半导体物理》期中试题解答.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微电子与固体电子学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,半导体物理,期中试题解答,一、填空题,纯净半导体的霍尔系数,小,于,0,。若一种半导体材料的霍尔系数等于,0,，则该材料的极性是,P,型。,电子在各能量状态上的分布服从,费米分布,的半导体称为简并半导体，可以采用,波尔兹曼分布,近似描述的半导体称为非简并半导体。,室温下本征,Si,的掺入杂质,P,后，费米能级向,导带,/E,c,移动，若进一步升高温度，费米能级向,Ei/,本征费米能级,/,禁带中心能级,/,价带,移动。,半导体回旋共振实验用来测量载流子的,有效质量,。,重掺杂通常会使半导体的禁带宽度变,窄,。,金掺入半导体,Si,中是一种,深能级,杂质。,7.,电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体,各元胞对应点出现的几率相同,的几率相同。,8.,硅的晶体结构和能带结构分别是,金刚石,型和,间接带隙,型。,二、选择题,在常温下，将浓度为,10,14,/cm,3,的,As,掺入,Si,半导体中，该半导体中起主要散射作用的是,C,。,杂质散射,光学波散射,声学波散射,多能谷散射,下列哪个参数不能由霍尔效应实验确定,C,。,迁移率,载流子浓度,有效质量,m*,半导体极性,重空穴指的是,D,。,质量较大的原子组成的半导体中的空穴,比电子质量大的空穴,价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴,价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴,半导体中载流子迁移率的大小主要决定于,B,。,复合机构,散射机构,能带结构,晶体结构,若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料是,A,。,本征半导体,杂质半导体,金属,杂质化合物半导体,三、设半导体有两个价带，带顶均在,k=0,处且能量相等，带顶空穴有效质量有以下关系：，试定性画出两者的,E-k,关系图。,E,k,E,1,：重空穴,E,2,：轻空穴,四、分析化合物半导体,PbS,中,S,的间隙原子是形成施主还是受主？,S,2-,Pb,S,S,Pb,S,Pb,2+,S,Pb,S,2-,S,的间隙原子由于电负性大，容易获取电子，形成负电中心，充当受主,五、,1,）计算下面两种材料在室温下的载流子浓度：（,1,）掺入密度为,10,14,/cm,3,B,的锗材料；（,2,）掺入密度为,10,14,/cm,3,B,的硅材料。,2,）制作一种,p-n,结需要一种,P,型材料，工作温度是室温（,300K,）,试判断上面两种材料中哪一种适用，并说明理由。（在室温下，硅：,n,i,=1.510,10,/cm,3,锗：,n,i,=2.410,13,/cm,3,）,解：,1,）掺入锗：,n,i,/N,A,=24%,，故该,P,型材料处于,过渡区,掺入硅：,n,i,n,i,=1.510,10,/cm,3,半导体处于饱和电离区,八、试论证非简并半导体在热平衡时载流子浓度积与杂质浓度无关，而与禁带宽度有关。,非简并半导体在热平衡时载流子浓度：,浓度积,而,Nc,、,Nv,均与杂质浓度无关，故浓度积只与禁带宽度,Eg,有关。,九、一个晶格常数为,a,的一维晶体，其电子能量,E,与波矢,k,的关系是：讨论在这个能带中的电子，其有效质量和速度如何随,k,变化。,设一,n,型半导体导带电子的有效质量为,m*,n,=m,o,试证明,在,300K,时，使得费米能级,E,F,=(E,C,+E,D,)/2,的施主浓度为,N,D,=,2N,C,。（设此时的施主的电离很弱，按非简并情况处理）,证明：在非简并条件下：,又,，,，,由电中性条件得到：,n,0,=N,D,+,所以有：,当电离很弱时，即,如果要求使得,得证。,有一硅样品在温度为,300k,时，施主与受主的浓度差,N,D,-N,A,=10,14,cm,-3,设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度,N,C,=2.910,19,cm,-3,，硅的本征载流子浓度,ni=1.510,10,cm,-3,求,样品的费米能级位于哪里？,解：由电中性条件可得,:,由题意可知，,n,i,=1.510,10,cm,-3,N,D,-N,A,=10,14,cm,-3,故有：,，可忽略,p,0,导带电子浓度为：,所以,所以，,样品的费米能级位于导带底,E,c,下方,0.327eV,。,在半导体锗材料中，掺入施主杂质浓度,N,D,=1014cm-3,受主杂质,浓度,N,A,=710,13,cm,-3,设室温下本征锗的电阻率为,60.cm,，,假设电子和空穴的迁移率分别为,n,=3600cm,2,/Vs,，,p,=1800,cm,2,/Vs,，如流过样品的电流密度为,52.3mA/cm,2,求所加的电场,强度。,（提示：杂质完全电离，先求,ni,由电中型条件和,n,0,p,0,=ni,2,求,n,0,和,p,0,，再求电导率和电场）,解：,，,所以，样品的电导率为：,