復(fù)習(xí)題-半導(dǎo)體物理學(xué)

復(fù)習(xí)題-半導(dǎo)體物理學(xué)（總10頁(yè)）-本頁(yè)僅作為文檔封面，使用時(shí)請(qǐng)直接刪除即可--內(nèi)頁(yè)可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小-15一、填空題半導(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）。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(chēng)（施主）雜質(zhì)；相應(yīng)的半導(dǎo)體稱(chēng)（N）型半導(dǎo)體。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)。nopo=ni2標(biāo)志著半導(dǎo)體處于（熱平衡）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？（不改變）；當(dāng)溫度變化時(shí)，nopo改變否？（改變）。硅的導(dǎo)帶極小值位于布里淵區(qū)的（＜100＞方向上），根據(jù)晶體對(duì)稱(chēng)性共有（6）個(gè)等價(jià)能谷。n型硅摻As后，費(fèi)米能級(jí)向（Ec或上）移動(dòng)，在室外溫度下進(jìn)一步升高溫度，費(fèi)米能級(jí)向（Ei或下）移動(dòng)。半導(dǎo)體中的陷阱中心使其中光電導(dǎo)靈敏度（增加），并使其光電導(dǎo)衰減規(guī)律（衰減時(shí)間延長(zhǎng)）。若用氮取代磷化鎵中的部分磷，結(jié)果是（禁帶寬度Eg增大）；若用碑的話(huà)，結(jié)果是（禁帶寬度Eg減小）。已知硅的Eg為eV，則本征吸收的波長(zhǎng)限為（微米）；Ge的Eg為eV，則本征吸收的波長(zhǎng)限為（微米）。復(fù)合中心的作用是（促進(jìn)電子和空穴復(fù)合），起有效復(fù)合中心的雜質(zhì)能級(jí)必須位于（Ei或禁帶中心線(xiàn)），而對(duì)電子和空穴的俘獲系數(shù)rn或rp必須滿(mǎn)足（rn=rp）有效陷阱中心位置靠近（Ef或費(fèi)米能級(jí)）計(jì)算半導(dǎo)體中載流子濃度時(shí)，不能使用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)代替費(fèi)米統(tǒng)計(jì)的判定條件是（Ec-EF42k°T以及EF-Ev42k0T）,這種半導(dǎo)體被稱(chēng)為（簡(jiǎn)并半導(dǎo)體）。PN結(jié)電容可分為（擴(kuò)散電容）和（勢(shì)壘電容）兩種。

14.純凈半導(dǎo)體14.純凈半導(dǎo)體Si中摻III族元素的雜質(zhì)，當(dāng)雜質(zhì)電離時(shí)在Si晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)（空穴），這種雜質(zhì)稱(chēng)（受主）雜質(zhì)；相應(yīng)的半導(dǎo)體稱(chēng)（P）型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體產(chǎn)生光吸收的方式（本征）、（激子）、（雜質(zhì)）、（晶格振動(dòng)）。半導(dǎo)體吸收光子后產(chǎn)生光生載流子，在均勻半導(dǎo)體中是（電導(dǎo)率）增加，可制成（光敏電阻）；在存在自建電場(chǎng)的半導(dǎo)體中產(chǎn)生（光生伏特），可制成（光電池）；光生載流子發(fā)生輻射復(fù)合時(shí)，伴隨著（發(fā)射光子），這就是半導(dǎo)體的（發(fā)光）現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象可制成（發(fā)光管）。如果電子從價(jià)帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)波矢k不發(fā)生變化，則具有這種能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為（直接禁帶半導(dǎo)體），否則稱(chēng)為（間接禁帶半導(dǎo)體），那么按這種原則分類(lèi)，GaAs屬于（直接）禁帶半導(dǎo)體。簡(jiǎn)并半導(dǎo)體一般是（重）摻雜半導(dǎo)體，這時(shí)（電離雜質(zhì)）對(duì)載流子的散射作用不可忽略。熱平衡條件下，半導(dǎo)體中同時(shí)含有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)情況下的電中性條件是（p0+nD+=n0+pA-）有效質(zhì)量概括了晶體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)對(duì)載流子的作用，可通過(guò)（回旋共振）實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合可以有很多途徑，主要有兩大類(lèi)：（帶間電子-空穴直接復(fù)合）和（通過(guò)禁帶內(nèi)的復(fù)合中心進(jìn)行復(fù)合）。二、選擇題.本征半導(dǎo)體是指（A）的半導(dǎo)體。A.不含雜質(zhì)和缺陷B.電阻率最高C.電子密度和空穴密度相等D.電子密度與本征載流子密度相等.在P型半導(dǎo)體中（C）A.電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子B.