半導(dǎo)體物理期末試卷(含部分答案

1、一、填空題1純凈半導(dǎo)體 si 中摻 v族元素的雜質(zhì) , 當(dāng)雜質(zhì)電離時(shí)釋放電子 . 這種雜質(zhì)稱施主雜質(zhì)；相應(yīng)的半導(dǎo)體稱 n 型半導(dǎo)體。2當(dāng)半導(dǎo)體中載流子濃度的分布不均勻時(shí)，載流子將做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；在半導(dǎo)體存在外加電壓情況下，載流子將做漂移運(yùn)動(dòng)。3nopo=ni2標(biāo)志著半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，當(dāng)半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)含量改變時(shí)，乘積nopo改變否？不變 ;當(dāng)溫度變化時(shí)， nopo改變否？改變。4非平衡載流子通過(guò)復(fù)合作用而消失，非平衡載流子的平均生存時(shí)間叫做壽命 ,壽命與復(fù)合中心在禁帶中的位置密切相關(guān)， 對(duì)于強(qiáng) p 型和 強(qiáng) n 型材料，小注入時(shí)壽命n 為，壽命 p 為 . 5 遷移率 是反映載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)

2、動(dòng)難易程度的物理量，擴(kuò)散系數(shù) 是反映有濃度梯度時(shí)載流子運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量，聯(lián)系兩者的關(guān)系式是qtkdnn0，稱為愛(ài)因斯坦關(guān)系式。6半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是電離雜質(zhì)散射和 晶格振動(dòng)散射。前者在電離施主或電離受主形成的庫(kù)倫勢(shì)場(chǎng)下起主要作用，后者在溫度高下起主要作用。7半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)的主要作用是影響半導(dǎo)體中載流子濃度和導(dǎo)電類型；深能級(jí)雜質(zhì)所起的主要作用對(duì)載流子進(jìn)行復(fù)合作用。8、有 3 個(gè)硅樣品，其摻雜情況分別是：甲含鋁 1015cm-3乙. 含硼和磷各 1017cm-3丙含鎵1017 cm3 室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的順序是乙 甲 丙。樣品的電子遷移率由高到低的順序

3、是甲丙乙。費(fèi)米能級(jí)由高到低的順序是乙 甲 丙。9對(duì)n 型半導(dǎo) 體， 如果以ef和 ec的相對(duì)位置作為衡 量簡(jiǎn) 并化與非 簡(jiǎn)并化 的標(biāo) 準(zhǔn) , 那么tkeefc02為非簡(jiǎn)并條件；tkeefc020為弱簡(jiǎn)并條件 ; 0fcee為簡(jiǎn)并條件。10當(dāng) pn結(jié)施加反向偏壓增大到某一數(shù)值時(shí), 反向電流密度突然開(kāi)始迅速增大的現(xiàn)象稱為 pn 結(jié)擊穿 , 其種類為：雪崩擊穿、和 齊納擊穿（或隧道擊穿）。11指出下圖各表示的是什么類型半導(dǎo)體？12。 以長(zhǎng)聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)時(shí)，電子遷移率n與溫度的3/2 次方成正比13 半導(dǎo)體中載流子的擴(kuò)散系數(shù)決定于其中的載流子的濃度梯度. 14 電子在晶體中的共有化運(yùn)動(dòng)指的是電子

4、不再完全局限在某一個(gè)原子上，而是可以從晶胞中某一點(diǎn)自由地運(yùn)動(dòng)到其他晶胞內(nèi)的對(duì)應(yīng)點(diǎn),因而電子可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)。二、選擇題1 根據(jù)費(fèi)米分布函數(shù)，電子占據(jù)（ef+kt）能級(jí)的幾率b . a等于空穴占據(jù) (ef+kt）能級(jí)的幾率b等于空穴占據(jù)（ efkt）能級(jí)的幾率c大于電子占據(jù) ef的幾率d大于空穴占據(jù) ef的幾率2 有效陷阱中心的位置靠近d . a. 導(dǎo)帶底b.禁帶中線c價(jià)帶頂d費(fèi)米能級(jí)3 對(duì)于只含一種雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并n 型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)ef隨溫度上升而d 。a. 單調(diào)上升b. 單調(diào)下降c經(jīng)過(guò)一極小值趨近eid經(jīng)過(guò)一極大值趨近ei7 若某半導(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d。a不含施

5、主雜質(zhì)b不含受主雜質(zhì)c不含任何雜質(zhì)d處于絕對(duì)零度三、簡(jiǎn)答題1 簡(jiǎn)述常見(jiàn)摻雜半導(dǎo)體材料（ si，ge)中兩種主要的散射機(jī)構(gòu)，并說(shuō)明溫度及摻雜濃度對(duì)這兩種散射機(jī)構(gòu)幾率的影響及原因 . 答:主要的散射機(jī)構(gòu)為晶格振動(dòng)散射和電離雜質(zhì)散射其散射幾率和溫度的關(guān)系為：晶格振動(dòng)散射：3/ 2spt，電離雜質(zhì)散射 :3/ 2iipn t2 有 4 塊 si 半導(dǎo)體樣品，除摻雜濃度不同外 ,其余條件均相同。 根據(jù)下列所給數(shù)據(jù)判斷哪塊樣品電阻率最大？哪塊樣品的電阻率最小？并說(shuō)明理由. （1）na=1。21013/cm3， nd=81014/cm3; （2）na=81014/cm3， nd=1.21015/cm3; （

