半導體物理學題庫附參考答案

1、精品一 填空題1. 能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對于波矢的，引入有效質(zhì)量的意義在于其反映了晶體材料的的作用。（二階導數(shù)，內(nèi)部勢場）2. 半導體導帶中的電子濃度取決于導帶的（即量子態(tài)按能量如何分布）和 （即電子在不同能量的量子態(tài)上如何分布）。（狀態(tài)密度，費米分布函數(shù)）3. 兩種不同半導體接觸后,費米能級較高的半導體界面一側(cè)帶電，達到熱平衡后兩者的費米能級。（正，相等）4. 半導體硅的價帶極大值位于空間第一布里淵區(qū)的中央，其導帶極小值位于方向上距布里淵區(qū)邊界約0.85 倍處，因此屬于半導體。（ 100 ， 間接帶隙）5. 間隙原子和空位成對出現(xiàn)的點缺陷稱為；形成原子空位而無間隙原子的點缺陷

2、稱為。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）6. 在一定溫度下， 與費米能級持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為，高于費米能級2kT 能級處的占據(jù)概率為。（ 1/2 ，1/1+exp(2)）感謝下載載7. 從能帶角度來看，鍺、硅屬于 半導體，而砷化稼屬于 半導體，后者有利于光子的吸收和發(fā)射。（間接帶隙，直接帶隙）8. 通常把服從的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)，服從的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)。（玻爾茲曼分布，費米分布）9. 對于同一種半導體材料其電子濃度和空穴濃度的乘積與有關(guān)，而對于不同的半導體材料其濃度積在一定的溫度下將取決于的大小。（溫度，禁帶寬度）10. 半導體的晶格結(jié)構(gòu)式多種多樣的，常見的Ge 和 Si 材料

3、，其原子均通過共價鍵四面體相互結(jié)合，屬于結(jié)構(gòu)；與 Ge 和 Si 晶格結(jié)構(gòu)類似，兩種不同元素形成的化合物半導體通過共價鍵四面體還可以形成和纖鋅礦等兩種晶格結(jié)構(gòu)。（金剛石，閃鋅礦）11. 如果電子從價帶頂躍遷到導帶底時波矢k 不發(fā)生變化， 則具有這種能帶結(jié)構(gòu)的半導體稱為禁帶半導體，否則稱為禁帶半導體。 （直接，間接）12. 半 導 體 載 流 子 在 輸運 過 程 中 ， 會 受 到 各 種 散 射 機 構(gòu) 的 散 射 ， 主要 散 射 機 構(gòu) 有 、中性雜質(zhì)散射、 位錯散射、 載流子間的散射和等價能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散射，晶格振動的散射）13. 半導體中的載流子復合可以有很多途徑，主要有兩

4、大類：的直接復合和通過禁帶內(nèi)的進行復合。（電子和空穴，復合中心）14. 反向偏置 pn 結(jié)， 當電壓升高到某值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為pn 結(jié)擊穿，主要的擊穿機理有兩種： 擊穿和 擊穿。（ 雪崩，隧道）15. 雜質(zhì)可顯著改變載流子濃度；雜質(zhì)可顯著改變非平衡載流子的壽命，是有效的復合中心。 （淺能級，深能級）二選擇題1 本征半導體是指（A）的半導體。A 不含雜質(zhì)和缺陷C電子密度和空穴密度相等B 電阻率最高D 電子密度與本征載流子密度相等2. 如果一半導體的導帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，那么該半導體必定（D）。A.不含施主雜質(zhì)B.不含受主雜質(zhì)C.不含任何雜質(zhì)D.處于絕對零度3. 有效復合中心

