半導(dǎo)體物理第六章習(xí)題答案

1、.第6章 p-n結(jié)1、一個(gè)ge突變結(jié)的p區(qū)n區(qū)摻雜濃度分別為na=1017cm-3和nd=51015cm-3，求該pn結(jié)室溫下的自建電勢(shì)。解：pn結(jié)的自建電勢(shì) 已知室溫下，ev，ge的本征載流子密度 代入后算得：4.證明反向飽和電流公式（6-35）可改寫為式中，和分別為n型和p型半導(dǎo)體電導(dǎo)率，為本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率。證明：將愛因斯坦關(guān)系式和代入式（6-35）得因?yàn)?，上式可進(jìn)一步改寫為又因?yàn)榫?即將此結(jié)果代入原式即得證 注：嚴(yán)格說，遷移率與雜質(zhì)濃度有關(guān)，因而同種載流子的遷移率在摻雜濃度不同的p區(qū)和n區(qū)中并不完全相同，因而所證關(guān)系只能說是一種近似。5.一硅突變pn結(jié)的n區(qū)rn=5wcm，tp=1ms

2、；p區(qū)rp=0.1wcm，tn=5ms，計(jì)算室溫下空穴電流與電子電流之比、飽和電流密度，以及在正向電壓0.3v時(shí)流過p-n結(jié)的電流密度。解：由，查得，由，查得，由愛因斯坦關(guān)系可算得相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)分別為，相應(yīng)的擴(kuò)散長度即為對(duì)摻雜濃度較低的n區(qū)，因?yàn)殡s質(zhì)在室溫下已全部電離，所以對(duì)p區(qū)，雖然na=51017cm-3時(shí)雜質(zhì)在室溫下已不能全部電離，但仍近似認(rèn)為pp0=na，于是，可分別算得空穴電流和電子電流為精品.空穴電流與電子電流之比 飽和電流密度：當(dāng)u=0.3v時(shí)：=6條件與上題相同，計(jì)算下列電壓下的勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積上的勢(shì)壘電容：10v；0v；0.3v。解：對(duì)上題所設(shè)的p+n結(jié)，其勢(shì)壘寬度 式中

3、，外加偏壓u后，勢(shì)壘高度變?yōu)?，因?u=10v時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積勢(shì)壘電容分別為 u=0v時(shí)，勢(shì)壘區(qū)寬度和單位面積勢(shì)壘電容分別為精品. u=0.3v 正向偏壓下的pn結(jié)勢(shì)壘電容不能按平行板電容器模型計(jì)算，但近似為另偏壓勢(shì)壘電容的4倍，即7.計(jì)算當(dāng)溫度從300k增加到400k時(shí)，硅pn結(jié)反向電流增加的倍數(shù)。解：根據(jù)反向飽和電流js對(duì)溫度的依賴關(guān)系（講義式(626)或參考書p.193）：式中，eg(0)表示絕對(duì)零度時(shí)的禁帶寬度。由于比其后之指數(shù)因子隨溫度的變化緩慢得多，主要是由其指數(shù)因子決定，因而12、分別計(jì)算硅p+n結(jié)在平衡和反向電壓45v時(shí)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。已知vd=0.7v，。解：勢(shì)壘寬度

4、：平衡時(shí)，即u=0v時(shí) 最大場(chǎng)強(qiáng)：精品.時(shí)： 最大場(chǎng)強(qiáng)13. 求題5所給硅p+n的反向擊穿電壓、擊穿前的空間電荷區(qū)寬度及其中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。解：按突變結(jié)擊穿電壓與低摻雜區(qū)電阻率的關(guān)系，可知其雪崩擊穿電壓ub = 95.1495.14751/4=318 v或按其n區(qū)摻雜濃度91014/cm3按下式算得ub =60=60 (100/9)3/4=365（v）二者之間有計(jì)算誤差。以下計(jì)算取300v為擊穿前的臨界電壓。擊穿前的空間電荷區(qū)寬度空間電荷區(qū)中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度注：硅的臨界雪崩擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為3105 v/cm，計(jì)算結(jié)果與之基本相符。14.設(shè)隧道長度，求硅、鍺、砷化鎵在室溫下電子的隧穿幾率。解：隧穿幾

5、率 對(duì)硅：，爾格 對(duì)鍺：，精品. 對(duì)砷化鎵：，第7章 金屬和半導(dǎo)體的接觸1、求al-cu、au-cu、w-al、cu-ag、al-au、mo-w、au-pt的接觸電勢(shì)差，并標(biāo)出電勢(shì)的正負(fù)。解：題中相關(guān)金屬的功函數(shù)如下表所示：元素alcuauwagmopt功函數(shù)4.184.595.204.554.424.215.43 對(duì)功函數(shù)不同的兩種材料的理想化接觸，其接觸電勢(shì)差為：故： 精品.2、兩種金屬a和b通過金屬c相接觸，若溫度相等，證明其兩端a、b的電勢(shì)差同a、b直接接觸的電勢(shì)差一樣。如果a是au，b是ag，c是cu或al，則vab為多少伏？解：溫度均相等，不考慮溫差電動(dòng)勢(shì)，兩式相加得：顯然，vab

6、與金屬c無關(guān)。若a為au，b為ag，c為al或cu，則vab與cu、al無關(guān)，其值只決定于wau=5.2ev，wag=4.42ev，即3、求nd=1017cm-3的n型硅在室溫下的功函數(shù)。若不考慮表面態(tài)的影響，它分別同al、au、mo接觸時(shí)，形成阻擋層還是反阻擋層？硅的電子親和能取4.05ev。解：設(shè)室溫下雜質(zhì)全部電離，則其費(fèi)米能級(jí)由n0=nd=51015cm-3求得：其功函數(shù)即為：若將其與功函數(shù)較小的al（wal=4.18ev）接觸，則形成反阻擋層，若將其與功函數(shù)較大的au（wau=5.2ev）和mo（wmo=4.21ev）則形成阻擋層。5、某功函數(shù)為2.5ev的金屬表面受到光的照射。 這個(gè)面吸收紅色光或紫色光時(shí)，能發(fā)射電子嗎？ 用波長為185nm的紫外線照射時(shí)，從表面發(fā)射出來的電子的能量是多少？解：設(shè)紅光波長l700nm；紫光波長l400nm，則紅光光子能量精品.其值小于該金屬的功函數(shù)，所以紅光照射該金屬表面不能令其發(fā)射電子；而紫光光子能量：其值大于該金屬的功函數(shù)，所以紫光照射該金屬表面能令其發(fā)射電子。 l185nm的紫外光光子能量為：發(fā)射出來的電子的能量：6、電阻率為的n型鍺和金屬接觸形成的肖特基勢(shì)壘高度為0.3ev。求加上5v反向電壓時(shí)的空間電荷層厚度。解： 已知：，。由圖4-15查得時(shí)