6、3）na=41014/cm3; （4）nd=41014/cm3. 3 當(dāng) pn 結(jié)兩側(cè)摻雜濃度 nd及 na相同時(shí)，比較 si、ge、gaas 材料 pn 結(jié)內(nèi)建電勢(shì)的大小， 為什么 ? 4 畫出外加正向和負(fù)向偏壓時(shí)pn 結(jié)能帶圖（需標(biāo)識(shí)出費(fèi)米能級(jí)的位置） 。5 在一維情況下，描寫非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)方程是什么？說(shuō)明各項(xiàng)的物理意義。pt在 x 處，t 時(shí)刻單位時(shí)間、單位體積中空穴的增加數(shù)；22ppdx由于擴(kuò)散，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；ppepepxx由于漂移，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；pp由于復(fù)合，單位時(shí)間、單位體積中空穴的消失數(shù);pg由于其他原因 ,

7、單位時(shí)間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。6 室溫下某 n 型 si 單晶摻入的施主濃度nd大于另一塊 n 型 ge 摻入的施主濃度 nd1,試問(wèn)哪一塊材料的平衡少子濃度較大？為什么？7 以 n 型 si 材料為例，畫出其電阻率隨溫度變化的示意圖，并作出說(shuō)明和解釋. 答：設(shè)半導(dǎo)體為 n 型，有nnq1ab：本征激發(fā)可忽略。 溫度升高，載流子濃度增加， 雜質(zhì)散射導(dǎo)致遷移率也升高, 故電阻率隨溫度t 升高下降；bc：雜質(zhì)全電離，以晶格振動(dòng)散射為主.溫度升高 ,載流子濃度基本不變 .晶格振動(dòng)散射導(dǎo)致遷移率下降，故電阻率隨溫度t 升高上升；cd：本征激發(fā)為主。晶格振動(dòng)散射導(dǎo)致遷移率下降，但載流子濃度升高很快，

8、故電阻率隨溫度 t 升高而下降；8金屬和半導(dǎo)體導(dǎo)電類型上有何不同？金屬自由電子導(dǎo)電，半導(dǎo)體非平衡載流子導(dǎo)電pg22ppppeppppdepgtxxxtkeefeef0/)(11)(tkeebofeef)(3150102cmnnpda353162100010125.1cm102 .0)105 .1(cmpnni9平衡 pn 結(jié)的空間電荷區(qū)示意圖如下, 畫出空間電荷區(qū)中載流子漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向（在下圖右側(cè)直線上添加尖頭即可) 。并說(shuō)明擴(kuò)散電流和漂移電流之間的關(guān)系。( 大小相等，方向相反）10 型半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化曲線如圖所示，試解釋為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的變化規(guī)律. 四 計(jì)算題1 insb

9、禁帶寬度0.23geev，相對(duì)介電常數(shù)25r，電子有效質(zhì)量*00.015nmm。試采用類氫模型計(jì)算施主雜質(zhì)電離能。2 單晶硅中均勻地?fù)饺雰煞N雜質(zhì)摻硼1。5 1016cm-3, 摻磷 5。0 1015cm3。試計(jì)算： (1）室溫下載流子濃度； (2) 室溫下費(fèi)米能級(jí)位置；（3）室溫下電導(dǎo)率 ; （4）600k下載流子濃度 . 已 知 ： 室 溫 下ni=1.5 1010cm3, nc=2.81019cm3，nv=1.0 1019cm3，k0t=0.026ev；)/(1300),/(50022svcmsvcmpn ;600k時(shí) ni=6 1015cm3. 解： （1）對(duì)于硅材料： nd=51015cm-3；na1.51016cm-3；t300k 時(shí) ni=1。51010cm3: 3. fee為004,10k tk t時(shí)，分別用費(fèi)米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)計(jì)算電子占據(jù)該能級(jí)的幾率。解：費(fèi)米分布函數(shù)為當(dāng) eef 等于 4k0t 時(shí)，f0.01799; 當(dāng) eef 等于 10k0t 時(shí)，f4.54510玻耳茲曼分布函數(shù)為當(dāng) eef 等于 4k0t 時(shí)，f0.01832；當(dāng) eef 等于 10k0t 時(shí)，f4。54*510; 上述結(jié)果顯示在費(fèi)米能級(jí)附近費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布有一定的差距。4 。有 三 塊 半 導(dǎo) 體 硅 材 料 ， 已 知 在 室 溫