5、的能級必靠近(A)。A. 禁帶中部B. 導帶C. 價帶D. 費米能級4 對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導體，費米能級EF 隨溫度上升而（D）。A. 單調(diào)上升C. 經(jīng)過一個極小值趨近EiB.D.單調(diào)下降經(jīng)過一個極大值趨近Ei5. 當一種n型半導體的少子壽命由直接輻射復合決定時，其小注入下的少子壽命正比于（A）。A. 1/n0B. 1/ nC. 1/p0D. 1/ p6. 在 Si 材料中摻入P，則引入的雜質(zhì)能級（B）A. 在禁帶中線處B. 靠近導帶底C. 靠近價帶頂D.以上都不是7. 公式q/ m* 中的是半導體載流子的（C）。A. 遷移時間B. 壽命C. 平均自由時間D. 擴散時間8. 對于一

6、定的n 型半導體材料， 溫度一定時， 減少摻雜濃度， 將導致 （D）靠近 Ei。A. EcB. EvC. EgD. EF9. 在晶體硅中摻入元素（B）雜質(zhì)后，能形成N 型半導體。A. 鍺B. 磷C. 硼D. 錫10. 對大注入條件下，在一定的溫度下，非平衡載流子的壽命與（D）。A 平衡載流子濃度成正比B非平衡載流子濃度成正比C平衡載流子濃度成反比D 非平衡載流子濃度成反比11. 重空穴是指（C）A. 質(zhì)量較大的原子組成的半導體中的空穴B. 價帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C. 價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D. 自旋軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴12. 電子在導帶能級中分布的概率表達式是

7、（C）。EDEcEcEDEcEFEFEcA. exp()k0TB. exp()k0TC. exp()k0TD. exp()k0T13. 如在半導體中以長聲學波為主要散射機構(gòu)是，電子的遷移率n 與溫度的 （B）。3A. 平方成正比B.C. 平方成反比D.次方成反比23次方成正比214. 把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（D）。A.改變禁帶寬度B. 產(chǎn)生復合中心C.產(chǎn)生空穴陷阱D. 產(chǎn)生等電子陷阱15. 一般半導體器件使用溫度不能超過一定的溫度，這是因為載流子濃度主要來源于 ，而將忽略不計。（A）A. 雜質(zhì)電離，本征激發(fā)B. 本征激發(fā)，雜質(zhì)電離C. 施主電離，本征激發(fā)

8、D.本征激發(fā)，受主電離16. . 一塊半導體壽命=15 s ，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30 s 后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（C）。A. 1/4B. 1/eC. 1/e 2D. 1/217. 半導體中由于濃度差引起的載流子的運動為（B）。A. 漂移運動B. 擴散運動C. 熱運動D.共有化運動18. 硅導帶結(jié)構(gòu)為（D）。A. 位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的 6 個球形等能面B. 一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的 6 個球形等能面C. 一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的 8 個橢球等能面D. 位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的 6 個橢球等能面19. 雜質(zhì)半導體中的載流子輸運過程的散射機構(gòu)

9、中，當溫度升高時， 電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（B）。A.變大，變小B.變小，變大C.變小，變小D.變大，變大20. 與半導體相比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導帶所需的能量（A）。A.比半導體的大B.比半導體的小C.與半導體的相等D.不確定21. 一般半導體它的價帶頂位于 ，而導帶底位于 。 （D）A. 波矢 k=0或附近，波矢k 0B. 波矢 k0 ，波矢 k=0或附近C. 波矢 k=0 ，波矢 k 0D. 波矢 k=0或附近，波矢k 0 或 k=022. 鍺的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（C）。A. 金剛石型和直接禁帶型B. 閃鋅礦型和直接禁帶型C. 金剛石型和間接禁

10、帶型D. 閃鋅礦型和間接禁帶型23. 如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為（D）。A. 施主B. 復合中心C. 陷阱D. 兩性雜質(zhì)24. 雜質(zhì)對于半導體導電性能有很大影響，下面哪兩種雜質(zhì)分別摻雜在硅中能顯著地提高硅的導電性能（C）。A. 硼或鐵B. 鐵或銅C. 硼或磷D. 金或銀25. 當施主能級ED 與費米能級EF 相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（C）倍；A. 1B. 1/2C. 1/3D. 1/426. 同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導體， 如果甲的相對介電常數(shù)r 是乙的 3/4 ， m n*/m 0值是乙的2 倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（D）。A. 甲的施主雜質(zhì)電離