空穴的數(shù)量略多于電子C.空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子D.沒(méi)有電子.當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流與漂移電流的關(guān)系及耗盡層寬度的變化為（B）。A.擴(kuò)散電流大于漂移電流、耗盡層變寬B.擴(kuò)散電流小于漂移電流、耗盡層變寬C.擴(kuò)散電流大于漂移電流、耗盡層變窄D.擴(kuò)散電流小于漂移電流、耗盡層變窄.PN結(jié)擊穿主要有下列哪三種物理機(jī)制（A）A.雪崩擊穿、隧道擊穿、熱電擊穿B.高壓擊穿、躍遷擊穿、熱電擊穿C.雪崩擊穿、隧道擊穿、自發(fā)擊穿D.隧道擊穿、自發(fā)擊穿、躍遷擊穿.某一處于熱平衡狀態(tài)下的非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體摻有施主雜質(zhì)濃度為ND=5x1017cm-3,當(dāng)溫度為300K時(shí)雜質(zhì)已全部電離，已知本征載流子濃度為ni=10i5cm-3,則電子和空穴濃度分別為（B）。A．n0=2x1015cm-3，p0=1x1017cm-3B．n0=5x1017cm-3，p0=2x1012cm-3C．n0=5x1017cm-3，p0=2x1015cm-3D．n0=2x1015cm-3，p0=5x1015cm-3.在n型半導(dǎo)體中（C）A.空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子B.空穴的數(shù)量略多于電子C.電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子D.沒(méi)有電子.雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn)過(guò)程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時(shí)，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動(dòng)聲子的散射概率的變化分別是（B）。A.變大，變小；B.變小，變大；C.變小，變??；D.變大，變大。.當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流與漂移電流的關(guān)系及耗盡層寬度的變化為（C）。A.擴(kuò)散電流大于漂移電流、耗盡層變寬B.擴(kuò)散電流小于漂移電流、耗盡層變寬C.擴(kuò)散電流大于漂移電流、耗盡層變窄D.擴(kuò)散電流小于漂移電流、耗盡層變窄.如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱(chēng)為（F）。A.施主B.受主C.復(fù)合中心D.陷阱F.兩性雜質(zhì).半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命的大小主要決定于（A）A、復(fù)合機(jī)構(gòu)B、散射機(jī)構(gòu)C、禁帶寬度D、晶體結(jié)構(gòu).對(duì)大注入條件下，在一定的溫度下，非平衡載流子的壽命與（D）。A、平衡載流子濃度成正比B、非平衡載流子濃度成正比C、平衡載流子濃度成反比D、非平衡載流子濃度成反比.最有效的復(fù)合中心能級(jí)位置在（D）附近；最有利陷阱作用的能級(jí)位置在（C）附近，常見(jiàn)的是（E）陷阱。A、EAB、EDC、EFD、EiE、少子F、多子.電子在晶體中的共有化運(yùn)動(dòng)時(shí)指（C）A、電子在晶體中各處出現(xiàn)的幾率相同B、電子在晶體原胞中個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相同C、電子在晶體各原胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相同D、電子在晶體各原胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)有相同位相.||-VI族化合物半導(dǎo)體中的M空位Vm是（A）A、點(diǎn)陣中的金屬原子空位B、點(diǎn)陣中的原子間隙C、一種在禁帶中引入施主能級(jí)的點(diǎn)缺陷D、一種在禁帶中引入受主能級(jí)的位錯(cuò).自補(bǔ)償效應(yīng)的起因是（B）A、材料中先已預(yù)存在某種深能級(jí)雜質(zhì)B、材料中先已預(yù)存在某種深能級(jí)缺陷*摻入的雜質(zhì)是雙性雜質(zhì)D、摻雜導(dǎo)致某種缺陷產(chǎn)生.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.半導(dǎo)體中的載流子擴(kuò)散系數(shù)的大小取決于（B）A、復(fù)合機(jī)構(gòu)B、散射機(jī)構(gòu)C、能帶結(jié)構(gòu)D、晶體結(jié)構(gòu).硅中摻金的工藝主要用于制造（C）器件A、高可靠性B、高反壓C、高頻D、大功率.欲在摻雜適度的無(wú)表面態(tài)n型硅上做歐姆電極，以下四種金屬中最合適的是（A）A、In（Wm=eV）B、Cr（Wm=eV）C、Au（Wm=eV）D、Al（Wm=eV）.在光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，硅材料一般不如GaAs量子效率高，其因是（A）A、禁帶較窄B、禁帶是間接型躍遷C、禁帶較寬D、禁帶是直接型躍遷.GaAs的導(dǎo)帶極值位于布里淵區(qū)（A）八、中心B、＜111＞方向邊界處C、＜100＞方向邊界處D、＜110＞方向邊界處.