半导体物理与器件（第2版） 习题参考答案 第三章习题答案

第三章习题答案1、在半导体中载流子输运的两种机制是什么？答：对于半导体中的两种载流子导带电子和价带空穴而言，存在两种能导致其运动的机制分别是：外加电场作用下的漂移运动（由于载流子带电，在电场的作用下受到电场力的作用而运动）；浓度梯度作用下载流子的扩散运动（由于各种原因导致出现载流子分布的不均匀，系统为向平衡状态过渡出现的由高浓度一侧向低浓度一侧的运动）。2、说明为什么电子和空穴的迁移率是不同的。答：迁移率是衡量载流子在单位电场强度的作用下获得平均漂移速度大小的物理量。导带电子和价带空穴本质上是导带电子和价带电子，由于一个是摆脱共价键束缚的较自由电子，另一个是仍受共价键束缚只可在共价键的等价位置之间运动的电子，因此相比较而言，导带电子更容易改变其运动状态，在相同的外加电场的作用下获得更大的平均漂移速度，故导带电子具有较大的迁移率；或者从公式μn=eτ已知T=300K时，低掺杂的硅样品的电子迁移率为1359(a)计算电子两次碰撞之间的时间间隔(b)若对其施加了600V/cm的电场，则两次碰撞之间电子的平均漂移的距离是多少答：(a）根据迁移率的公式μn=eτ(b)根据其施加的电场，在这样的电场下获得的平均漂移速度为1359cm2V4、在T=300K时，本征半导体硅材料掺入了施主杂质，掺杂浓度为1×1015cm-答：根据题目给出的条件，为n型半导体处于完全电离区，故其电导率公式为σ≈neμn将相关常数代入计算得到σ≈1×1015×1.6×10-19×1350=0.216S/cm或Ω∙cm-1。其电阻率为4.63Ω∙5、已知一种半导体材料的电子迁移率和空穴迁移率分别用和表示，证明当空穴浓度为p0=niμnμ答：根据电导率公式σ=neμn+peμp结合热平衡状态下n0p0=ni2将n0=ni2p0代入电导率公式得到σ=n6、已知室温下电阻率为8Ω⋅cm的答：根据题意，对n型半导体，其电导率公式近似为σ≈neμn，变形后为n7、计算室温下本征砷化镓的电导率，当其掺入了杂质浓度为1×答:本征砷化镓的电导率用公式σi=eniμn+μp8、在T=300K时，半导体材料硅中掺入了NA=5×(a)电子浓度和空穴浓度(b)费米能级位置(c)电导率答：(a)根据题目给出条件，该半导体属于n型补偿半导体处于完全电离区，故其电子浓度为n0=1×1(b)费米能级位置E(c)电导率σ≈9、当3V的电压加在1.5cm长的半导体棒的两端，半导体内部空穴的平均漂移速度为5×1答：根据题意，半导体两端加的电场强度为E=31.5=2V10、某非均匀掺杂的p型半导体，其在平衡状态下的价带顶附近的能带图如图所示，为一条确定斜率的直线，其斜率由图中给出参数确定，试求(a)该半导体内建电场的表达式（用图中给出参数表示）(b)在假设玻尔兹曼近似成立的前提下，该半导体空穴浓度和电子浓度随x变化的函数关系如何，请写出其表达式（设x=0处的电子和空穴浓度分别表示为n1和p1，载流子浓度用(c)在前面两问的基础上证明爱因斯坦关系xEFEvExEFEvEx=0x=LΔ(b)根据平衡半导体的载流子浓度公式n0=NCexpEF(c)根据该半导体是平衡状态，故Jn=0，故有eμnnEx+eDndndx=