半導(dǎo)體物理習(xí)題答案

..>第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)例1.證明:對(duì)于能帶中的電子，K狀態(tài)和-K狀態(tài)的電子速度大小相等,方向相反。即：v(k)=－v(－k)，并解釋為什么無(wú)外場(chǎng)時(shí)，晶體總電流等于零。解：K狀態(tài)電子的速度為：〔1〕同理，－K狀態(tài)電子的速度則為：〔2〕從一維情況容易看出：〔3〕同理有：〔4〕〔5〕將式〔3〕〔4〕〔5〕代入式〔2〕后得：〔6〕利用〔1〕式即得：v(－k)=－v(k)因?yàn)殡娮诱紦?jù)*個(gè)狀態(tài)的幾率只同該狀態(tài)的能量有關(guān)，即：E(k)=E(－k)故電子占有k狀態(tài)和-k狀態(tài)的幾率一樣，且v(k)=－v(－k)故這兩個(gè)狀態(tài)上的電子電流相互抵消，晶體中總電流為零。例2.一維晶體的電子能帶可寫成：式中，a為晶格常數(shù)。試求：〔1〕能帶的寬度；〔2〕能帶底部和頂部電子的有效質(zhì)量。解：〔1〕由E(k)關(guān)系〔1〕〔2〕令得：當(dāng)時(shí)，代入〔2〕得：對(duì)應(yīng)E(k)的極小值。當(dāng)時(shí)，代入〔2〕得：對(duì)應(yīng)E(k)的極大值。根據(jù)上述結(jié)果，求得和即可求得能帶寬度。故：能帶寬度〔3〕能帶底部和頂部電子的有效質(zhì)量：習(xí)題與思考題：1什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說(shuō)明之。2試定性說(shuō)明Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。3試指出空穴的主要特征。4簡(jiǎn)述Ge、Si和GaAs的能帶構(gòu)造的主要特征。5*一維晶體的電子能帶為其中E0=3eV，晶格常數(shù)a=5×10-11m。求：〔1〕能帶寬度；〔2〕能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。6原子中的電子和晶體中電子受勢(shì)場(chǎng)作用情況以及運(yùn)動(dòng)情況有何不同？原子中內(nèi)層電子和外層電子參與共有化運(yùn)動(dòng)有何不同？7晶體體積的大小對(duì)能級(jí)和能帶有什么影響？8描述半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)為什么要引入"有效質(zhì)量〞的概念？用電子的慣性質(zhì)量描述能帶中電子運(yùn)動(dòng)有何局限性？9一般來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)于高能級(jí)的能帶較寬，而禁帶較窄，是否如此？為什么？10有效質(zhì)量對(duì)能帶的寬度有什么影響？有人說(shuō)："有效質(zhì)量愈大，能量密度也愈大，因而能帶愈窄。〞是否如此？為什么？11簡(jiǎn)述有效質(zhì)量與能帶構(gòu)造的關(guān)系？12對(duì)于自由電子，加速反向與外力作用反向一致，這個(gè)結(jié)論是否適用于布洛赫電子？13從能帶底到能帶頂，晶體中電子的有效質(zhì)量將如何變化？外場(chǎng)對(duì)電子的作用效果有什么不同？14試述在周期性勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電子具有哪些一般屬性？以硅的本征激發(fā)為例，說(shuō)明半導(dǎo)體能帶圖的物理意義及其與硅晶格構(gòu)造的聯(lián)系？15為什么電子從其價(jià)鍵上掙脫出來(lái)所需的最小能量就是半導(dǎo)體的禁帶寬度？16為什么半導(dǎo)體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用具有正電荷和一定質(zhì)量的空穴來(lái)描述？17有兩塊硅單晶，其中一塊的重量是另一塊重量的二倍。這兩塊晶體價(jià)帶中的能級(jí)數(shù)是否相等？彼此有何聯(lián)系？18說(shuō)明布里淵區(qū)和k空間等能面這兩個(gè)物理概念的不同。19為什么極值附近的等能面是球面的半導(dǎo)體，當(dāng)改變存儲(chǔ)反向時(shí)只能觀察到一個(gè)共振吸收峰？第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)與缺陷能級(jí)例1.半導(dǎo)體硅單晶的介電常數(shù)＝11.8，電子和空穴的有效質(zhì)量各為，和，，利用類氫模型估計(jì)：〔1〕施主和受主電離能;〔2〕基態(tài)電子軌道半徑解：〔1〕利用下式求得和。因此，施主和受主雜質(zhì)電離能各為：〔2〕基態(tài)電子軌道半徑各為：式中,是波爾半徑。習(xí)題與思考題：1什么叫淺能級(jí)雜質(zhì)？它們電離后有何特點(diǎn)？2什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。3什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。

4摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。

5兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？

6深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體有何影響？

7何謂雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？8說(shuō)明雜質(zhì)能級(jí)以及電離能的物理意義。8為什么受主、施主能級(jí)分別位于價(jià)帶之上或?qū)е?，而且電離能的數(shù)值較小？9純鍺、硅中摻入Ⅲ族或Ⅴ族元素后，為什么使半導(dǎo)體電性能有很大的改變？雜質(zhì)半導(dǎo)體〔p型或n型〕應(yīng)用很廣，但為什么我們很強(qiáng)調(diào)對(duì)半導(dǎo)體材料的提純？10把不同種類的施主雜質(zhì)摻入同一種半導(dǎo)體材料中，雜質(zhì)的電離能和軌道半徑是否不同？把同一種雜質(zhì)摻入到不同的半導(dǎo)體材料中〔例如鍺和硅〕，雜質(zhì)的電離能和軌道半徑又是否都一樣？11何謂深能級(jí)雜質(zhì)？它們電離以后有說(shuō)明特點(diǎn)？12為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個(gè)施主或受主能級(jí)？13說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響。14說(shuō)明半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)的作用有何不同？15什么叫雜質(zhì)補(bǔ)償？什么叫高度補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體？雜質(zhì)補(bǔ)償有何實(shí)際應(yīng)用？第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布例1.有一硅樣品，施主濃度為，受主濃度為，施主電離能，試求的施主雜質(zhì)電離時(shí)的溫度。解：令和表示電離施主和電離受主的濃度，則電中性方程為：略去價(jià)帶空穴的奉獻(xiàn)，則得：〔受主雜質(zhì)全部電離〕式中：對(duì)硅材料由題意可知,則〔1〕當(dāng)施主有99%的N電離時(shí)，說(shuō)明只有1%的施主有電子占據(jù)，即＝0.01。＝198，代入式〔1〕得：去對(duì)數(shù)并加以整理即得到下面的方程：用相關(guān)數(shù)值解的方法或作圖求得解為：T=101.例2.現(xiàn)有三塊半導(dǎo)體硅材料，室溫下〔300K〕它們的空穴濃度分別為：，，。分別計(jì)算這三塊材料的電子濃度，，；判斷這三塊材料的導(dǎo)電類型；分別計(jì)算這三塊材料的費(fèi)米能級(jí)的位置。解：〔1〕室溫時(shí)硅的，根據(jù)載流子濃度積公式：可求出〔2〕即，故為p型半導(dǎo)體.,即，故為本征半導(dǎo)體.，即，故為n型半導(dǎo)體.(3)當(dāng)T=300k時(shí)，由得：對(duì)三塊材料分別計(jì)算如下：即p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)在禁帶中線下0.37eV處。即費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中心位置。對(duì)n型材料有即對(duì)n型材料，費(fèi)米能級(jí)在禁帶中心線上0.35eV處。1對(duì)于*n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級(jí)在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之上。即EFn>EFi。2試分別定性定量說(shuō)明：在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，載流子濃度越高。3×1010cm×1016cm×1016cm-3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導(dǎo)電類型又將怎樣？4×106cm×1017cm-3的Si材料，試求溫度分別為300K和400K時(shí)此材料的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置。5試分別計(jì)算本征Si在77K、300K和500K下的載流子濃度。6×1016cm-3，試計(jì)算300K時(shí)的電子濃度和空穴濃度各為多少？7*摻施主雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并Si樣品，試求EF=〔EC+ED〕/2時(shí)施主的濃度。8半導(dǎo)體處于怎樣的狀態(tài)才能叫處于熱平衡狀態(tài)？其物理意義如何。9什么叫統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)？費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布的函數(shù)形式有何區(qū)別？在怎樣的條件下前者可以過(guò)渡到后者？為什么半導(dǎo)體中載流子分布可以用玻耳茲曼分布描述？10說(shuō)明費(fèi)米能級(jí)的物理意義。根據(jù)費(fèi)米能級(jí)位置如何計(jì)算半導(dǎo)體中電子和空穴濃度？如何理解費(fèi)米能級(jí)是摻雜類型和摻雜程度的標(biāo)志？11證明，在時(shí)，對(duì)費(fèi)米能級(jí)取什么樣的對(duì)稱形式？12在半導(dǎo)體計(jì)算中，經(jīng)常應(yīng)用這個(gè)條件把電子從費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)計(jì)過(guò)渡到玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)，試說(shuō)明這種過(guò)渡的物理意義。13寫出半導(dǎo)體的電中性方程。此方程在半導(dǎo)體中有何重要意義？14假設(shè)n型硅中摻入受主雜質(zhì)，費(fèi)米能級(jí)升高還是降低？假設(shè)溫度升高當(dāng)本征激發(fā)起作用時(shí)，費(fèi)米能級(jí)在什么位置？為什么？15如何理解分布函數(shù)與狀態(tài)密度的乘積再對(duì)能量積分即可求得電子濃度？16為什么硅半導(dǎo)體器件比鍺器件的工作溫度高？17當(dāng)溫度一定時(shí)，雜質(zhì)半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)主要由什么因素決定？試把強(qiáng)N、弱N型半導(dǎo)體與強(qiáng)P、弱P半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)與本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)比較。18如果向半導(dǎo)體中重?fù)绞┲麟s質(zhì)，就你所知會(huì)出現(xiàn)一些什么效應(yīng)？第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性例1.室溫下，本征鍺的電阻率為47，試求本征載流子濃度。