合过程称为直接复合。量一样。3．简并半导体：半导体中电子分布不符合波尔兹总分值布的半导体称为简并半导体。高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子△n=n-n0和空穴△p=p-p0称为过剩载流子。有效质量、纵向有效质量与横向有效质量答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周运动规律。等电子复合中心III-V族化合物半导体中掺入确定量与主原子等价的某、选择题〔本大题共5题每题3分，共15分〕1．对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与〔D〕A.平衡载流子浓度成正比 B.非平衡载流子浓度成正比C.平衡载流子浓度成反比 D.非平衡载流子浓度成反比3个硅样品，其掺杂状况分别是：甲．含铝1×10-15cm-3 硼和磷各1×10-17cm-3 室温下，这些样品的电子迁移率由高到低的挨次是〔C〕甲乙丙 B.甲丙乙 C.乙甲丙 D.丙甲乙有效复合中心的能级必靠近A)禁带中部 B.导带 C.价带 费米能级命正比于〔C〕A.1/n0 B.1/△n C.1/p0 5．半导体中载流子的集中系数打算于其中的(A)散射机构 B.复合机构C.杂质浓变梯度 D.外表复合速度高温器件的是〔D〕A.Si B.Ge C.GaAs D.GaN三、简答题〔20分〕请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的pn结中载流子的运动状况写结具有单向导电性？ 〔10分〕解：在p-nVF,VF根本全落在势垒区上，由于正向偏压产生的电场与内建电场方向相反，势垒区的电场强度减弱，势垒高度由平衡时的qVD

-VF

p x n 过剩电子在区边界的结累，使－p x n Tp 0pLnn0p-xTpn(-xTp)，nnTnp(xTLp后，p0n。VR在势垒区产生的电场与内建电场方向全都，因而势垒区的电场qVDq(VD+VR).势垒集中运动。这时，在区边界处的空穴被势垒区电场逐向p区，p区边界的电子被n压下的空穴集中电流和电子集中电流。〔6分〕

jexpqV 〔2分〕 1 BD s kT B向偏压时，反向集中电流与V无关，它正比于少子浓度，数值是很小的，因此可以认为是单向导电。 〔2分〕在一维状况下，描写非平衡态半导体中载流子〔空穴〕运动规律的连续方程pD

2p

E

pEpg

，请说明上述等式两边各个单项t

x2 p

p x ppx〔10pxp――x处，t〔2分〕t2pDpx2

――由于集中，单位时间、单位体积中空穴的积存数2 分〕pxE pxp

Ep x

―〔2分〕

――〔2分〕pg ――〔2分〕p四、计算题〔5945分〕该能级的概率。

f(E)

1F1e(EEF

0

E－EF3k0T时，f＝0.047BfB

(E)e

EEFkTo

T时，f＝0.050上述结果显示在费米能级四周费米分布和玻耳兹曼分布有确定的差距。ca的一维晶格，导带微小值四周能量E〔k〕和价带极大值四周cvE〔k〕分别为：vh2k2 h2(kk)2

h2k2 3h2k2E(k) ＋ 1 和E(k) 1－ ；C 3m m0 0

v 6m m0 0m0为电子惯性质量，k1＝1/(2a)；a＝0.314nm。试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；EgdEc(k) 2h2k

2h2(kk)依据 ＝ dk 3m03

m 1 ＝0；可求出对应导带能量微小值Emin的k0值：kmin＝4k1，

＝E(K)|k=k

= h k2；4mmin C

min 10max由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：k ＝0；maxhk26m216m0h2k2 h22∴Eg＝Emin－Emax＝121 ＝2m 48ma0 0＝ (6.621027)2489.11028(3.14108)21.61011

＝0.64eV3mn3d2E

2h22h28h2

＝h2

/d2E

C mdk2

3m m 3m0 0 0

n dk2 8 0m’d2EVdk2

6h2m0

，∴m”n

h2

d2E/ dk2

1m6 03、Si原子加到GaAs材料中，取代Ga原子成为施主杂质或取代As原子成为受主杂质。假定Si原子浓度为1011cm35%As原子，95%Ga原米能级位置；③导电类型及电阻率。〔n=1.6×106cm-3μ=8000cm2/VS,i nμp=400cm2/VS〕1AsSiNA

10115%5109/cm3GaSiND

101195%9.51010/cm3〔2〕施主杂质和受主杂质全部电离，NDn2 (1.6106)2

N所以nA

N ND

9.01010/cm3p i0 n0

28/cm39.01010由于n0

nei

EEF iKTBn

9.01010E EF i

KTln B ni

0.026eVln 0.284eV1.6106所以费米能级在在禁带中线上0.284eV处〔3〕N N n型半导体D A 1 1

8170cmqunn0

1.6101985009.01010Ge47cm。试求：本征载流子的浓度，假设掺入锑杂质使每106个锗原子中有一个杂质原子；计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离，锗原子的浓度为4.4122cm；〔设un〕

3600cm2/Vs，up

解1〕本征半导体的表达式为：1nqu u) 1in q(1in

u)p

471.60210193600170012.5113

cm3施主杂质原子的浓度为N 4.41022 1064.41016cm3D 由于杂质全部电离，故n N0 D

4.41016

cm3i所以p n2i

2.5113

1.421010 10 n 0

cm3其电阻率为n

1nqui

4.41161.60210190

cmD4pGe0.4nGep-n结，计算在室温〔300K〕时内建电势VDx。在上述电阻率下，p区D的空穴迁移率p

1650cm2/V.S, n区的电子迁移率n

3000cm2/V.S，Ge的本征载流子浓度n 2.51013/cm3，真空介电常数 8.851012F/m, 16.i 0 s〔10分〕1 1

1nq

n

4.341015cm3〔2分〕n n

qn n

0.41.610193600 1pqp p

p

qp

9.191014cm3 〔2分〕1 41.6101917001 V KT

lnnp

1.381023300ln4.3410159.191014

〔3分〕D q i

1.61019

2.5