重空穴指的是（C）A、質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴B、價(jià)帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C、價(jià)帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴口、自旋-軌道耦合分裂出來(lái)的能帶上的空穴.對(duì)于III-V族化合物半導(dǎo)體，隨著平均原子序數(shù)的增加（B）A、禁帶寬度增大B、禁帶寬度減小C、最低的導(dǎo)帶極小值從布里淵區(qū)中心移向邊界D、最低的導(dǎo)帶極小值在布里淵區(qū)中心不變.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)（EF-KT）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.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Ei.某材料的電阻率隨溫度上升而先下降后上升，該材料是（C）A、金屬B、本征半導(dǎo)體C、摻雜半導(dǎo)體D、高純化合物半導(dǎo)體.如果在神州十號(hào)太空實(shí)驗(yàn)室里，生長(zhǎng)的GaAs具有很高的載流子遷移率，這是因?yàn)椋–）的緣故。A、無(wú)雜質(zhì)污染B、受較強(qiáng)的宇宙射線(xiàn)照射C、晶體生長(zhǎng)完整性好D、化學(xué)配比合理三、名詞解釋非平衡載流子的壽命：非平衡載流子的平均生存時(shí)間。遷移率：?jiǎn)挝粓?chǎng)強(qiáng)下電子平均飄移速度。光生伏特效應(yīng)：由于光子的吸收在非均勻半導(dǎo)體中形成內(nèi)建電場(chǎng)，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（光生電壓），將半導(dǎo)體外部短路則出現(xiàn)電流（光生電流）。這種由內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)，稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。非平衡載流子的壽命：非平衡載流子的平均生存時(shí)間。載流子平均自由時(shí)間：載流子在電場(chǎng)中作漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有在連續(xù)兩次散射之間的時(shí)間稱(chēng)為自由時(shí)間，取極多次而求平均值，則稱(chēng)之為載流子的平均自由時(shí)間。肖特基接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸是整流接觸，形成阻擋層，即肖特基接觸。光子本征吸收：半導(dǎo)體吸收光子的能量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過(guò)程叫本征吸收。電子有效質(zhì)量：該參數(shù)將晶體導(dǎo)帶中電子的加速度與外加的作用力聯(lián)系起來(lái)，該參數(shù)包含了晶體中的內(nèi)力。狀態(tài)密度函數(shù)：有效量子態(tài)的密度。它是能量的函數(shù)，表示單位體積代為能量中的量子態(tài)數(shù)量。雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體：同一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)既含有施主雜質(zhì)又含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體。簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：電子或空穴的濃度大于有效狀態(tài)密度，費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶中（n型）或價(jià)帶中（p型）。非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：摻入相對(duì)較少的施主（和）或受主雜質(zhì)，使得施主和（或）受主能級(jí)分離、無(wú)相互作用的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體：沒(méi)有雜質(zhì)原子且晶體中午晶格缺陷的純潔半導(dǎo)體材料。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)：電子和空穴的住費(fèi)米能級(jí)分別將電子和空穴的非平衡狀態(tài)濃度與本征載流子濃度以及本征費(fèi)米能級(jí)聯(lián)系起來(lái)。線(xiàn)性緩變結(jié)：pn結(jié)一側(cè)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于另一側(cè)的摻雜濃度。四、簡(jiǎn)答簡(jiǎn)述金屬半導(dǎo)體肖特基接觸的整流特性形成機(jī)制。答：在金屬半導(dǎo)體接觸中，金屬一側(cè)勢(shì)壘高度不隨外加電壓而變，半導(dǎo)體一側(cè)勢(shì)壘高度與外加電壓相關(guān)。