假設(shè)摻入銻雜質(zhì)，使每個(gè)鍺原子中有一個(gè)雜質(zhì)原子，計(jì)算室溫下電子濃度和空穴濃度。設(shè)雜質(zhì)全部電離。鍺原子的濃度為，試求該摻雜鍺材料的電阻率。設(shè)，且認(rèn)為不隨摻雜而變化。。解：本征半導(dǎo)體的電阻率表達(dá)式為：施主雜質(zhì)原子的濃度故其電阻率例2.在半導(dǎo)體鍺材料中摻入施主雜質(zhì)濃度，受主雜質(zhì)濃度；設(shè)室溫下本征鍺材料的電阻率，假設(shè)電子和空穴的遷移率分別為，，假設(shè)流過(guò)樣品的電流密度為，求所加的電場(chǎng)強(qiáng)度。解：須先求出本征載流子濃度又聯(lián)立得:故樣品的電導(dǎo)率：習(xí)題與思考題：1對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體和一般摻雜半導(dǎo)體，為何前者的遷移率隨溫度的變化趨勢(shì)不同？試加以定性分析。2何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？3試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。4證明當(dāng)μn≠μp，且電子濃度，空穴濃度時(shí)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率有最小值，并推導(dǎo)σmin的表達(dá)式。5×10-9kg的Sb，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試求出此材料的電導(dǎo)率。〔Si單晶的密度為/cm3，Sb的原子量為121.8〕6試從經(jīng)典物理和量子理論分別說(shuō)明散射的物理意義。7比較并區(qū)別下述物理概念：電導(dǎo)遷移率、霍耳遷移率和漂移遷移率。8什么是聲子？它對(duì)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)起什么作用？9強(qiáng)電場(chǎng)作用下，遷移率的數(shù)值與場(chǎng)強(qiáng)E有關(guān)，這時(shí)歐姆定律是否仍然正確？為什么？10半導(dǎo)體的電阻系數(shù)是正的還是負(fù)的？為什么？11有一塊本征半導(dǎo)體樣品，試描述用以增加其電導(dǎo)率的兩個(gè)物理過(guò)程。12如果有一樣的電阻率的摻雜鍺和硅半導(dǎo)體，問(wèn)哪一個(gè)材料的少子濃度高？為什么？13光學(xué)波散射和聲學(xué)波散射的物理機(jī)構(gòu)有何區(qū)別？各在什么樣晶體中起主要作用？14說(shuō)明本征鍺和硅中載流子遷移率溫度增加如何變化？15電導(dǎo)有效質(zhì)量和狀態(tài)密度有何區(qū)別？它們與電子的縱有效質(zhì)量和橫有效質(zhì)量的關(guān)系如何？16對(duì)于僅含一種雜質(zhì)的鍺樣品，如果要確定載流子符號(hào)、濃度、遷移率和有效質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)展哪些測(cè)量？17解釋多能谷散射如何影響材料的導(dǎo)電性。18為什么要引入熱載流子概念？熱載流子和普通載流子有何區(qū)別？第五章非平衡載流子例1.*p型半導(dǎo)體摻雜濃度,少子壽命,在均勻光的照射下產(chǎn)生非平衡載流子,其產(chǎn)生率,試計(jì)算室溫時(shí)光照情況下的費(fèi)米能級(jí)并和原來(lái)無(wú)光照時(shí)的費(fèi)米能級(jí)比較。設(shè)本征載流子濃度.解:(1)無(wú)光照時(shí),空穴濃度說(shuō)明無(wú)光照時(shí),費(fèi)米能級(jí)在禁帶中線下面0.35eV處。〔2〕穩(wěn)定光照后，產(chǎn)生的非平衡載流子為：上面兩式說(shuō)明，在之下，而在之上。且非平衡態(tài)時(shí)空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和和原來(lái)的費(fèi)米能級(jí)幾乎無(wú)差異，與電子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)相差甚遠(yuǎn)，如以下列圖所示。光照前光照后習(xí)題與思考題：1何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？2漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？3漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間有什么聯(lián)系？非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？4平均自由程與擴(kuò)散長(zhǎng)度有何不同？平均自由時(shí)間與非平衡載流子的壽命又有何不同？5證明非平衡載流子的壽命滿足，并說(shuō)明式中各項(xiàng)的物理意義。6導(dǎo)出非簡(jiǎn)并載流子滿足的愛因斯坦關(guān)系。7間接復(fù)合效應(yīng)與陷阱效應(yīng)有何異同？8光均勻照射在6Ωcm的n型Si樣品上，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率為4×1021cm-3s-1，樣品壽命為8μs。試計(jì)算光照前后樣品的電導(dǎo)率。9證明非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體中的電子電流形式為。10假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4μm內(nèi)的濃度差為2×1016cm-3，試計(jì)算空穴的擴(kuò)散電流密度。11試證明在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。12區(qū)別半導(dǎo)體平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)有何不同？什么叫非平衡載流子？什么叫非平衡載流子的穩(wěn)定分布？13摻雜、改變溫度和光照激發(fā)均能改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，它們之間有何區(qū)別？試從物理模型上予以說(shuō)明。14在平衡情況下，載流子有沒有復(fù)合這種運(yùn)動(dòng)形式？為什么著重討論非平衡載流子的復(fù)合運(yùn)動(dòng)？15為什么不能用費(fèi)米能級(jí)作為非平衡載流子濃度的標(biāo)準(zhǔn)而要引入準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)？費(fèi)米能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)有何區(qū)別？16在穩(wěn)定不變的光照下，半導(dǎo)體中電子和空穴濃度也是保持恒定不變的，但為什么說(shuō)半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)？17說(shuō)明直接復(fù)合、間接復(fù)合的物理意義。18區(qū)別：復(fù)合效應(yīng)和陷阱效應(yīng)，復(fù)合中心和陷阱中心，俘獲和復(fù)合，俘獲截面和俘獲幾率。第六章金屬和半導(dǎo)體接觸例1.設(shè)p型硅〔如圖7－2〕，受主濃度，試求：(1)室溫下費(fèi)米能級(jí)的位置和功函數(shù)；EV(2)不計(jì)外表態(tài)的影響，該p型硅分別與鉑和銀接觸后是否形成阻擋層？