半導體物理學劉恩科習題答案權(quán)威修訂版

PAGEPAGE15半導體物理學劉恩科第七版習題答案課后習題解答一些有錯誤的地方經(jīng)過了改正和修訂！第一章半導體中的電子狀態(tài)1．設晶格常數(shù)為a的一維晶格，導帶極小值附近能量Ec(k)和價帶極大值附近能量EV(k)分別為：（1）禁帶寬度;（2）導帶底電子有效質(zhì)量;（3）價帶頂電子有效質(zhì)量;（4）價帶頂電子躍遷到導帶底時準動量的變化解：（1）2.晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當外加102V/m，107V/m的電場時，試分別計算電子自能帶底運動到能帶頂所需的時間。解：根據(jù)：得第二章半導體中雜質(zhì)和缺陷能級7.銻化銦的禁帶寬度Eg=0.18eV，相對介電常數(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。第三章半導體中載流子的統(tǒng)計分布1.計算能量在E=Ec到之間單位體積中的量子態(tài)數(shù)。解：3.當E-EF為1.5k0T，4k0T,10k0T時，分別用費米分布函數(shù)和玻耳茲曼分布函數(shù)計算電子占據(jù)各該能級的概率。費米能級費米函數(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.計算硅在-78oC，27oC，300oC時的本征費米能級，假定它在禁帶中間合理嗎？相比較300K時Si的Eg=1.12eV所以假設本征費米能級在禁帶中間合理，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。計算77K時的NC和NV。已知300K時，Eg=0.67eV。77k時Eg=0.76eV。求這兩個溫度時鍺的本征載流子濃度。=2\*GB3②77K時，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，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.計算施主雜質(zhì)濃度分別為1016cm3，,1018cm-3，1019cm-3的硅在室溫下的費米能級，并假定雜質(zhì)是全部電離，再用算出的的費米能級核對一下，上述假定是否在每一種情況下都成立。計算時，取施主能級在導帶底下面0.05eV。10.以施主雜質(zhì)電離90%作為強電離的標準，求摻砷的n型鍺在300K時，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。計算=1\*GB3①99%電離；=2\*GB3②90%電離；=3\*GB3③50%電離時溫度各為多少？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。計算=1\*GB3①99%電離；=2\*GB3②90%電離；=3\*GB3③50%電離時溫度各為多少？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,分別計算溫度為=1\*GB3①77K；=2\*GB3②300K；=3\*GB3③500K；=4\*GB3④800K時導帶中電子濃度（本征載流子濃度數(shù)值查圖3-7）

14.計算含有施主雜質(zhì)濃度為ND=91015cm-3，及受主雜質(zhì)濃度為1.11016cm3，的硅在300K時的電子和空穴濃度以及費米能級的位置。15.摻有濃度為每立方米為1022硼原子的硅材料，分別計算=1\*GB3①300K；=2\*GB3②600K時費米能級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，分別計算=1\*GB3①300K；=2\*GB3②600K時費米能級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，計算400K時本征載流子濃度、多子濃度、少子濃度和費米能級的位置。

18.摻磷的n型硅，已知磷的電離能為0.044eV，求室溫下雜質(zhì)一半電離時費米能級的位置和濃度。19.求室溫下?lián)戒R的n型硅，使EF=（EC+ED）/2時銻的濃度。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，再在外延層中擴散硼、磷而成的。（1）設n型硅單晶襯底是摻銻的，銻的電離能為0.039eV，300K時的EF位于導帶下面0.026eV處，計算銻的濃度和導帶中電子濃度。（2）設n型外延層雜質(zhì)均勻分布，雜質(zhì)濃度為4.61015cm-3,計算300K時EF的位置及電子和空穴濃度。（3）在外延層中擴散硼后，硼的濃度分布隨樣品深度變化。設擴散層某一深度處硼濃度為5.21015cm-3,計算300K時E