刘恩科半导体物理习题答案word版本.doc

个人收集整理 勿做商业用途半导体物理习题解答（河北大学电子信息工程学院 席砺莼）11（P32）设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec（k）和价带极大值附近能量Ev（k）分别为：和；m0为电子惯性质量，k11/2a；a0。314nm。试求:禁带宽度；导带底电子有效质量；价带顶电子有效质量；价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。解 禁带宽度Eg根据0;可求出对应导带能量极小值Emin的k值：kmin，由题中EC式可得：EminEC（K）|k=kmin=；由题中EV式可看出,对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax0；并且EminEV（k)k=kmax;EgEminEmax0.64eV导带底电子有效质量mn; mn价带顶电子有效质量m，准动量的改变量k(kminkmax)= 毕12（P33）晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m,107V/m的电场时,试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。解 设电场强度为E，(取绝对值） 代入数据得：t(s）当E102 V/m时，t8。3108（s）；E107V/m时，t8。31013（s)。 毕37（P81)在室温下，锗的有效状态密度Nc1.051019cm3，Nv5.71018cm3，试求锗的载流子有效质量mn和mp*.计算77k时的Nc和Nv。已知300k时,Eg0。67eV。77k时Eg0。76eV.求这两个温度时锗的本征载流子浓度.77k，锗的电子浓度为1017cm3，假定浓度为零，而EcED0。01eV,求锗中施主浓度ND为多少？解 室温下，T=300k（27），k0=1.38010-23J/K,h=6。62510-34JS,对于锗:Nc1.051019cm3,Nv=5。71018cm3：求300k时的Nc和Nv：根据(318）式:根据(323）式：求77k时的Nc和Nv：同理:求300k时的ni：求77k时的ni：77k时，由（346）式得到：EcED0.01eV0.011.61019；T77k;k01.381023；n01017；Nc1。3651019cm-3；毕38(P82）利用题7所给的Nc和Nv数值及Eg0。67eV，求温度为300k和500k时，含施主浓度ND51015cm3，受主浓度NA2109cm-3的锗中电子及空穴浓度为多少?解1) T300k时，对于锗：ND51015cm3,NA2109cm-3:;；2）T300k时：；查图37(P61）可得：，属于过渡区,；.（此题中，也可以用另外的方法得到ni：求得ni）毕311（P82）若锗中杂质电离能ED0.01eV，施主杂质浓度分别为ND1014cm-3及1017cm-3，计算（1）99%电离，(2）90%电离,(3)50%电离时温度各为多少?解未电离杂质占的百分比为：；求得：；(1) ND=1014cm3，99电离，即D_=1-99=0.01即:将ND=1017cm3，D_=0。01代入得：即：(2) 90时,D_=0。1 即：ND=1017cm3得：即：;(3) 50电离不能再用上式即：即：取对数后得：整理得下式： 即：当ND1014cm-3时,得当ND1017cm-3时此对数方程可用图解法或迭代法解出.毕314（P82）计算含有施主杂质浓度ND91015cm-3及受主杂质浓度为1。11016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置.解对于硅材料：ND=91015cm-3；NA1。11016cm3；T300k时 ni=1.51010cm-3：;且毕318（P82）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.04eV，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。解n型硅，ED0。044eV，依题意得：毕319(P82）求室温下掺锑的n型硅，使EF(ECED）/2时的锑的浓度。已知锑的电离能为0.039eV。解由可知，EFED，EF标志电子的填充水平，故ED上几乎全被电子占据，又在室温下，故此n型Si应为高掺杂，而且已经简并了.即 ；故此n型Si应为弱简并情况。其中毕320（P82）制造晶体管一般是在高杂质浓度的n型衬底上外延一层n型的外延层，再在外延层中扩散硼、磷而成。设n型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039eV,300k时的EF位于导带底下面0。026eV处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。解 根据第19题讨论，此时Ti为高掺杂，未完全电离：，即此时为弱简并其中毕41（P113）300K时，Ge的本征电阻率为47cm，如电子和空穴迁移率分别为3900cm2/VS和1900cm2/VS，试求本征Ge的载流子浓度。解T=300K，47cm，n3900cm2/VS,p1900 cm2/VS毕42（P113）试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/VS和500cm2/VS。当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。比本征Si的电导率增大了多少倍？解T=300K,，n1350cm2/VS,p500 cm2/VS掺入As浓度为ND5.00102210-65。001016cm-3杂质全部电离，查P89页，图414可查此时n900cm2/VS毕413（P114）掺有1.11016 cm3硼原子和91015 cm3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。解NA1。11016 cm-3，ND91015 cm3可查图415得到cm（根据，查图414得，然后计算可得。）毕415（P114）施主浓度分别为1013和1017cm3的两个Si样品，设杂质全部电离,分别计算：室温时的电导率.解n11013 cm3，T300K，n21017cm3时，查图可得毕55（P144）n型硅中,掺杂浓度ND1016cm-3，光注入的非平衡载流子浓度np1014cm3。计算无光照和有光照时的电导率.解nSi，ND1016cm3，np1014cm3，查表414得到：:无光照：npND，为小注入:有光照：毕57(P144)掺施主杂质的ND1015cm3n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子np1014cm-3.试计算这种情况下准费米能级的位置,并和原来的费米能级做比较。解n-Si，ND1015cm-3，np1014cm-3，光照后的半导体处于非平衡状态:室温下，EgSi1.12eV；比较：由于光照的影响，非平衡多子的准费米能级与原来的费米能级相比较偏离不多，而非平衡勺子的费米能级与原来的费米能级相比较偏离很大.毕516（P145）一块电阻率为3cm的n型硅样品，空穴寿命，再其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩空穴浓度，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1012cm-3?解 ;，：由查图415可得:，又查图414可得：由爱因斯坦关系式可得： 所求而毕