假設(shè)能形成阻擋層，求半導(dǎo)體一邊勢(shì)壘高度。：;硅電子親合能解：〔1〕室溫下，可認(rèn)為雜質(zhì)全部電離，假設(shè)忽略本征激發(fā)，則得：功函數(shù)〔2〕不計(jì)外表態(tài)的影響。對(duì)p型硅，當(dāng)時(shí)，金屬中電子流向半導(dǎo)體，使得半導(dǎo)體外表勢(shì)，空穴附加能量，使得能帶向下彎，形成空穴勢(shì)壘。所以，p型硅和銀接觸后半導(dǎo)體外表形成空穴勢(shì)壘，即空穴阻擋層。又因，所以，p型硅和鉑接觸后不能形成阻擋層?！?〕銀和p-Si接觸形成的阻擋層其勢(shì)壘高度：例2.施主濃度的n型硅〔如圖〕，室溫下功函數(shù)是多少？假設(shè)不考慮外表態(tài)的影響，它分別同Al、Au、Mo接觸時(shí)，是形成阻擋層還是反阻擋層？硅的電子親合能取4.05eV。設(shè)，，。解：設(shè)室溫下雜質(zhì)全部電離：則即n-Si的功函數(shù)為：：，，故二者接觸形成反阻擋層。，顯然，故Au與n-Si接觸，Mo與n-Si接觸均形成阻擋層。習(xí)題與思考題：1什么是功函數(shù)？哪些因數(shù)影響了半導(dǎo)體的功函數(shù)？什么是接觸勢(shì)差？2什么是Schottky勢(shì)壘？影響其勢(shì)壘高度的因數(shù)有哪些？3什么是歐姆接觸？形成歐姆接觸的方法有幾種？試根據(jù)能帶圖分別加以分析。4什么是鏡像力？什么是隧道效應(yīng)？它們對(duì)接觸勢(shì)壘的影響怎樣的？5×1016cm-3的n型Si與Al形成金屬與半導(dǎo)體接觸，Al的功函數(shù)為4.20eV，Si的電子親和能為4.05eV，試畫出理想情況下金屬-半導(dǎo)體接觸的能帶圖并標(biāo)明半導(dǎo)體外表勢(shì)的數(shù)值。6分別分析n型和p型半導(dǎo)體形成阻擋層和反阻擋層的條件。7試分別畫出n型和p型半導(dǎo)體分別形成阻擋層和反阻擋層的能帶圖。8什么是少數(shù)載流子注入效應(yīng)？9×1016cm-3，勢(shì)壘高度為0.64eV，加上4V的正向電壓時(shí)，試求勢(shì)壘的寬度為多少？10試根據(jù)能帶圖定性分析金屬-n型半導(dǎo)體形成良好歐姆接觸的原因。11金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)是如何定義的？半導(dǎo)體的功函數(shù)與哪些因素有關(guān)？12說(shuō)明金屬–半導(dǎo)體接觸在什么條件下能形成接觸勢(shì)壘〔阻擋層〕？分析n型和p型半導(dǎo)體形成阻擋層和反電阻率的條件？13分別畫出n型和p型半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)的能帶圖？14半導(dǎo)體外表態(tài)是怎樣影響勢(shì)壘高度的？分別討論受主型外表態(tài)和施主型外表態(tài)的影響。15什么叫歐姆接觸？實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體–金屬的歐姆接觸有幾種方法？簡(jiǎn)要說(shuō)明其物理原理。16應(yīng)該怎樣制作n型硅和金屬鋁接觸才能實(shí)現(xiàn)〔1〕歐姆接觸；〔2〕整數(shù)接觸。17試比較p–n結(jié)和肖特基結(jié)的主要異同點(diǎn)。指出肖特基二極管具有哪些重要特點(diǎn)。18為什么金屬–半導(dǎo)體二極管〔肖特基二極管〕消除了載流子注入后的存貯時(shí)間？19為什么對(duì)輕摻雜的p型半導(dǎo)體不能用四探針?lè)椒y(cè)量其電阻率？對(duì)輕摻雜的n型半導(dǎo)體如何分析其物理過(guò)程。20什么叫少數(shù)載流子注入效應(yīng)？21鏡像力和隧道效應(yīng)是如何影響金屬–半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘的？22比較擴(kuò)散理論和熱電子反射理論在解決肖特基二極管整流特性時(shí)其主要區(qū)別在什么地方？23金屬與重?fù)诫s的半導(dǎo)體接觸能夠形成歐姆接觸，說(shuō)明其物理原理。第七章半導(dǎo)體外表與MIS構(gòu)造例1.設(shè)在金屬與n型半導(dǎo)體之間加一電壓，且n-Si接高電位，金屬接低電位，使半導(dǎo)體外表層內(nèi)出現(xiàn)耗盡狀態(tài)。(1)求耗盡層內(nèi)電勢(shì)V(*)；(2)假設(shè)外表勢(shì)；外加電壓5V,施主濃度，求耗盡層厚度。設(shè)，解：〔1〕根據(jù)耗盡層近似，即假設(shè)空間電荷層的電子都已全部耗盡，電荷全由已電離的施主雜質(zhì)構(gòu)成，設(shè)摻雜是均勻的，則空間電荷層的電荷密度，故泊松方程可寫為：設(shè)為耗盡層寬度，則因半導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，有：設(shè)體內(nèi)電勢(shì)為0，即，，積分上式得；式中時(shí)，即為?！?〕當(dāng)加電壓為時(shí)，外表勢(shì)由Vs提高為Vs＋V，所以，外加電壓為V后，例2.試導(dǎo)出使外表恰為本征時(shí)外表電場(chǎng)強(qiáng)度，外表電荷密度和外表層電容的表示式〔設(shè)p型硅情形〕。解：當(dāng)外表恰為本征時(shí)，即Ei在外表與EF重合所以Vs=VB設(shè)外表層載流子濃度仍遵守經(jīng)典統(tǒng)計(jì)。則外表恰為本征故但取對(duì)數(shù)即得：F函數(shù)：p型硅，且故，因此：習(xí)題與思考:1解釋什么是外表積累、外表耗盡和外表反型？2在由n型半導(dǎo)體組成的MIS構(gòu)造上加電壓VG，分析其外表空間電荷層狀態(tài)隨VG變化的情況，并解釋其C－V曲線。3試述影響平帶電壓VFB的因素。4什么是空間電荷區(qū)？如何才能在半導(dǎo)體外表形成正的空間電荷區(qū)和負(fù)的空間電荷區(qū)？5說(shuō)明外表勢(shì)的物理意義，如何才能保證和？6為什么半導(dǎo)體的外表會(huì)發(fā)生彎曲？說(shuō)明能帶向上彎和向下彎的條件？7能帶彎曲以后形成電子勢(shì)壘還是空穴勢(shì)壘，如何判斷之。在能帶圖上討論n型半導(dǎo)體和外表空間電荷的關(guān)系。8半導(dǎo)體外表積累、耗盡、本征和反型的物理意義是什么？分析n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體形成上述幾種狀態(tài)的條件，以圖示意之。9為什么二氧化硅層下面的p型硅外表有自行變?yōu)閚型半導(dǎo)體的傾向？10分別對(duì)n型襯底和p型襯底MOS構(gòu)造，畫出在外加偏壓條件下MOS構(gòu)造中對(duì)應(yīng)于載流子在積累、耗盡、強(qiáng)反型時(shí)能帶和電荷分布圖。11畫出MOS構(gòu)造的等效電路，寫出MOS的電容表達(dá)式〔包括歸一化電容的表達(dá)式〕。設(shè)在實(shí)際MOS構(gòu)造中存在可動(dòng)離子，固定電荷和金–半功函數(shù)差，說(shuō)明每種情況對(duì)MOS構(gòu)造C–V特性的影響。12在忽略界面態(tài)影響情況下，可以用什么實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量MOS構(gòu)造氧化層中固定電荷與可動(dòng)電荷，說(shuō)明試驗(yàn)方法及有關(guān)公式。13用耗盡近似方法推導(dǎo)半導(dǎo)體外表耗盡層的外表勢(shì)，厚度和空間外表電荷的表示式。