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

《半導(dǎo)體物理》

期中試題解答第1頁一、填空題純凈半導(dǎo)體霍爾系數(shù)小于0。若一個半導(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)體稱為簡并半導(dǎo)體，能夠采取波爾茲曼分布近似描述半導(dǎo)體稱為非簡并半導(dǎo)體。

室溫下本征Si摻入雜質(zhì)P后，費(fèi)米能級向?qū)?Ec

移動，若深入升高溫度，費(fèi)米能級向

Ei/本征費(fèi)米能級/禁帶中心能級/價帶移動。半導(dǎo)體盤旋共振試驗(yàn)用來測量載流子有效質(zhì)量。重?fù)诫s通常會使半導(dǎo)體禁帶寬度變窄。金摻入半導(dǎo)體Si中是一個深能級雜質(zhì)。第2頁7.電子在晶體中共有化運(yùn)動指是電子在晶體各元胞對應(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頁以下哪個參數(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)量大空穴價帶頂附近曲率較大等能面上空穴價帶頂附近曲率較小等能面上空穴第5頁半導(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6．以長聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)時，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、散射時間；B、壽命；C、平均自由時間；D、擴(kuò)散系數(shù)。是載流子

C。第7頁8.對于一定n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時，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ED與費(fèi)米能級EF相等時，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頁三、設(shè)半導(dǎo)體有兩個價帶，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： ，試定性畫出二者E-k關(guān)系圖。EkE1：重空穴E2：輕空穴第9頁四、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頁五、 1）計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p-n結(jié)需要一個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適用，并說明理由。

（在室溫下，硅：ni=1.5×1010/cm3

鍺：ni=2.4×1013/cm3）第11頁解：1）摻入鍺：ni/NA=24%，故該P(yáng)型材料處于過渡區(qū)第12頁摻入硅：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頁六、簡述N型半導(dǎo)體載流子濃度、費(fèi)米能級隨溫度改變規(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ECEDEiTEF弱電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)過渡區(qū)本征區(qū)N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級隨溫度改變情況第15頁七、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頁八、試論證非簡并半導(dǎo)體在熱平衡時載流子濃度積與雜質(zhì)濃度無關(guān)，而與禁帶寬度相關(guān)。非簡并半導(dǎo)體在熱平衡時載流子濃度：第18頁濃度積而Nc、Nv均與雜質(zhì)濃度無關(guān)，故濃度積只與禁帶寬度Eg相關(guān)。第19頁九、一個晶格常數(shù)為a一維晶體，其電子能量E與波矢k關(guān)系是：

討論在這個能帶中電子，其有效質(zhì)量和速度怎樣隨k改變。第20頁第21頁設(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，使得費(fèi)米能級EF=(EC+ED)/2施主濃度為ND=2NC。（設(shè)此時施主電離很弱，按非簡并情況處理）證實(shí)：在非簡并條件下：又，，由電中性條件得到：n0=ND+所以有：第22頁當(dāng)電離很弱時，即假如要求使得得證。第23頁有一硅樣品在溫度為300k時，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頁所以，

樣品費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶底Ec下方0.327eV。第25頁在半導(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