半導(dǎo)體物理學(xué)第版第五章習(xí)題及復(fù)習(xí)資料

1、第五章習(xí)題.在一個(gè)n型半導(dǎo)體樣品中，過(guò)剩空穴濃度為1013cm3,空穴的壽命為100us。計(jì)算空穴的復(fù)合率已知：p1013/cm3,100s求：U?解：根據(jù)Up得：U1013100 10 61017 / cm3s.用強(qiáng)光照射n型樣品，假定光被均勻地吸收，產(chǎn)生過(guò)剩載流子，產(chǎn)生率為，空穴壽命為(1)寫(xiě)出光照下過(guò)剩載流子所滿(mǎn)足的方程；(2)求出光照下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的過(guò)載流子濃度解：均勻吸收，無(wú)濃度梯度，無(wú)飄移。dPP-&gLt方程的通解：p(t)AegL(2)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，d-p0dtgL0.pg有一塊n型硅樣品，壽命是1us,無(wú)光照時(shí)電阻率是10cm,今用光照射該樣品，光被半導(dǎo)體均勻的吸收，電子

2、-空穴對(duì)的產(chǎn)生率是1022cm30-1，試計(jì)算光照下樣品的電阻率，并求電導(dǎo)中少數(shù)在流子的貢獻(xiàn)占多大比例？光照達(dá)到穩(wěn)定態(tài)后.一pgL0 TOC o 1-5 h z 226163png101010cm1光照刖：010cmnqnPqp光照后：npnpqpnqnpqpnqnpqp0.1010161.61019135010161.610195000.12.963.06s/cm1-:0.32cm.少數(shù)載流子對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)pp0.所以少子對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)，主要是p的貢獻(xiàn).p9up10161.610195000.8產(chǎn)26%3.063.06一塊半導(dǎo)體材料的壽命二10us,光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子，試求光照突然停

3、止20us后，其中非平衡載流子將衰減到原來(lái)的百分之幾?tp(t)p(0)e一20-p(迎e1013.5%p(0)光照停止20s后，減為原來(lái)的13.5%。n型硅中，摻雜濃度N=1016cm3,光注入的非平衡載流子濃度n=p=1014cm3。計(jì)算無(wú)光照和有光照的電導(dǎo)率。設(shè)T300K,ni1.51010cm3.np1014/cm3貝Un01016cm3,p02.25104/cm3nnn,pp0p無(wú)光照：0n0qnp0qupn0qn10161.6101913502.16s/cm有光照：nqnpqpn0qnp0qpnq(np)_1419101.610(1350500)0.02962.19s/cm(注：摻

4、雜1016cm13的半導(dǎo)體中電子、空穴的遷移率近似等于本征半導(dǎo)體的遷移率)EcEiEf Ev光照前.畫(huà)出p型半導(dǎo)體在光照（小注入）前后的能帶圖，標(biāo)出原來(lái)的的費(fèi)米能級(jí)和光照時(shí)的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)EiEFnEcEfpEv光照后.摻施主濃度N=1015cm3的n型硅，由于光的照射產(chǎn)生了非平衡載流子n=p=1014cm3。試計(jì)算這種情況下的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)位置，并和原來(lái)的費(fèi)米能級(jí)作比較強(qiáng)電離情況，載流子濃 度 n n0 n 1015 10141.1 1015/cm3EFnEiP Po P2 niNd1410EFnEi(1.5 1010)2101514141014 10/cmEFPEik Tln -0n.i11 10

5、15 Tln 110 01.5 1010PkcTln 0 P. i0.291eVE nni e-FnEikoTEFPEik0Tln10141.5 10100.229eVEi EfpP 2 爐平衡時(shí)efEiN_ k Tln D on.ikTln-0.289eV01.51010EFEFEFEP0.0025eV0.0517eV.在一塊p型半導(dǎo)體中，有一種復(fù)合-產(chǎn)生中心，小注入時(shí)，被這些中心俘獲的電子發(fā)射回導(dǎo)帶的過(guò)程和它與空穴復(fù)合的過(guò)程具有相同的概率。試求這種復(fù)合-產(chǎn)生中心的能級(jí)位置，并說(shuō)明它能否成為有效的復(fù)合中心？解：根據(jù)復(fù)合中心的間接復(fù)合理論：復(fù)合中心Nt被電子占據(jù)nt,向?qū)Оl(fā)射電子EtEiSn

6、ntnRentkoT從價(jià)帶俘獲空穴rnpnt由題知，rnnmeE-E1rppntkoT,小注入：pp0p poReEi EFkoTieEtEikoTEi EfkoTrnrpEtEiEiEfno,p1很小。n1p0代入公式L,不是有效的復(fù)合中心。.把一種復(fù)合中心雜質(zhì)摻入本征硅內(nèi)，如果它的能級(jí)位置在禁帶中央，試證明小注入時(shí)的壽命=n+p本征Si:EFEj復(fù)合中心的位置ETEi根據(jù)間接復(fù)合理論得： TOC o 1-5 h z rn（nnip）（p。Pip）N/rng。p。p）Ec EfEfEvnin。NcecNcekoTECETkoT；p。NceckoT；piNceET EVkoT10. 一塊n型硅

