半導體物理期末試卷含部分答案

1、C.不含任何雜質D.處于絕對零度、填空題純凈半導體Si中摻錯誤!未找到引用源。族元素的雜質，當雜質電離時釋放_電子。這種雜質稱施主雜質；相應的半導體稱N型半導體。當半導體中載流子濃度的分布不均勻時，載流子將做散運動；在半導體存在外加電壓情況下，載流子將做漂移運動。np=2標志著半導體處于平衡狀態(tài)，當半導體摻入的雜質含量改變時，乘積np改變否？不變；當溫度變化時，np改變否？改變。oo非平衡載流子通過復合作用而消失,非平衡載流子的平均生存時間叫做壽命T,壽命T與復合中心在禁帶中的位置密切相關,對于強p型和強n型材料，小注入時壽命tn為，壽命tp為.遷移率是反映載流子在電場作用下運動難易程度的物理

2、量,擴散系數(shù)是反映有濃度梯度時載流子運動難易程度的物理量，聯(lián)系兩者的關系式是D-koT，稱為愛因斯坦關系式。卩qn半導體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是電離雜質散射和晶格振動散射。前者在電離施主或電離受主形成的庫倫勢場下起主要作用，后者在溫度高下起主要作用。半導體中淺能級雜質的主要作用是影響半導體中載流子濃度和導電類型；深能級雜質所起的主要作用。&有3個硅樣品，其摻雜情況分別是：甲含鋁10i5cm-3乙.含硼和磷各1017cm-3丙含鎵1017cm-3室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的順序是乙甲丙。樣品的電子遷移率由高到低的順序是甲丙乙。費米能級由高到低的順序是乙甲丙。對n型半導體，如果

3、以Ef和EC的相對位置作為衡量簡并化與非簡并化的標準，那么E-E2kT為非簡并條件；0E-E2kT為弱簡并條件；E-E0為簡并條件。CF0CF0CF當P-N結施加反向偏壓增大到某一數(shù)值時，反向電流密度突然開始迅速增大的現(xiàn)象稱為旦結擊穿，其種類為:雪崩擊穿、和齊納擊穿（或隧道擊穿）。指出下圖各表示的是什么類型半導體？Ki以長聲學波為主要散射機構時，電子遷移率口與溫度的-3/2次方成正比13半導體中載流子的擴散系數(shù)決定于其中的載流子的濃度梯度。14電子在晶體中的共有化運動指的是電子不再完全局限在某一個原子上，而是可以從晶胞中某一點自由地運動到其他晶胞內的對應點，因而電子可以在整個晶體中運動。二、選

4、擇題1根據(jù)費米分布函數(shù)，電子占據(jù)（EF+kT）等于空穴占據(jù)（EF+kT）能級的幾率C.大于電子占據(jù)ef的幾率2有效陷阱中心的位置靠近D。A.導帶底B.禁帶中線能級的幾率丄。等于空穴占據(jù)（EF-kT）能級的幾率D.大于空穴占據(jù)Ef的幾率價帶頂D.費米能級3對于只含一種雜質的非簡并n型半導體，費米能級Ef隨溫度上升而D。A.單調上升B.單調下降C.經過一極小值趨近EiD.經過一極大值趨近Ei7若某半導體導帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，則該半導體必定D_。A.不含施主雜質B.不含受主雜質二、簡答題1簡述常見摻雜半導體材料(Si,Ge)中兩種主要的散射機構，并說明溫度及摻雜濃度對這兩種散射機構幾率的影響及原

5、因。答：主要的散射機構為晶格振動散射和電離雜質散射其散射幾率和溫度的關系為：晶格振動散射：psxT3/2，電離雜質散射：pixNT一3/22有4塊Si半導體樣品，除摻雜濃度不同外，其余條件均相同。根據(jù)下列所給數(shù)據(jù)判斷哪塊樣品電阻率最大？哪塊樣品的電阻率最??？并說明理由。NA=1.2X10i3/cm3,ND=8X10i4/cm3;NA=8X10i4/cm3,ND=1.2X10i5/cm3;NA=4X1014/cm3;ND=4X1014/cm3.3當PN結兩側摻雜濃度ND及NA相同時，比較Si、Ge、GaAs材料PN結內建電勢的大小，為什么？正向偏壓斤口一“結的費米能級4畫出外加正向和負向偏壓時p

