《半導(dǎo)體物理》期中試題解答省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

《半導(dǎo)體物理》

期中試題解答第1頁(yè)一、填空題純凈半導(dǎo)體霍爾系數(shù)小于0。若一個(gè)半導(dǎo)體材料霍爾系數(shù)等于0，則該材料極性是

P型。電子在各能量狀態(tài)上分布服從費(fèi)米分布半導(dǎo)體稱(chēng)為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，能夠采取波爾茲曼分布近似描述半導(dǎo)體稱(chēng)為非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。

室溫下本征Si摻入雜質(zhì)P后，費(fèi)米能級(jí)向?qū)?Ec

移動(dòng)，若深入升高溫度，費(fèi)米能級(jí)向

Ei/本征費(fèi)米能級(jí)/禁帶中心能級(jí)/價(jià)帶移動(dòng)。半導(dǎo)體盤(pán)旋共振試驗(yàn)用來(lái)測(cè)量載流子有效質(zhì)量。重?fù)诫s通常會(huì)使半導(dǎo)體禁帶寬度變窄。金摻入半導(dǎo)體Si中是一個(gè)深能級(jí)雜質(zhì)。第2頁(yè)7.電子在晶體中共有化運(yùn)動(dòng)指是電子在晶體各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)幾率相同

幾率相同。8.硅晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是金剛石型和間接帶隙型。第3頁(yè)二、選擇題在常溫下，將濃度為1014/cm3

As摻入Si半導(dǎo)體中，該半導(dǎo)體中起主要散射作用是

C。雜質(zhì)散射光學(xué)波散射聲學(xué)波散射多能谷散射第4頁(yè)以下哪個(gè)參數(shù)不能由霍爾效應(yīng)試驗(yàn)確定

C。遷移率載流子濃度有效質(zhì)量m*半導(dǎo)體極性重空穴指是

D

。質(zhì)量較大原子組成半導(dǎo)體中空穴比電子質(zhì)量大空穴價(jià)帶頂附近曲率較大等能面上空穴價(jià)帶頂附近曲率較小等能面上空穴第5頁(yè)半導(dǎo)體中載流子遷移率大小主要決定于

B。復(fù)合機(jī)構(gòu)散射機(jī)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)若某材料電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，該材料是

A。本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體金屬雜質(zhì)化合物半導(dǎo)體第6頁(yè)6．以長(zhǎng)聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)時(shí)，電子遷移率μn與溫度

B。

A.平方成正比

B.3/2次方成反比

C.平方成反比

D.1/2次方成正比7.公式中A、散射時(shí)間；B、壽命；C、平均自由時(shí)間；D、擴(kuò)散系數(shù)。是載流子

C。第7頁(yè)8.對(duì)于一定n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，降低摻雜濃度，將造成

D靠近Ei；A、Ec;B、Ev;C、Eg;D、EF。9.當(dāng)施主能級(jí)ED與費(fèi)米能級(jí)EF相等時(shí)，電離施主濃度為施主濃度

C倍；A、1;B、1/2;C、1/3;D、1/4.10.在某半導(dǎo)體摻入硼濃度為1014cm-3,磷為1015cm-3，則該半導(dǎo)體為

B半導(dǎo)體；其有效雜質(zhì)濃度約為

E。A.本征;B.n型;C.p型;D.1.1×1015cm-3;E.9×1014cm-3第8頁(yè)三、設(shè)半導(dǎo)體有兩個(gè)價(jià)帶，帶頂均在k=0處且能量相等，帶頂空穴有效質(zhì)量有以下關(guān)系： ，試定性畫(huà)出二者E-k關(guān)系圖。EkE1：重空穴E2：輕空穴第9頁(yè)四、分析化合物半導(dǎo)體PbS中S間隙原子是形成施主還是受主？S2-PbSSPbSPb2+SPbS2-S間隙原子因?yàn)殡娯?fù)性大，輕易獲取電子，形成負(fù)電中心，充當(dāng)受主第10頁(yè)五、 1）計(jì)算下面兩種材料在室溫下載流子濃度：

