半導(dǎo)體物理學(xué)劉恩科習(xí)題答案權(quán)威修訂版

PAGEPAGE15半導(dǎo)體物理學(xué)劉恩科第七版習(xí)題答案課后習(xí)題解答一些有錯(cuò)誤的地方經(jīng)過(guò)了改正和修訂！第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)1．設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量Ec(k)和價(jià)帶極大值附近能量EV(k)分別為：（1）禁帶寬度;（2）導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量;（3）價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量;（4）價(jià)帶頂電子躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)準(zhǔn)動(dòng)量的變化解：（1）2.晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當(dāng)外加102V/m，107V/m的電場(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子自能帶底運(yùn)動(dòng)到能帶頂所需的時(shí)間。解：根據(jù)：得第二章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)7.銻化銦的禁帶寬度Eg=0.18eV，相對(duì)介電常數(shù)r=17，電子的有效質(zhì)量=0.015m0,m0為電子的慣性質(zhì)量，求=1\*GB3①施主雜質(zhì)的電離能，=2\*GB3②施主的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑。8.磷化鎵的禁帶寬度Eg=2.26eV，相對(duì)介電常數(shù)r=11.1，空穴的有效質(zhì)量m*p=0.86m0,m0為電子的慣性質(zhì)量，求=1\*GB3①受主雜質(zhì)電離能；=2\*GB3②受主束縛的空穴的基態(tài)軌道半徑。第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布1.計(jì)算能量在E=Ec到之間單位體積中的量子態(tài)數(shù)。解：3.當(dāng)E-EF為1.5k0T，4k0T,10k0T時(shí)，分別用費(fèi)米分布函數(shù)和玻耳茲曼分布函數(shù)計(jì)算電子占據(jù)各該能級(jí)的概率。費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米函數(shù)玻爾茲曼分布函數(shù)1.5k0T0.1820.2234k0T0.0180.018310k0T5.利用表3-2中的m*n，m*p數(shù)值，計(jì)算硅、鍺、砷化鎵在室溫下的NC,NV以及本征載流子的濃度。Nc(立方厘米)Nv(立方厘米)ni1.05E+19Ge3.91E+18Ge1.50E+13Ge2.81E+19Si1.14E+19Si6.95E+09Si4.44E+17GaAs8.08E+18GaAs1.90E+06GaAs6.計(jì)算硅在-78oC，27oC，300oC時(shí)的本征費(fèi)米能級(jí)，假定它在禁帶中間合理嗎？相比較300K時(shí)Si的Eg=1.12eV所以假設(shè)本征費(fèi)米能級(jí)在禁帶中間合理，特別是溫度不太高的情況下。7.=1\*GB3①在室溫下，鍺的有效態(tài)密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，試求鍺的載流子有效質(zhì)量m*nm*p。計(jì)算77K時(shí)的NC和NV。已知300K時(shí)，Eg=0.67eV。77k時(shí)Eg=0.76eV。求這兩個(gè)溫度時(shí)鍺的本征載流子濃度。=2\*GB3②77K時(shí)，鍺的電子濃度為1017cm-3，假定受主濃度為零，而Ec-ED=0.01eV，求鍺中施主濃度ND為多少？

8.利用題7所給的Nc和NV數(shù)值及Eg=0.67eV，求溫度為300K和500K時(shí)，含施主濃度ND=51015cm-3，受主濃度NA=2109cm-3的鍺中電子及空穴濃度為多少？

