半導(dǎo)體物理學(xué)課后知識題第五章第六章答案解析

1、第五章習(xí)題1. 在一個(gè)n型半導(dǎo)體樣品中，過?？昭舛葹?1013cm-3,空穴的壽命為100us計(jì)算空穴的復(fù)合率。：p 1013 / cm 有一塊 n 型硅樣品，壽命是 1us ，無光照時(shí)電阻率是 10 cm 。今用光照射 該樣品， 光被半導(dǎo)體均勻的吸收，電子-空穴對的產(chǎn)生率是1022cm-3?s-1,試計(jì)算光照下樣品的 電阻率，并求電導(dǎo)中少數(shù)在流子的奉獻(xiàn)占多大比例？,100 s求：U ?解：根據(jù) UP10 1317 / 3得：U而喬10 /cm s2. 用強(qiáng)光照射 n 型樣品，假定光被均勻地吸收，產(chǎn)生過剩載流子，產(chǎn)生率為，空穴壽命為。1寫出光照下過剩載流子所滿足的方程；2求出光照下到達(dá)穩(wěn)定狀

2、態(tài)時(shí)的過載流子濃度。解：均勻吸收，無濃度 梯度，無飄移gLd Pdt t 方程的通解： pt Ae gL到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，Q衛(wèi)0dtgL 0.光照到達(dá)穩(wěn)定態(tài)后.一 pgL 0p光照前n g22108 910 少數(shù)載流子對電導(dǎo)的貝獻(xiàn)十誦曰.p po.所以少子對電導(dǎo)的奉獻(xiàn)，主八v疋 p的奉獻(xiàn)P9up 1016 1.6 10 19 5000.826% 3.063.064. 一塊半導(dǎo)體材料的壽命 =10us，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，試求光照突然停止20us后，其中非平衡載流子將衰減到原來的百分之幾？t P (t) P ( 0) e20衛(wèi)鮑 e10 1113.5% P (0) 光照停止20 s后，

3、減為原來的13.5% n型硅中，摻雜濃度ND=1016cm-3,光注入的非平衡載流子濃度 n= p=10 14 cm-3。計(jì)算無光照和有光照的電導(dǎo)率。 設(shè) T 300K, n i 1.5 1010cm 3. n p 1014 /cm3 貝U n0 1016cm 3, p0 2.25 104 / cm3 n n°n, p p °p 無光照：0 n°q nPgUp n°q n116310 cm10 cm:01 U 5 11n°qnpp光照后1np npq pn oq n P °q pnq npq p0.1010161.61019 1350

4、1016 1.6 1019 5000.12.963.06s/ cm10.32 cm.有光照nqn pqpnoq npoqp nq( np)14192.161410 1.6 10 19 (1350 500)2.160.02962.19s/cm注：摻雜1016 cm 13的半導(dǎo)體中電子、空穴的遷移率近似等于 本征半導(dǎo)體的遷移率6.畫出p型半導(dǎo)體在光照小注入前后的能帶圖，標(biāo)出原來的的費(fèi)米能級和光照時(shí)的準(zhǔn)費(fèi)米能級EcEiEc- Ei "-Ef nEfEfpEvEv -光照前光照后7.摻施主濃度ND=1015cm-3的n型硅，由于光的照射產(chǎn)生了非平衡載流子n= p=10 14cm-3。試計(jì)算這

5、種情況下的準(zhǔn)費(fèi)米能級位置，并和原來的費(fèi)米能級作比擬。強(qiáng)電離情況，載流子濃 度1014n nn 10151.1 1015/cm32 n.iP PoP Nd 1014(1.5 1010)2101514141010/cmEfanie koTEi EfpniekoTFnEik °ln_nn.iFnE.koTI n1.1 10151.5 10100.291eVE.k0Tln8.在一塊p型半的電子發(fā)射回導(dǎo)帶的過試求這種復(fù)導(dǎo)體中，有一種復(fù)合-產(chǎn)生中心，小注入時(shí)，被這些中心俘獲程和它與空穴復(fù)合的過程具有相同的概率。合-產(chǎn)生中心的能級位置，并說明它能否成為有效的復(fù)合中心?解：根據(jù)復(fù)合中心的間 接復(fù)合理

6、論：復(fù)合中心Nt?被電子占據(jù)nt,向?qū)Оl(fā)射電子訥 Mint MeEt EimkoT從價(jià)帶俘獲空穴rn pnt由題知，mntnpr ppnt k °T小注入：pPoEi Ef P PoP meEiEfkoTMeEt EkoTrp mekoTrn rp Et Ei Ei Ef1rnNt1rpNt不是有效的復(fù)合中心n。，pi很小。ni po代入公式9.把一種復(fù)合中心雜質(zhì)摻入本征硅內(nèi)，如果它的能級位置在禁帶中央，試證明注入時(shí)的壽命=n+ p。本征 Si:EF Ej復(fù)合中心的位置EtEi根據(jù)間接復(fù)合理論得:rn( n。nip) rp(p Pp)巳EfEf巳koTk °TNj prM