11、能是乙的8/3 ，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/4B. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的3/2 ，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的32/9C. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的16/3 ，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的8/3D. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9 ，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/827. 本征半導體費米能級的表達式是。（B）EcEvA.k0T ln NDEcEvB.k0T ln Nv222 Nc22NcC.EcN Dk0T lnNcEcEvD.228. 載流子在電場作用下的運動為（A）。A. 漂移運動B. 擴散運動C. 熱運動D. 共有化運動29. 下面情況下的材料中，室溫時功函數(shù)最大的是（A

12、）。A. 含硼 110 15 cm -3 的硅B. 含磷 110 16 cm -3 的硅C. 含硼 1 10 15 cm -3 ，磷 1 10 16 cm -3 的硅D.純凈的硅30. 一般可以認為，在溫度不很高時，能量大于費米能級的量子態(tài)基本上，而能量小于費米能級的量子態(tài)基本上為，而電子占據(jù)費米能級的概率在各種溫度下總是 ，所以費米能級的位置比較直觀地標志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費米能級標志了電子填充能級的水平。（A）A. 沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/2B.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2C. 沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3D.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/3三簡答題1.

13、 簡要說明費米能級的定義、作用和影響因素。答：電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計分布概率遵循費米分布函數(shù)：f ( E)1exp1EEFkT費米能級 EF 是確定費米分布函數(shù)的一個重要物理參數(shù)，在絕對零度是，費米能級EF 反映了未占和被占量子態(tài)的能量分界線，在某有限溫度時的費米能級EF 反映了量子態(tài)占據(jù)概率為二分之一時的能量位置。確定了一定溫度下的費米能級EF 位置，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計分布就可完全確定。費米能級EF 的物理意義是處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的化學勢，即在不對外做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。半導體中的費米能級EF 一般位于禁帶內(nèi)，具體位置和溫度、導電類型及摻雜

14、濃度有關(guān)。只有確定了費米能級EF 就可以統(tǒng)計得到半導體導帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度。2. 在本征半導體中進行有意摻雜各種元素，可改變材料的電學性能。請解釋什么是淺能級雜質(zhì)、 深能級雜質(zhì)， 它們分別影響半導體哪些主要性質(zhì)；什么是雜質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x何在？答：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠小于本征半導體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負電（電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供空穴。它可有效地提高半導體的導電能力。摻雜半導體又分為n 型半導體和p 型半導體。深能級雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級位置在禁帶中遠離導帶或價帶，在常溫下很難電離，不能對導帶的電子或價帶的

15、空穴的濃度有所貢獻，但它可以提供有效的復合中心，在光電子開關(guān)器件中有所應用。當半導體中既有施主又有受主時，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補償。利用雜質(zhì)補償效應，可以根據(jù)需要改變半導體中某個區(qū)域的導電類型，制造各種器件。3. 什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？答： 半導體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負電的離子，并同時向價帶提供空穴， 這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負電。4. 什么叫復合中心？何謂間接復合過程？有哪四個微觀過程？試說明每個微觀過程和哪些參數(shù)有關(guān)。答：半導體內(nèi)的雜質(zhì)和缺

16、陷能夠促進復合，稱這些促進復合的雜質(zhì)和缺陷為復合中心；間接復合：非平衡載流子通過復合中心的復合；四個微觀過程：俘獲電子，發(fā)射電子，俘獲空穴，發(fā)射空穴； 俘獲電子：和導帶電子濃度和空穴復合中心濃度有關(guān)。發(fā)射電子：和復合中心能級上的電子濃度。俘獲空穴：和復合中心能級上的電子濃度和價帶空穴濃度有關(guān)。發(fā)射空穴：和空的復合中心濃度有關(guān)。5. 漂移運動和擴散運動有什么不同？兩者之間有什么聯(lián)系？答：漂移運動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運動，而擴散運動是由于濃度分布不均 勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運動。前者的推動力是外電場，后者的推動力則是載流子的分布引起的。漂移運動與擴散運動之間通