6、n結能帶圖(需標識出費米能級的位置)。反向懾壓下Pn結的鍛來能級5在一維情況下，描寫非平衡態(tài)半導體中載流子(空穴)運動規(guī)律的連續(xù)方程是什么？說明各項的物理意義。屯=d竺p_卩|E生沖p塑坐+gdtpdx2pdxpdxtp並在x處，t時刻單位時間、單位體積中空穴的增加數(shù)；D孔由于擴散，單位時間、單dtpdx2位體積中空穴的積累數(shù)；_卩ie亞_卩p由于漂移，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；pdxpdx_p由于復合，單位時間、單位體積中空穴的消失數(shù)；g由于其他原因，單位時間、單一tp位體積中空穴的產生數(shù)。6室溫下某n型Si單晶摻入的施主濃度ND大于另一塊n型Ge摻入的施主濃度ND1，試問哪一塊材料

7、的平衡少子濃度較大？為什么？7以n型Si材料為例，畫出其電阻率隨溫度變化的示意圖，并作出說明和解釋。答：設半導體為n型，有p=1一nq卩nAB：本征激發(fā)可忽略。溫度升高，載流子濃度增加，雜質散射導致遷移率也升高，故電阻率P隨溫度T升高下降；BC：雜質全電離，以晶格振動散射為主。溫度升高，載流子濃度基本不變。晶格振動散射導致遷移率下降，故電阻率P隨溫度T升高上升；CD：本征激發(fā)為主。晶格振動散射導致遷移率下降，但載流子濃度升高很快，故電阻率P隨溫度T升高而下降；金屬和半導體導電類型上有何不同？金屬自由電子導電，半導體非平衡載流子導電平衡p-n結的空間電荷區(qū)示意圖如下，畫出空間電荷區(qū)中載流子漂移運

8、動和擴散運動的方向（在下圖右側直線上添加尖頭即可）。并說明擴散電流和漂移電流之間的關系。（大小相等，方向相反）111口i1十十In11電壬廡運續(xù)鼻11+1Jr1I1.空八臊殆運功電丁忙砸幼已知：室溫下n=1.5x1Oiocm-3,i卩_500(cm2/V-s),卩_1300(cm2/V-s)np解：（1）對于硅材料：ND=5X10i5cm-3；p_N一N_2x1015cm-30AD10型半導體的電阻率隨溫度的變化曲線如圖所示，試解釋為什么會出現(xiàn)這樣的變化規(guī)律。四計算題1.InSb禁帶寬度E=0.23eV，相對介電常數(shù)-25，電子有效質量m*=0.015m。試采用類g匕_n0r氫模型計算施主雜質

9、電離能。2.單晶硅中均勻地摻入兩種雜質摻硼1.5xl0i6cm-3,摻磷5.0 xl0i5cm-3。試計算：（1）室溫下載流子濃度；（2）室溫下費米能級位置；（3）室溫下電導率；（4）600K下載流子濃度。kT=0.026eV；0N=2.8x10i9cm-3,N=1.0 x10i9cm-3,CV；600K時n=6x10i5cm-3。iNA=1.5X10i6cm-3；T=300k時ni=1.5X10i0cm-3：n(1.5x1010)21“_cm-3_1.125x105cm-3p0.2x101603.E-Ef為f(E)_1+e（E-Ef）/k0T計算電子占據(jù)該能級的幾率。4k0T,10k0T時，分別用費米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)解：費米分布函數(shù)為-E-Etf(E)_ek”TB當E-EF等于4k0T時，f=0.01799；玻耳茲曼分布函數(shù)為當E-EF等于10k0T時，f=4.54*10-54.54*10-5；當E-EF等于4k0T時，f=0.01832；當E-EF等于10kT時，f=上述結果顯示在費米能級附近費米分布和玻耳茲曼分布有一定的差距。有三塊半導體硅材料，