9.計(jì)算施主雜質(zhì)濃度分別為1016cm3，,1018cm-3，1019cm-3的硅在室溫下的費(fèi)米能級(jí)，并假定雜質(zhì)是全部電離，再用算出的的費(fèi)米能級(jí)核對(duì)一下，上述假定是否在每一種情況下都成立。計(jì)算時(shí)，取施主能級(jí)在導(dǎo)帶底下面0.05eV。10.以施主雜質(zhì)電離90%作為強(qiáng)電離的標(biāo)準(zhǔn)，求摻砷的n型鍺在300K時(shí)，以雜質(zhì)電離為主的飽和區(qū)摻雜質(zhì)的濃度范圍。11.若鍺中施主雜質(zhì)電離能ED=0.01eV，施主雜質(zhì)濃度分別為ND=1014cm-3及1017cm-3。計(jì)算=1\*GB3①99%電離；=2\*GB3②90%電離；=3\*GB3③50%電離時(shí)溫度各為多少？Ec-EdNcD-Ndln(Nc*D-/2/Nd)T0.011.05E+190.011.00E+146.2618.53Ge0.011.05E+190.11.00E+148.5713.55Ge0.011.05E+190.51.00E+1410.1811.41Ge0.011.05E+190.011.00E+17-0.64-180.16Ge0.011.05E+190.11.00E+171.6670.01Ge0.011.05E+190.51.00E+173.2735.53Ge12.若硅中施主雜質(zhì)電離能ED=0.04eV，施主雜質(zhì)濃度分別為1015cm-3，1018cm-3。計(jì)算=1\*GB3①99%電離；=2\*GB3②90%電離；=3\*GB3③50%電離時(shí)溫度各為多少？Ec-EdNcD-Ndln(Nc*D-/2/Nd)T0.042.80E+190.011.00E+154.9493.97Si0.042.80E+190.11.00E+157.2464.10Si0.042.80E+190.51.00E+158.8552.45Si0.042.80E+190.011.00E+18-1.97-236.18Si0.042.80E+190.11.00E+180.341380.05Si0.042.80E+190.51.00E+181.95238.63Si13.有一塊摻磷的n型硅，ND=1015cm-3,分別計(jì)算溫度為=1\*GB3①77K；=2\*GB3②300K；=3\*GB3③500K；=4\*GB3④800K時(shí)導(dǎo)帶中電子濃度（本征載流子濃度數(shù)值查圖3-7）

14.計(jì)算含有施主雜質(zhì)濃度為ND=91015cm-3，及受主雜質(zhì)濃度為1.11016cm3，的硅在300K時(shí)的電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置。15.摻有濃度為每立方米為1022硼原子的硅材料，分別計(jì)算=1\*GB3①300K；=2\*GB3②600K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及多子和少子濃度（本征載流子濃度數(shù)值查圖3-7）。16.摻有濃度為每立方米為1.51023砷原子和立方米51022銦的鍺材料，分別計(jì)算=1\*GB3①300K；=2\*GB3②600K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及多子和少子濃度（本征載流子濃度數(shù)值查圖3-7）。17.施主濃度為1013cm3的n型硅，計(jì)算400K時(shí)本征載流子濃度、多子濃度、少子濃度和費(fèi)米能級(jí)的位置。

18.摻磷的n型硅，已知磷的電離能為0.044eV，求室溫下雜質(zhì)一半電離時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置和濃度。19.求室溫下?lián)戒R的n型硅，使EF=（EC+ED）/2時(shí)銻的濃度。已知銻的電離能為0.039eV。20.制造晶體管一般是在高雜質(zhì)濃度的n型襯底上外延一層n型外延層，再在外延層中擴(kuò)散硼、磷而成的。（1）設(shè)n型硅單晶襯底是摻銻的，銻的電離能為0.039eV，300K時(shí)的EF位于導(dǎo)帶下面0.026eV處，計(jì)算銻的濃度和導(dǎo)帶中電子濃度。（2）設(shè)n型外延層雜質(zhì)均勻分布，雜質(zhì)濃度為4.61015cm-3,計(jì)算300K時(shí)EF的位置及電子和空穴濃度。（3）在外延層中擴(kuò)散硼后，硼的濃度分布隨樣品深度變化。設(shè)擴(kuò)散層某一深度處硼濃度為5.21015cm-3,計(jì)算300K時(shí)E