14何謂異質(zhì)結(jié)？異質(zhì)結(jié)如何分類？試以鍺和砷化鎵為例，說(shuō)明異質(zhì)結(jié)的表示法。15何謂突變異質(zhì)結(jié)和緩變異質(zhì)結(jié)？它們與同質(zhì)的突變p–n結(jié)和緩變p–n結(jié)有何區(qū)別？16以晶格常數(shù)為a的金剛石構(gòu)造為例，計(jì)算〔111〕，〔110〕，〔100〕的懸掛鍵密度，并比較其大小。17如何區(qū)分界面的原子面密度和懸掛鍵面密度，是否原子面密度大的懸掛鍵面密度一定大？18比較異質(zhì)結(jié)與同質(zhì)結(jié)的不同。根據(jù)異質(zhì)結(jié)的獨(dú)特性質(zhì)，說(shuō)明異質(zhì)結(jié)的應(yīng)用。19為什么異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu)比同質(zhì)結(jié)復(fù)雜得多？第十章半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象習(xí)題與思考:1什么是電導(dǎo)？說(shuō)明復(fù)合效應(yīng)和陷阱效應(yīng)對(duì)光電導(dǎo)的影響？2區(qū)別直接躍遷和間接躍遷〔豎直躍遷和非豎直躍遷〕。3什么是聲子？它對(duì)半導(dǎo)體吸收特性起什么作用？4使半導(dǎo)體材料硅、鍺和砷化鎵在光照下能夠產(chǎn)生電子–空穴對(duì)的光最大波長(zhǎng)為多少？5半導(dǎo)體對(duì)光的吸收有哪幾種主要過(guò)程？哪些過(guò)程具有確定的長(zhǎng)波吸收限？寫出對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)表示式。哪些具有線狀吸收光譜？哪些光吸收對(duì)光電導(dǎo)有奉獻(xiàn)？6本征吸收中電子吸收光子時(shí)，可能出現(xiàn)哪幾種躍遷方式？它們有何不同？各在什么樣的半導(dǎo)體中容易發(fā)生？試舉一、二例說(shuō)明。7什么是半導(dǎo)體的自由載流子光吸收？分別用經(jīng)典理論和量子理論說(shuō)明，并簡(jiǎn)要討論其結(jié)果。〔1〕寫出p–n結(jié)光電二極管的伏安特性方程并畫出對(duì)應(yīng)的特性曲線；〔2〕p–n結(jié)光電二極管的電流相應(yīng)于正偏置還是反偏置的二極管電流；〔3〕對(duì)于不同能量的光照，其曲線如何變化？8要產(chǎn)生激光發(fā)射，為什么需要對(duì)半導(dǎo)體重?fù)诫s？9解釋p型半導(dǎo)體霍耳系數(shù)改變符號(hào)的原因。10區(qū)別：電導(dǎo)遷移率、漂移遷移率和霍耳遷移率。11何謂霍耳角？與磁感應(yīng)強(qiáng)度和載流子遷移率的關(guān)系如何？12為什么半導(dǎo)體的霍耳效應(yīng)比金屬大的多？綜合練習(xí)題一一、選擇填空〔含多項(xiàng)選擇〕1.與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量〔〕A.比半導(dǎo)體的大B.比半導(dǎo)體的小C.與半導(dǎo)體的相等2.室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為1014cm－3×1015cm－3的磷，則電子濃度約為〔〕，空穴濃度為〔〕，費(fèi)米能級(jí)〔〕；將該半導(dǎo)體升溫至570K，則多子濃度約為〔〕，少子濃度為〔〕，費(fèi)米能級(jí)〔〕?！玻菏覝叵拢琻i≈×1010cm－3，570K時(shí)，niA.1014cm－3B.×1015cm－3××1015cm－3F.2×G.高于EiH.低于EiI.等于Ei3.施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供〔〕，受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供〔〕，本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供〔〕。A.空穴B.電子4.對(duì)于一定的半導(dǎo)體材料，摻雜濃度降低將導(dǎo)致禁帶寬度〔〕，本征流子濃度〔〕，功函數(shù)〔〕。A.增加B.不變C.減少5.對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，較少摻雜濃度，將導(dǎo)致〔〕靠近Ei。A.EcB.EvC.EgD.Ef6.熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體中電子濃度與空穴濃度之積為常數(shù)，它只與〔〕有關(guān)，而與〔〕無(wú)關(guān)。A.雜質(zhì)濃度B.雜質(zhì)類型C.禁帶寬度D.溫度7.外表態(tài)中性能級(jí)位于費(fèi)米能級(jí)以上時(shí)，該外表態(tài)為〔〕。A.施主態(tài)B.受主態(tài)C.電中性8.當(dāng)施主能級(jí)Ed與費(fèi)米能級(jí)Ef相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的〔〕倍。A.1B.1/2C.1/3D.1/49.最有效的復(fù)合中心能級(jí)位置在〔〕附近；最有利陷阱作用的能級(jí)位置在〔〕附近，常見的是〔〕的陷阱A.EaB.EdC.ED.EiE.少子F.多子10.載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生〔〕電流，漂移運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)生〔〕電流。A.漂移B.隧道C.擴(kuò)散11.MIS構(gòu)造的外表發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，其外表的導(dǎo)電類型與體材料的〔〕，假設(shè)增加摻雜濃度，其開啟電壓將〔〕。A.一樣B.不同C.增加D.減少二、思考題1.簡(jiǎn)述有效質(zhì)量與能帶構(gòu)造的關(guān)系。2.為什么半導(dǎo)體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用帶有正電荷和具有一定質(zhì)量的空穴來(lái)描述？3.分析化合物半導(dǎo)體PbS中S的間隙原子是形成施主還是受主？S的缺陷呢？4.說(shuō)明半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)、深能級(jí)雜質(zhì)的作用有何不同？5.為什么Si半導(dǎo)體器件的工作溫度比Ge半導(dǎo)體器件的工作溫度高？你認(rèn)為在高溫條件下工作的半導(dǎo)體應(yīng)滿足什么條件工廠生產(chǎn)超純Si的室溫電阻率總是夏天低，冬天高。試解釋其原因。6.試解釋強(qiáng)電場(chǎng)作用下GaAs的負(fù)阻現(xiàn)象。7.穩(wěn)定光照下，半導(dǎo)體中的電子和空穴濃度維持不變，半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)下嗎？為什么？8.愛因斯坦關(guān)系是什么樣的關(guān)系？有何物理意義？9.怎樣才能使得n型硅與金屬鋁接觸才能分別實(shí)現(xiàn)歐姆接觸和整流接觸？綜合練習(xí)題二一、選擇填空1.Ⅱ－Ⅵ族化合物半導(dǎo)體起施主作用的缺陷是〔〕。2.以下哪個(gè)參數(shù)不能由霍爾效應(yīng)確定〔〕A.遷移率μ

