半導(dǎo)體物理試卷 B

1、廣東工業(yè)大學(xué)考試試卷（B）課程名稱：半導(dǎo)體物理學(xué)試卷滿分分p題號-一一-二二三四五六七八九十總分評卷得分評卷簽名復(fù)核得分復(fù)核簽名考試時間：2008年1月3日（第18周星期四）一、名詞解釋（每題4分）晶面指數(shù)，分子晶體，肖脫基缺陷，受主能級，直接復(fù)合二、（10分）硅晶體為金剛石結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為5.43A，計算（111）面內(nèi)單位面積上的原子數(shù)。三、（10分）已知一維晶體的電子能帶可以寫成E(k)=加(7-cos2ka+1cos6nka)o其中a為晶格常數(shù)。求帶頂和帶底電子的有效質(zhì)量。四、（10分）晶格常數(shù)為0.2nm的一維晶格，當(dāng)外加103V/m,106V/m的電場時，試分別計算電子自能帶底運動到

2、能帶頂所需的時間。五、（10分）設(shè)EEf分別為3k0T，分別用費米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)計算電子占據(jù)該能級的概率。n=21x1013cm-3六、(10分)已知室溫時鍺的本征載流子濃度i，均勻摻雜百萬分之一的硼原子后，又均勻摻入1.442X10i7cm-3的砷，計算摻雜鍺室溫時的多子濃度和少子濃度以及ef的位置。七、(10分)求室溫下硅的電阻率。八(10分)摻有1.1X1016cm-3硼原子和9X1015cm-3磷原子的Si樣品，試計算室溫時多數(shù)載流子和少數(shù)載流子濃度及樣品的電阻率。九、(10分)摻雜施主濃度為ND=1016cm-3的n型硅，室溫下光穩(wěn)定照射產(chǎn)生非平衡載流子濃度為An=勺=1

3、014Cm-3，光照突然撤銷后，經(jīng)過20肝，假如非平衡空穴準(zhǔn)費米能級EFp的能級位置偏離平衡態(tài)時費米能級為0.2eV，求n型硅材料的壽命。半導(dǎo)體物理試卷B解答一、名詞解釋：晶面指數(shù)：布拉格點陣可以看作一系列分布在相互平行的平面上的格點組成這些平行平面稱為晶面.以原胞為基矢來描述晶面取向的一組互質(zhì)整數(shù)稱為晶面指數(shù)。分子晶體：以分子(原子)間的范德華力構(gòu)成晶體。肖脫基缺陷：晶體內(nèi)部格點上的原子跑到晶體表面的正常格點位置，在晶體內(nèi)部形成一個空位，這種缺陷稱為肖脫基缺陷。受主能級：通過受主摻雜在半導(dǎo)體的禁帶中形成缺陷能級。正常情況下，此能級為空穴所占據(jù)，這個被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級。

4、直接復(fù)合：導(dǎo)帶中的電子越過禁帶直接躍遷到價帶，與價帶中的空穴復(fù)合，這樣的復(fù)合過程稱為直接復(fù)合。二、解：硅為金剛石結(jié)構(gòu)，(100)面上原子排列如圖所示。圖中面元包含兩個原子，因此(100)面上單位面積上的原子數(shù)為2/(5.43X5.43X10-20)(m-2)=6.78X1018m-2、cl/Cdi解:由EM）關(guān)系得,TOC o 1-5 h z衛(wèi)匚&弓in?7T畑-巳比欣“ger47r/rrsiTT/ii一務(wù)如n纖如一分后加加mcaL4(2sin.a27T&z沉皿曲：.a*lSiif2tZ.;cos2t-*j舊經(jīng)h爭栄F；謁：中用蘭眸如r【卩當(dāng)g垃詰時代人式（力得對應(yīng)EQ械大值。根據(jù)上述結(jié)果.求

5、得昭和E_即可求得能帶寬度、因為TOC o 1-5 h zLE二tnQacos2tcjfea+cos67r2S=h他/L丄rrifi/mbf.屈：X臚汎站I0CI-COSItZm-rCJSX?77/?rI少-:-;-r.,-g上仍.,.-故：能帶電度海c-ji2iru=hJr：-,d:s+A-B-1鯊_他aAK=E葉%.=(尋廣i-也7四、晶格常數(shù)為0.2nm的一維晶格，當(dāng)外加103V/m,106V/m的電場時，試分別計算電子hdt=qEdk自能帶底運動到能帶頂所需的時間。dk解設(shè)電場強度為E,TF=hdt=qE(取絕對值)丄hh1ftdtJ2at=0=0qEdk=qE2a代入數(shù)據(jù)得:6.62

6、x10-3410.37x10_6(s)t=2x1.6x10_19x2.0 x10_10 xE=當(dāng)E=103V/m時，t=1.04X10-8(s)；E=106V/m時，t=1.04X10-n(s)。五、解：費米分布函數(shù)為f二1+eiw，當(dāng)e-Ef等于3k0T時，=0.047_E_ef玻耳茲曼分布函數(shù)為fB(E)二ekoT，當(dāng)E-EF等于3k0T時，f=0.050上述結(jié)果顯示在費米能級附近費米分布和玻耳茲曼分布有一定的差距。六、解：硼的濃度：NA=4.42X1016cm-3。有效施主雜質(zhì)濃度為：ND=(14.42-4.42)x1016cm-3=1017cm-3室溫時下雜質(zhì)全部電離，由于有效雜質(zhì)濃度

7、遠(yuǎn)大于本征載流子濃度2.4X1013cm-3,鍺半導(dǎo)體處于飽和電離區(qū)。多子濃度n0=ND=1017cm-3少子濃度p0=nI2/n0=(2.4x1013)2/1017=5.76x109(cm-3)費米能級：EF=EC+k0Tln(ND/NC)=EC+0.026ln1017/(1.1x1019)=EC-0.122(eV)七、解n-Si,ND=1015cm-3，An=Ap=10i4cm-3，室溫下處于飽和電離區(qū)無光照的平衡狀態(tài)時,平衡載流子濃度為：n2(1.5x1010)21015n=N=1015cm_3；p二二二2.25x105(cm_3)TOC o 1-5 h z0D0n10150光照停止后經(jīng)過20微秒，空穴濃度為： HYPERLINK l bookmark20 EEp2EEp0.3p二pexp(ff)二亠exp(ff)二2.25x105exp()二2.31x1010(cm3) HYPERLINK l bookmark22 0kTnkT0.026000非平衡空穴濃度為：Ap二p_p0231x1010(cm_3)Ap(t)=Ap(0)exp(丄)T=t/ln(Ap(0)=20/ln(空