17、過遷移率與擴散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導體的遷移率與擴散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即qDk0T6. 簡要說明pn 結(jié)空間電荷區(qū)如何形成？答：當 p 型半導體和n 型半導體結(jié)合形成pn 結(jié)時， 由于兩者之間存在載流子濃度梯度，從而導致了空穴從p 區(qū)到 n 區(qū)、電子從n 區(qū)到 p 區(qū)的擴散運動。對于p 區(qū)，空穴離開后留下了不可動的帶負電荷的電離受主，因此在p 區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個負電荷區(qū)；同理對于n 區(qū)， 電子離開后留下了不可動的帶正電荷的電離施主，因此在n 區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個正電荷區(qū)。這樣帶負電荷的電離受主和帶正電荷的電離施主形成了一個空間電荷區(qū)，并產(chǎn)生了從n區(qū)指向 p

18、區(qū)的內(nèi)建電場。在內(nèi)建電場作用下， 載流子的漂移運動和擴散運動方向相反， 內(nèi)建電場阻礙載流子的擴散運動。 隨內(nèi)建電場增強， 載流子的擴散和漂移達到動態(tài)平衡。 此時就形成了一定寬度的空間電荷區(qū)，并在空間電荷區(qū)兩端產(chǎn)生了電勢差，即 pn 結(jié)接觸電勢差。7. 簡要說明載流子有效質(zhì)量的定義和作用。答：能帶中電子或空穴的有效質(zhì)量m 的定義式為：mh 2d 2 E(k)dk 2有效質(zhì)量m 與能量函數(shù)E(k) 對于波矢 k 的二次微商， 即能帶在某處的曲率成反比；能帶越窄，曲率越小，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，曲率越大，有效質(zhì)量越?。辉谀軒ы敳?，曲率小于零，則有效質(zhì)量為負值，在能帶底部，曲率大于零，則有效質(zhì)量為正

19、值。有效質(zhì)量的意義在于它概括了內(nèi)部勢場的作用，使得在解決半導體中載流子在外場作用下的運動規(guī)律時，可以不涉及內(nèi)部勢場的作用。8. 對于摻雜的元素半導體Si、Ge 中，一般情形下對載流子的主要散射機構(gòu)是什么？寫出其主要散射機構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。答：對摻雜的元素半導體材料Si、 Ge，其主要的散射機構(gòu)為長聲學波散射和電離雜質(zhì)散射其散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學波散射：p T 3/ 2 ，電離雜質(zhì)散射：piNi Ts3/ 29. 說明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。答：載流子遷移率反映了單位電場強度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：vd； 其單位為： cmE2/V s半導體載流子遷移率

20、的計算公式為：q m其大小與能帶中載流子的有效質(zhì)量成反比，與載流子連續(xù)兩次散射間的平均自由時間成正比。確定了載流子遷移率和載流子濃度就可確定該載流子的電導率。四證明題1. 試推證：對于只含一種復合中心的間接帶隙半導體晶體材料，在穩(wěn)定條件下非平衡載流子的凈復合率公式2Ntrn rp npniUrn nn1rppp1證：題中所述情況，主要是間接復合起作用，包含以下四個過程。甲：電子俘獲率=r nn(N t -n t )乙：電子產(chǎn)生率=r nn 1n tn 1=n iexp(E t -E i)/k 0 T)丙：空穴俘獲率=r ppn t?。嚎昭óa(chǎn)生率=r pp 1 (N t -n t ) p 1=n iexp(E i -E t )/k 0 T)穩(wěn)定情況下凈復合率U= 甲- 乙= 丙- ?。?1 ）穩(wěn)定時甲+ 丁= 丙+ 乙將四個過程的表達式代入上式解得ntN trn (nnrn n1)p1rp rp ( pp1 )（ 2 ）將四個過程的表達式和（2 ）式代入（ 1 ）式整理得N trnrp (npUn1p1)（ 3 ）rn (nn1)