7、 n op。p)n。 Nee; poNeeEc EtEt EvnikoTkoTniNce; PiNce因?yàn)?EfEi Et所以:noPon1P1rn( nonop)rp( no nop)Ntrpn( no nop)Nprn( nnp)1 1p n1016 cm -3的金原子一塊n型硅內(nèi)摻有io.NtrpNtrn，試求它在小注入時(shí)的壽命。假設(shè)塊p型硅內(nèi)也摻有1016cm -3的金原子，它在小注入時(shí)的壽命又是多少 ？Nt 1016cm 3n型Si中，Au對空穴的俘獲系數(shù)rp決定了少子空穴的壽命1 1 10rpNt1.15 10 17 10168.6 10 sp型Si中，Au對少子電子的俘獲系數(shù)1m

8、Nt16.3 10 8 10161.6 10rn決定了其壽命9s11.在下述條件下，是否有載流子的凈復(fù)合或者凈產(chǎn)生(1)在載流子完全耗盡(即n, p都大大小于n i)半導(dǎo)體區(qū)域。(2 )在只有少數(shù)載流子別耗盡(例如，Pn<<P no，而nn=nno)的半導(dǎo)體區(qū)域。(3 )在n=p的半導(dǎo)體區(qū)域，這里 n>>n io2(1)載流子完全耗n 0, p 0盡,Nthrp( np n,) rn (n nJ g(p pjNtp n8oM GJ復(fù)合率為負(fù)，說明有凈產(chǎn)生8Nnrp(np n ,)Urn(n nJrp(p pj(2)只有少數(shù)載流子被耗盡，(反偏pn結(jié)，PnPno, nn門

9、池)NEE 0 h(n nJ 訂“復(fù)合率為負(fù)，說明有凈產(chǎn)生2Nnrp(np nJ rn(n nJ r p(p pj(3)n p,n n ,Ntgrm n2n 2)rn (n nJ 心(n pj復(fù)合率為正，說明有凈復(fù)合12.在摻雜濃no流子全部被去除，那么在這種情況下，電子-空穴對的Nd2ni16310 cm ,2.25 104 /cm3度ND=|O16cm-3，少數(shù)載流子壽命為10us的n型硅中，如果由 于外界作用，少數(shù)載口巳Eim N ce k"NcekTniEt EvpiNve «TNtrjp 住NvekT163n n。10 cm ,P 0,產(chǎn)生率是多大? Et=Ein

10、 0,PP0汕皿np njrn (n nJ rp(p pj2Ngnirn(n。nJEc ETNpP。2.25 10 9/cm 3s2.25 1010 1013.室溫下，p型半導(dǎo)體中的電子壽命為=350us ,電子的遷移率Un=3600cm -2/(V ?s)。試求電子的擴(kuò)散長度解:根據(jù)愛因斯坦關(guān)系:Dn koTk°TDnLnVDn nj1 n0.026 3600 350 10設(shè)空穴濃度是線性分布，在 3us內(nèi)濃度差為14.10 15cm -3,u p=400cm2/(V ?S)。試計(jì)算空穴擴(kuò)散電流密度d pJp qD pdx0.18cm k°T q 一 qkoT15100.

11、026 4003 10 5.55A/cm15.在電阻率為1 cm的p型硅半導(dǎo)體區(qū)域中，摻金濃度Nt=1015cm-3,由邊界穩(wěn)定注入的電子濃度n 。=10 10cm-3,試求邊界 處電子擴(kuò)散電流根據(jù)少子的連續(xù)性方程Dpx由于P Si內(nèi)部摻有Ntpn1015cm 3的復(fù)合中心Egp1 1rnNt6.3 10 8 1015n遇到復(fù)合中心復(fù)合81.6 10 sd2 nDp0,無電場，無產(chǎn)生率,到達(dá)穩(wěn)定分布2 2d n _n_ dxDn n方程的通解為：xxn(x) Ae LnBeLn,Ln . Dn n邊界條件:x 0, n(0) n °x , n( )0xn (x)n°e Ln

12、d n(x)jn qDn hn。血可n。 qDnD n nn16. 一塊電阻率為3 cm的n型硅樣品，空穴壽命p=5us,在其平面形的外表 處有穩(wěn)定的空穴注入，過剩濃度(p) =10 13cm-3。計(jì)算從這個(gè)外表擴(kuò)散進(jìn) 入半導(dǎo)體內(nèi)部的空穴電流密度，以及在離外表多遠(yuǎn)處過?？昭舛鹊扔?012cm-3 ？性方程為(1)過?？昭ㄋ駨牡倪B續(xù)d2 pdx2邊界條件:0, p(0)1310 cmxLP(x) Poe ； Lp Dp pJpqDpL pqDpuwp dxxL1012Poe ；1012P01012Lp In 1013Lpl n1017. 光照1 cm的n型硅樣品，均勻產(chǎn)生非平衡載流子，電子-空穴對產(chǎn)生率為1017cm-3?s-1。設(shè)樣品的壽命為10us，外表符合速度為100cm/s。試 計(jì)算:(1 )單位時(shí)間單位外表積在外表復(fù)合的空穴數(shù)。(2)單位時(shí)間單位外表積在離外表三個(gè)擴(kuò)散長度中體積內(nèi)復(fù)合的空穴數(shù)。P c C g 0 pP( ) gp pP邊界條件：DpAx0 Sp(p(O) P 0)xx解之：p(x) ce Lp gp pxLpp(x) Po ce Lp gp psp p sp pgp | Lpsp pxIPP(x) Popgp 1L p sp由邊界條件得(1).單位時(shí)間在單位表示積復(fù)合的空穴數(shù)cSpp(0) P oDpDp18. 一塊摻雜施主濃度