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(hào)-一一-二二三四五六七八九十總分評(píng)卷得分評(píng)卷簽名復(fù)核得分復(fù)核簽名考試時(shí)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(jí)，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(jì)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(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子自能帶底運(yùn)動(dòng)到

2、能帶頂所需的時(shí)間。五、（10分）設(shè)EEf分別為3k0T，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)的概率。n=21x1013cm-3六、(10分)已知室溫時(shí)鍺的本征載流子濃度i，均勻摻雜百萬(wàn)分之一的硼原子后，又均勻摻入1.442X10i7cm-3的砷，計(jì)算摻雜鍺室溫時(shí)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(jì)算室溫時(shí)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(guò)20肝，假如非平衡空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)EFp的能級(jí)位置偏離平衡態(tài)時(shí)費(fèi)米能級(jí)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(diǎn)陣可以看作一系列分布在相互平行的平面上的格點(diǎn)組成這些平行平面稱為晶面.以原胞為基矢來(lái)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(diǎn)上的原子跑到晶體表面的正常格點(diǎn)位置，在晶體內(nèi)部形成一個(gè)空位，這種缺陷稱為肖脫基缺陷。受主能級(jí)：通過(guò)受主摻雜在半導(dǎo)體的禁帶中形成缺陷能級(jí)。正常情況下，此能級(jí)為空穴所占據(jù)，這個(gè)被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級(jí)。

4、直接復(fù)合：導(dǎo)帶中的電子越過(guò)禁帶直接躍遷到價(jià)帶，與價(jià)帶中的空穴復(fù)合，這樣的復(fù)合過(guò)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(gè)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(zhēng)栄F；謁：中用蘭眸如r【卩當(dāng)g垃詰時(shí)代人式（力得對(duì)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?yàn)門OC 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(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子hdt=qEdk自能帶底運(yùn)動(dòng)到能帶頂所需的時(shí)間。dk解設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E,TF=hdt=qE(取絕對(duì)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(shí)，t=1.04X10-8(s)；E=106V/m時(shí)，t=1.04X10-n(s)。五、解：費(fèi)米分布函數(shù)為f二1+eiw，當(dāng)e-Ef等于3k0T時(shí)，=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(shí)，f=0.050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。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(shí)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(fèi)米能級(jí)：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(wú)光照的平衡狀態(tài)時(shí),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(guò)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