B.載流子濃度C.有效質(zhì)量m*擴(kuò)的方向是〔〕。4.有效陷阱中心的能級(jí)接近〔〕能級(jí)。5.在強(qiáng)電離區(qū)，N型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)位于〔〕6.在強(qiáng)電場(chǎng)下，隨電場(chǎng)的增加，GaAs中載流子的平均漂移速率是〔〕A.增加B.減少C.不變7.直接復(fù)合時(shí)，小注入的N型半導(dǎo)體的非平衡載流子壽命τd主要決定于〔〕。A.B.C.A.從正變到負(fù)B.從負(fù)到正C.始終為負(fù)9.有效復(fù)合中心的能級(jí)接近〔〕能級(jí)。10.對(duì)于*n型半導(dǎo)體構(gòu)成的金－半阻擋層接觸，加上正向電壓時(shí)，隨著電壓增加，阻擋層的厚度將逐漸〔〕。A.變寬B.不變C.變窄綜合練習(xí)題三一、單項(xiàng)選擇題〔總分16分，每題2分〕1.假設(shè)*半導(dǎo)體導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，則該半導(dǎo)體必定〔〕a〕不含施主雜質(zhì)b〕不含受主雜質(zhì)c〕本征半導(dǎo)體d〕處于絕對(duì)零度2.半導(dǎo)體中載流子擴(kuò)散系數(shù)的大小決定于其中的〔〕a〕散射機(jī)構(gòu)b〕能帶構(gòu)造c〕復(fù)合機(jī)構(gòu)d〕晶體構(gòu)造3.在溫室條件下，1cm3的硅中摻入濃度為1016/cm3的N型雜質(zhì)，則其電導(dǎo)率將增加〔〕倍a〕一百萬(wàn)b〕一千萬(wàn)c〕十萬(wàn)d〕無(wú)法確定4.硅中摻金工藝主要用于制造〔〕器件a〕大功率b〕高反壓c〕高頻d〕低噪聲5.現(xiàn)有一材料的電阻率隨溫度增加而先下降后上升，該材料是〔〕a〕金屬b〕本征半導(dǎo)體c〕摻雜半導(dǎo)體d〕高純化合物半導(dǎo)體6.MOS器件的導(dǎo)電溝道是〔〕層a〕耗盡b〕反型c〕阻擋d〕反阻擋7.有效的復(fù)合中心能級(jí)通常都是靠近〔〕a〕Ecb〕Evc〕Eid〕Ef8.反向的PN結(jié)空間電荷區(qū)中不存在〔〕電流a〕少子b〕漂移c〕產(chǎn)生d〕復(fù)合二、多項(xiàng)選擇題〔總分24分，每題3分〕1.以下的表達(dá)中〔〕不屬于空穴的特征a〕空穴濃度等于價(jià)帶中空狀態(tài)濃度b〕空穴所帶的正電荷等于電子電荷c〕空穴的能量等于原空狀態(tài)內(nèi)電子的能量的負(fù)值d〕空穴的波矢與原空狀態(tài)內(nèi)電子的波矢一樣2.關(guān)于電子的費(fèi)米分布函數(shù)f(E)，表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔〕a〕是能量為E的一個(gè)量子狀態(tài)被電子占據(jù)的幾率b〕電子在能量為E的狀態(tài)上服從泡利原理c〕當(dāng)EC-EF〉〉kT時(shí)，費(fèi)米分布可用波爾茲曼分布近似d〕服從費(fèi)米分布的半導(dǎo)體是簡(jiǎn)并的3.關(guān)于結(jié)的表達(dá)中〔〕是正確的a〕流過(guò)結(jié)的正向電流成分中空穴電流占優(yōu)勢(shì)b〕結(jié)的耗盡區(qū)寬度主要在N型側(cè)c〕流過(guò)結(jié)的反向電流成分中沒有復(fù)合電流d〕降低N區(qū)的摻雜濃度可以提高結(jié)的反向擊穿電壓4.下面四塊半導(dǎo)體硅單晶，除摻雜濃度不同外，其余條件均一樣，由下面給出的數(shù)據(jù)可知：電阻率最大的是〔〕，電阻率最小的是〔〕a〕b〕，c〕d〕5.以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔〕a〕非平衡載流子在電場(chǎng)作用下，在壽命時(shí)間內(nèi)所漂移的距離叫牽引長(zhǎng)度b〕非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離稱為擴(kuò)散長(zhǎng)度c〕使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的最小能量叫電子親和能d〕復(fù)合中心指的是促進(jìn)復(fù)合過(guò)程的雜質(zhì)和缺陷6.關(guān)于P型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)的表達(dá)〔〕是正確的a〕由溫度和受主濃度決定b〕當(dāng)溫度一定時(shí)，受主濃度越高，與的差就越小c〕當(dāng)受主濃度一定時(shí)，溫度越高，與的差就越小d〕用適當(dāng)波長(zhǎng)的光均勻照射半導(dǎo)體時(shí)，與的差變大7.關(guān)于PN結(jié)擊穿的表達(dá)〔〕是正確的a〕雪崩擊穿的擊穿電壓比隧道擊穿的擊穿電壓高b〕輕摻雜的PN結(jié)易發(fā)生雪崩擊穿c〕重?fù)诫s的PN結(jié)易發(fā)生隧道擊穿d〕P-i-N結(jié)的擊穿電壓要比一般PN結(jié)的擊穿電壓高8.以下表達(dá)中〔〕是正確的a〕PN結(jié)的接觸電勢(shì)差隨溫度升高要減小b〕PN結(jié)的接觸電勢(shì)差c〕零偏壓時(shí)的硅PN結(jié)微分電阻要比鍺PN結(jié)的微分電阻大d〕在一樣的正向電壓情況下，鍺PN結(jié)的微分電阻要比硅PN結(jié)的小e〕在一樣的正向電流情況下，鍺PN結(jié)的微分電阻要比硅PN結(jié)的大三、填空題〔共15分，每題3分〕中，是載流子的_________________，m*是載流子的_________________。2.N型硅摻砷后，費(fèi)米能級(jí)向_______移動(dòng)，在室溫下進(jìn)一步升高溫度，費(fèi)米能級(jí)向_______移動(dòng)。4.一維情況下，描述非平衡態(tài)半導(dǎo)體中空穴運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)性方程為寫出每一項(xiàng)的物理意義是：