（1）摻入密度為1014/cm3B鍺材料；

（2）摻入密度為1014/cm3B硅材料。

2）制作一個(gè)p-n結(jié)需要一個(gè)P型材料，工作溫度是室溫（300K）,試判斷上面兩種材料中哪一個(gè)適用，并說(shuō)明理由。

（在室溫下，硅：ni=1.5×1010/cm3

鍺：ni=2.4×1013/cm3）第11頁(yè)解：1）摻入鍺：ni/NA=24%，故該P(yáng)型材料處于過(guò)渡區(qū)第12頁(yè)摻入硅：ni<<NA，故該P(yáng)型材料處于飽和電離區(qū)2）半導(dǎo)體器件穩(wěn)定工作區(qū)應(yīng)位于其飽和電離區(qū)，以確保其載流子濃度穩(wěn)定，所以應(yīng)選取摻雜Si材料第13頁(yè)六、簡(jiǎn)述N型半導(dǎo)體載流子濃度、費(fèi)米能級(jí)隨溫度改變規(guī)律，并繪出示意圖，在圖中標(biāo)明所處溫區(qū)。ND0niTn0弱電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)過(guò)渡區(qū)本征區(qū)N型半導(dǎo)體載流子濃度(多子n)隨溫度改變情況第14頁(yè)ECEDEiTEF弱電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)過(guò)渡區(qū)本征區(qū)N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)隨溫度改變情況第15頁(yè)七、室溫下，在元素半導(dǎo)體Si中摻入1016/cm3P后，半導(dǎo)體為哪種極性半導(dǎo)體？P元素是施主還是受主？此時(shí)半導(dǎo)體多數(shù)載流子和少數(shù)載流子分別是什么？濃度分別是多少？(室溫下，Sini=1.5×1010/cm3)。第16頁(yè)半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體；P元素是施主；多子是電子，空穴是少子；室溫下，ND=1016/cm3>>ni=1.5×1010/cm3半導(dǎo)體處于飽和電離區(qū)第17頁(yè)八、試論證非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體在熱平衡時(shí)載流子濃度積與雜質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，而與禁帶寬度相關(guān)。非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體在熱平衡時(shí)載流子濃度：第18頁(yè)濃度積而Nc、Nv均與雜質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，故濃度積只與禁帶寬度Eg相關(guān)。第19頁(yè)九、一個(gè)晶格常數(shù)為a一維晶體，其電子能量E與波矢k關(guān)系是：

討論在這個(gè)能帶中電子，其有效質(zhì)量和速度怎樣隨k改變。第20頁(yè)第21頁(yè)設(shè)一n型半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子有效質(zhì)量為m*n=mo,試證實(shí)在300K時(shí)，使得費(fèi)米能級(jí)EF=(EC+ED)/2施主濃度為ND=2NC。（設(shè)此時(shí)施主電離很弱，按非簡(jiǎn)并情況處理）證實(shí)：在非簡(jiǎn)并條件下：又，，由電中性條件得到：n0=ND+所以有：第22頁(yè)當(dāng)電離很弱時(shí)，即假如要求使得得證。第23頁(yè)有一硅樣品在溫度為300k時(shí)，施主與受主濃度差ND-NA=1014cm-3,設(shè)雜質(zhì)全部電離，已知該溫度下導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度NC=2.9×1019cm-3，硅本征載流子濃度ni=1.5×1010cm-3,求樣品費(fèi)米能級(jí)位于哪里？

解：由電中性條件可得:

由題意可知，ni=1.5×1010cm-3,ND-NA=1014cm-3故有：，可忽略p0,導(dǎo)帶電子濃度為：

所以第24頁(yè)所以，

樣品費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底Ec下方0.327eV。第25頁(yè)在半導(dǎo)體鍺材料中，摻入施主雜質(zhì)濃度ND=1014cm-3,受主雜質(zhì)濃度NA=7×1013cm-3,設(shè)室溫下本征鍺電阻率為60Ω.cm，假設(shè)電子和空穴遷移率分別為μn=3600cm