7、內(nèi)摻有1rpNt11.15 10 17 10161。8.6 10 10 * * * *s因?yàn)椋篍fEiET所以：n。p。nipirn（n。n。p）p（n。n。p）p型Si中，Au對(duì)少子電子的俘獲系數(shù)rn決定了其壽命。1nN16.3 10 * * 8 101691.6 10 9s11.在下述條件下，是否有載流子的凈復(fù)合或者凈產(chǎn)生:(1)在載流子完全耗盡(即n,p都大大小于小)半導(dǎo)體區(qū)域。(2)在只有少數(shù)載流子別耗盡(例如，pnWpn。，而小二口。)的半導(dǎo)體區(qū)域。(3)在n=p的半導(dǎo)體區(qū)域，這里nn。2、UNtnp(np%)n(nni)p(ppi)(1)載流子完全耗盡，n。,p。NtnpMUNjn

8、p(npn2)rn(nn1)rp(pPi)(2)只有少數(shù)載流子被耗盡，(反偏pn結(jié)，pnpno,nnhn。)NtEpn2 TOC o 1-5 h z U0rn(nni)pp2U復(fù)合室N迎pjnpfl血)一產(chǎn)生rn(nn)rp(pp1)(3)np,nniUNtrp(n2n2)orn(nni)rp(np1)復(fù)合率為正，表明有凈復(fù)合12.在摻雜濃度N=1016cm3,少數(shù)載流子壽命為10us的n型硅中，如果由于外界作用，少數(shù)載流子全部被清除，那么在這種情況下，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率是多大？（Et=E）。&1c163n0Nd10cm,2pnL2.25104/cm3n。nn01016cm3,p0,n0,p

9、p0UNjnp(npn：)rn(nn)rp(pR)N-rpn2rn(n0n)pp1 TOC o 1-5 h z EcEtEc-kT%Tn1NceNceniEtEvEiEvpNvek0TNvekoTnNtn2 pnijn。pRNtrnrpn0_ _42.25 10N“pp0p010 10 62.25 109/cm3s13.室溫下，p型半導(dǎo)體中的電子壽命為=350us,電子的遷移率Un=3600cm2/(V?s)。試求電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度。解：根據(jù)愛(ài)因斯坦關(guān)系DnDnkoTqkTLn.Dn nkTnn0.02636003501060.18cmJPqDPd pdxp14.設(shè)空穴濃度是線(xiàn)性分布，在3us內(nèi)濃

10、度差為1015cm3,Up=400cm/(V?s)。試計(jì)算空穴擴(kuò)散電流密度。kTq一qkTpx0.026 400101510 45.55A/cm215.在電阻率為1cm的p型硅半導(dǎo)體區(qū)域中，摻金濃度N=1015cm3,由邊界穩(wěn)定注入的電子濃度(n)0=1010cm3,試求邊界 處電子擴(kuò)散電流。根據(jù)少子的連續(xù)性方程2_n nD p 2-ptx由于p Si內(nèi)部摻有Ntn遇到復(fù)合中心復(fù)合x(chóng)1510 cmn一gp p3的復(fù)合中心11rnNt 6.3 10 8 10151.6 108s無(wú)電場(chǎng)，無(wú)產(chǎn)生率，達(dá)到穩(wěn)定分布2 TOC o 1-5 h z dnn八Dp2-0,xn2dnn0方程的通解為：Xn(X)

11、 Ae LXBej . Dn邊界條件： x 0, n(0) x , n()n(X)nen0X國(guó)Jn qDn dXn0 qDn-LnqDn Dn。Dnq. nn0qkT nn02 n16. 一塊電阻率為3cm的n型硅樣品，空穴壽命p=5us,在其平面形的表面處有穩(wěn)定的空穴注入，過(guò)剩濃度（p）=1013cm3。計(jì)算從這個(gè)表面擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部的空穴電流密度，以及在離表面多遠(yuǎn)處過(guò)?？昭舛鹊扔?012cm3?過(guò)?？昭ㄋ駨牡倪B續(xù)性方程為d2pDp弁邊界條件:0, p(0),p()X13310 cm0p(x)PoeLp,Lp.Dp10121012p。d p qDp dXX pe LpXe 二1012

12、Lp ln - p1013p00 qDp-LpLp ln10pDppp17.光照1 cm的n型硅樣品，均勻產(chǎn)生非平衡載流子，電子-空穴對(duì)產(chǎn)生率為1017cm3?s1。設(shè)樣品的壽命為10us,表面符合速度為100cm/s。試計(jì)算:(1)單位時(shí)間單位表面積在表面復(fù)合的空穴數(shù)。(2)單位時(shí)間單位表面積在離表面三個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度中體積內(nèi)復(fù)合的空穴數(shù)D JP 2dxgp 0邊界條件:pp(Dp)gpp(x)xxSp(P(0) P0)解之：p(x) ce Lpxp(x)Po ce Lp gpgp由邊界條件得C gpsp pp Lp sp pp(x)Po pgp 1SpLpSpx-e LPp復(fù)合的空穴數(shù).單位時(shí)間在單位表示積-，._pspP(0)PoDp-x18.一塊摻雜施主濃度為21016cm3的硅片，在920oC下?lián)浇鸬斤柡蜐舛?，然后?jīng)氧化等處理，最后此硅片的表面復(fù)合中心1010cm2。計(jì)算體壽命，擴(kuò)散長(zhǎng)度和表面復(fù)合