①______________________________________

②______________________________________

③______________________________________

④______________________________________

⑤______________________________________

⑥______________________________________5.MOS構(gòu)造的強(qiáng)反型條件是__________________四、解釋或說(shuō)明以下各名詞〔共15分，每題5分〕五、說(shuō)明以下幾種效應(yīng)及其物理機(jī)制，并分別寫出其可能的一種應(yīng)用〔總分21分，每題7分〕六、計(jì)算題或證明題〔總分59分，共5小題〕1.〔12分〕一塊足夠厚的P型硅樣品，室溫下電子遷移率，電子壽命，其外表處，穩(wěn)定注入的電子濃度。計(jì)算：在距外表多遠(yuǎn)處？由外表擴(kuò)散到該處的非平衡少子的電流密度為〔外表復(fù)合不計(jì)〕。2.〔12分〕一硅結(jié)，結(jié)兩邊的摻雜濃度為，，結(jié)面積，空穴壽命，空穴擴(kuò)散系數(shù)。室溫下計(jì)算：加正偏壓時(shí)，流過(guò)的電流。3.〔12分〕本征鍺的電導(dǎo)率在310K是為，在273K時(shí)為。一個(gè)N型鍺樣品，在這兩個(gè)溫度時(shí)，施主濃度為。試計(jì)算：在上述兩個(gè)溫度時(shí)摻雜鍺的電導(dǎo)率。〔設(shè)，〕4.〔13分〕設(shè)一均勻的N型硅樣品，在右半部用一穩(wěn)定的光照射，如下列圖。均勻產(chǎn)生電子空穴對(duì)，產(chǎn)生率為g。假設(shè)樣品足夠長(zhǎng)，求穩(wěn)態(tài)時(shí)：1〕樣品兩邊的空穴濃度分布的表達(dá)式2〕畫出隨的分布示意圖。5.〔10分〕證明愛因斯坦關(guān)系式。綜合練習(xí)題四一、單項(xiàng)選擇題〔總分16分，每題2分〕1.設(shè)半導(dǎo)體能帶位于k=0處，則以下表達(dá)〔〕正確a〕能帶底的電子有效質(zhì)量為正b〕能帶底的電子有效質(zhì)量為負(fù)c〕能帶底的電子有效質(zhì)量為負(fù)d〕能帶底附近電子的速度為負(fù)2.在室溫時(shí)T=300K，在本征半導(dǎo)體的兩端外加電壓U,則〔〕a〕價(jià)帶中的電子不參與導(dǎo)電b〕價(jià)帶中的電子參與導(dǎo)電c〕根本能級(jí)位于禁帶中央的下方d〕根本能級(jí)位于禁帶中央的上方3.在制造半導(dǎo)體高速開關(guān)器件時(shí)，認(rèn)為地?fù)饺虢穑淠康氖恰病砤〕減少關(guān)斷時(shí)間b〕增加電流放大倍數(shù)c〕提高擊穿電壓d〕增加少子壽命4.關(guān)于載流子濃度,對(duì)同一材料，在一定溫度時(shí)，正確的說(shuō)法是〔〕a〕僅適用于本征半導(dǎo)體b〕僅適用于p型半導(dǎo)體c〕僅適用于n型半導(dǎo)體d〕以上三種情況都適用5.由〔〕散射決定的遷移率正比于a〕電離雜質(zhì)b〕聲子波c〕光子波d〕電子間的6.關(guān)于半導(dǎo)體中非平衡載流子的壽命，以下表達(dá)不正確的選項(xiàng)是()。a〕壽命與材料類型有關(guān)b〕壽命與材料的外表狀態(tài)有關(guān)c〕壽命與材料的純度有關(guān)d〕壽命與材料的晶格完整性有關(guān)7.假設(shè)pn結(jié)空間電荷區(qū)中不存在復(fù)合電流，則pn結(jié)一定在〔〕工作狀態(tài)。a〕反向b〕正向c〕擊穿d〕零偏壓8.在同樣的條件下，硅二極管的反向飽和電流要比鍺二極管的要〔〕。a〕大b〕小c〕相等d〕無(wú)法判斷二、多項(xiàng)選擇題〔總分24分，每題3分〕1.關(guān)于霍耳效應(yīng)，以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔〕。a〕n型半導(dǎo)體的霍耳系數(shù)總是負(fù)值。b〕p型半導(dǎo)體的霍耳系數(shù)可以是正值，零或負(fù)值。c〕利用霍耳效應(yīng)可以判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型。d〕霍耳電壓與樣品形狀有關(guān)。2.以下〔〕不屬于熱電效應(yīng)。a〕塞貝克效應(yīng)b〕帕耳帖效應(yīng)c〕湯姆遜效應(yīng)d〕帕斯托效應(yīng)3.半導(dǎo)體pn結(jié)激光的發(fā)射，必須滿足的條件是〔〕。a〕形成粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)b〕共振腔c〕至少到達(dá)閾值的電流密度d〕pn結(jié)必須處于反向工作狀態(tài)4.假設(shè)，則正確的選項(xiàng)是〔〕。a〕金屬與n型半導(dǎo)體接觸形成阻擋層b〕金屬與p型半導(dǎo)體接觸形成反阻擋層c〕金屬與n型半導(dǎo)體提接觸形成反阻擋層d〕金屬與p型半導(dǎo)體接觸形成阻擋層5.以下構(gòu)造中，〔〕可以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。a〕金屬-n+-nb〕金屬-p+-pc〕金屬-p-p+d〕金屬-n-n+6.以下關(guān)于p+n結(jié)的表達(dá)中，〔〕是正確的。a〕p+n結(jié)的結(jié)電容要比一樣條件的pn結(jié)結(jié)電容大b〕流過(guò)p+n結(jié)的正向電流中無(wú)產(chǎn)生電流成分c〕p+n結(jié)的開關(guān)速度要比一般pn結(jié)的開關(guān)速度快d〕p+n結(jié)的反向擊穿電壓要比一般pn結(jié)的低7.對(duì)于硅pn結(jié)的擊穿電壓，表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔〕。a〕擊穿電壓>6.7V時(shí)，為雪崩擊穿b〕擊穿電壓<4.5V時(shí)，為隧道擊穿c〕隧道擊穿電壓的溫度系數(shù)為正值d〕雪崩擊穿電壓的溫度系數(shù)為負(fù)值8.在理想MIS構(gòu)造中，以下結(jié)論〔〕正確。a〕平帶電壓為零b〕c〕無(wú)外加電壓時(shí)，半導(dǎo)體外表勢(shì)為零d〕無(wú)外加電壓時(shí)，半導(dǎo)體外表無(wú)反型層也無(wú)耗盡層三、填空題〔共15分，每題3分〕1.在晶體中電子所遵守的一維薛定諤方程，滿足此方程的布洛赫函數(shù)為。2.硅摻磷后，費(fèi)米能級(jí)向移動(dòng)，在室溫下進(jìn)一步提高溫度，費(fèi)米能級(jí)向移動(dòng)。3.畫出硅的電阻率隨溫度的變化關(guān)系示意圖。。4.寫出p型半導(dǎo)體構(gòu)成的理想MIS構(gòu)造形成以下狀態(tài)所滿足的條件：

①多子堆積

②多子耗盡

③反型___________________________________5.暖電子通常指的是它的溫度晶格溫度。而熱電子指的是電子的溫度晶格溫度。四、解釋或說(shuō)明以下各名詞〔共15分，每題5分〕1.空穴2.準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)3.pn結(jié)的雪崩擊穿五、說(shuō)明以下幾種效應(yīng)及其物理機(jī)制，并分別寫出其可能的一種應(yīng)用〔總分21分，每題7分〕六、計(jì)算題或證明題〔總分59分，共5小題)1.〔12分〕計(jì)算硅p+n+結(jié)在時(shí)的最大接觸電勢(shì)差。，n區(qū)電阻率為10，電子遷移率為100，空穴遷移率為300。求：〔1〕接觸電勢(shì)差〔2〕勢(shì)壘高度〔3〕勢(shì)壘寬度3.〔12分〕側(cè)得*p+n結(jié)的勢(shì)壘電容和反向電壓間關(guān)系如下表所示：設(shè)pn結(jié)面積=，計(jì)算〔1〕p+n結(jié)的接觸電勢(shì)差〔2〕求4.〔13分〕完成以下問(wèn)題〔1〕畫出柵控二極管的構(gòu)造示意圖〔2〕分析外表電場(chǎng)對(duì)pn結(jié)的反向電流的影響〔3〕分析外表電場(chǎng)對(duì)pn結(jié)擊穿特性的影響〔4〕為穩(wěn)定半導(dǎo)體外表的性質(zhì)，可以采用哪些措施5.〔10分〕證明pn結(jié)反向電流可以表示為：式中，，和分別為n型和p型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，為本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。綜合練習(xí)題五一．〔15分〕請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題：1．費(fèi)米分布函數(shù)的表示式是什么？2．T=0K及T＞0K時(shí)該函數(shù)的圖形是什么？3．費(fèi)米分布函數(shù)與波爾茲曼分布函數(shù)的關(guān)系是什么？二．〔15分〕請(qǐng)畫出N型半導(dǎo)體的MIS構(gòu)造的C—V特性曲線，要求在圖中表示出：1．測(cè)量頻率的影響。2．平帶電壓。3．積累、耗盡與反型狀態(tài)各對(duì)應(yīng)曲線的哪一局部？三．〔15分〕請(qǐng)畫出圖形并解釋：1．直接能隙與間接能隙。2．直接躍遷與間接躍遷。3．直接復(fù)合與間接復(fù)合。四．〔15分〕以下三種效應(yīng)的實(shí)際表現(xiàn)是什么？請(qǐng)說(shuō)出其物理成因。1．霍耳效應(yīng)。2．塞貝克效應(yīng)。3．光生伏特效應(yīng)。五．〔10分〕請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證MIS構(gòu)造的絕緣層中存在著可動(dòng)電荷。六．〔15分〕室溫下，一個(gè)N型硅樣品，施主濃度ND=少子壽命，設(shè)非平衡載流子的產(chǎn)生率，計(jì)算電導(dǎo)率及準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的位置?！补璧模覝叵卤菊鬏d流子濃度為〕七．〔15分〕有人在計(jì)算"施子濃度的鍺材料中，在室溫下的電子和空穴濃度〞問(wèn)題時(shí)采取了如下算法：由于室溫下施主已全部電離，所以電子濃度就等于施主濃度與室溫下的本征載流子濃度之和。請(qǐng)判斷這種算法是否正確，如果你認(rèn)為正確，請(qǐng)說(shuō)明理由；如果你認(rèn)為不正確，請(qǐng)把正確的方法寫出來(lái)?！彩覝叵骆N的本征載流子濃度可取值〕綜合練習(xí)題六一、解釋名詞〔共12分，每題3分〕二、答復(fù)以下問(wèn)題〔共32分，每題4分〕1.絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的能帶構(gòu)造有何區(qū)別？2．輻射復(fù)合、非輻射復(fù)合、俄歇復(fù)合有何區(qū)別？3．直接躍遷與間接躍遷的區(qū)別？4．P-N結(jié)的擊穿有幾種？請(qǐng)分別說(shuō)明它們的機(jī)制。5.P-N結(jié)的電容效應(yīng)有幾種？解釋它們的物理成因。6．什么是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體？在什么情況下發(fā)生簡(jiǎn)并化？7．半導(dǎo)體的載流子運(yùn)動(dòng)有幾種方式？如何定量描述它們？8．載流子濃度隨溫度的增加是增大還是減少？為什么？三、寫出下面列出的常用公式，并寫出所用符號(hào)代表的物理意義。〔共10分，每題2分〕1．熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中兩種載流子的乘積。2．非平衡載流子濃度隨時(shí)間的衰減公式。3．P-N結(jié)的I-V關(guān)系。4．一種載流子的霍耳系數(shù)。5．半導(dǎo)體電導(dǎo)率的一般表達(dá)式。四、選擇題〔共6分，每題2分〕1．室溫下，硅中本征載流子濃度的數(shù)量級(jí)大致是〔〕A．B.C.2.在硅中,電子漂移速度的上限為()A.B.C.3.在硅中,硼雜質(zhì)的電離能大致是().五、(８分)：硅半導(dǎo)體材料中施主雜質(zhì)濃度為求：１．在Ｔ＝３００Ｋ時(shí)ＥＦ的位置．２．當(dāng)施主雜質(zhì)電離能為０．０５ev,T=300K時(shí)，施主能級(jí)上的濃度。六．〔６分〕室溫下，Ｎ型硅中摻入的施主雜質(zhì)濃度，在光的照射下產(chǎn)生了非平衡載流子，其濃度為Δn=Δp=。求此情況下，電子與空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的位置，并與沒有光照時(shí)的費(fèi)米能級(jí)比較。七．〔６分〕摻雜濃度為的硅半導(dǎo)體中，少子壽命為秒，當(dāng)中由于電場(chǎng)的抽取作用〔如在反向偏壓下ＰＮ結(jié)附近的空間電荷區(qū)中〕少子被全部去除，求此情況下電子空穴對(duì)的產(chǎn)生率。八、〔８分〕一硅樣品，摻入的硼濃度為９×，同時(shí)摻入的砷濃度為１４×。１．在室溫下此樣品是Ｎ型還是Ｐ型？２．當(dāng)Ｔ＝３００Ｋ時(shí)的多子及少子濃度？３．當(dāng)溫度升高到６００Ｋ時(shí)，此半導(dǎo)體樣品是Ｎ型還是Ｐ型？九．〔６分〕設(shè)Ｐ型硅受主濃度ＮＡ＝５×，氧化層厚度dI=1500A，柵極金屬為鋁的ＭＯＳ構(gòu)造，氧化層中的正電荷密度。鋁