因此，當(dāng)外加電壓使半導(dǎo)體一側(cè)勢(shì)壘高度降低時(shí)，形成從半導(dǎo)體流向金屬的凈電流密度，且隨外加電壓而變化；反之，則是從金屬到半導(dǎo)體的電流密度，該電流較小，且與外加電壓幾乎無(wú)關(guān)。這就是金屬半導(dǎo)體接觸整流特性。簡(jiǎn)述準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的概念。答：處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶之間處于不平衡狀態(tài)，而導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子各自處于平衡態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)無(wú)統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，但費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)對(duì)導(dǎo)帶和價(jià)帶各自仍然是適用的。為了描述同一能帶內(nèi)平衡而能帶間非平衡的狀態(tài)，引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)，即準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)概念，它們是局部的費(fèi)米能級(jí)。簡(jiǎn)單討論不同溫度區(qū)間內(nèi)p型半導(dǎo)體的載流子濃度（要說(shuō)明電中性條件）。答：低溫弱電離區(qū)：電中性條件為Po=Pa。受主雜質(zhì)部分電離，空穴全部由雜質(zhì)電離提供，空穴濃度等于電離雜質(zhì)濃度。強(qiáng)電離（飽和區(qū)）：電中性條件為p0=NA,pA=D+NA。受主雜質(zhì)全部電離，雜質(zhì)電離對(duì)載流子濃度起主導(dǎo)作用，空穴濃度等于受主雜質(zhì)濃度。過(guò)渡區(qū)：電中性條件為p0=NA+n0。本征激發(fā)和雜質(zhì)電離對(duì)載流子濃度共同起作用，空穴濃度等于受主雜質(zhì)濃度與本征載流子濃度之和。高溫本征激發(fā)區(qū)：電中性條件為p0=n0,本征激發(fā)對(duì)載流子濃度起主導(dǎo)作用，空穴濃度等于本征載流子濃度。分別畫(huà)圖說(shuō)明平衡狀態(tài)下、正向偏壓和反向偏壓下的pn結(jié)能帶結(jié)構(gòu)圖。平衡狀態(tài)：pn結(jié)p區(qū)、n區(qū)具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，能帶的彎曲量正好補(bǔ)償了n區(qū)和p區(qū)的費(fèi)米能級(jí)之差，即qVD二Ef/Efp。水平線(xiàn)，在空穴擴(kuò)散區(qū)斜線(xiàn)上升，到注入空穴為零處Efp與EFn相等；EFn從n型中性區(qū)到邊界pp'處為一水平線(xiàn)，在電子擴(kuò)散區(qū)斜線(xiàn)下降，到注入電子為零處EFn與EFp相等。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)間距EFn-EFp=qK能帶彎曲q(VD-V)。反向偏壓：反向偏壓下準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的變化規(guī)律與正向偏壓情況正好相反，EFn和EFp的相對(duì)位置發(fā)生了變化。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)間距EFp-EFn=qV，能帶彎曲q(VD+V)。什么是載流子散射主要散射機(jī)制是什么答：熱運(yùn)動(dòng)中的載流子，由于晶格熱振動(dòng)或電離雜質(zhì)以及其它因素的影響，不斷地遭到散射，其速度的大小和方向不斷地在改變著，這就是載流子的散射；主要的散射機(jī)構(gòu)是電離雜質(zhì)散射和晶格振動(dòng)散射。簡(jiǎn)單討論不同溫度區(qū)間內(nèi)n型半導(dǎo)體的載流子濃度（要說(shuō)明電中性條件）。答：低溫弱電離區(qū)：電中性條件為n=nD+。施主雜質(zhì)部分電離，自由電子全部由雜質(zhì)電離提供，自由電子濃度等于電離雜質(zhì)濃度。強(qiáng)電離（飽和區(qū)）：電中性條件為n0=ND,nD=DND。施主雜質(zhì)全部電離，雜質(zhì)電離對(duì)載流子濃度起主導(dǎo)作用，自由電子濃度等于施主雜質(zhì)濃度。過(guò)渡區(qū)：電中性條件為n0=ND+p0。本征激發(fā)和雜質(zhì)電離對(duì)載流子濃度共同起作用，自由電子濃度等于施主雜質(zhì)濃度與本征載流子濃度之和。高溫本征激發(fā)區(qū)：電中性條件為n0=p0，本征激發(fā)對(duì)載流子濃度起主導(dǎo)作用，自由電子濃度等于本征載流子濃度。簡(jiǎn)單說(shuō)明pn結(jié)的作用和用途答：通常pn結(jié)有如下作用和用途①pn結(jié)中由于空間電荷區(qū)作用，形成對(duì)電子運(yùn)動(dòng)有阻礙的勢(shì)壘，載流子通過(guò)這個(gè)勢(shì)壘時(shí)，按它的運(yùn)動(dòng)方向有難有易，利用這種現(xiàn)象可以制成二極管。②當(dāng)光照射pn結(jié)時(shí)，由于自建電場(chǎng)的作用，是光照產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)定向運(yùn)動(dòng)形成光電流。利用這種現(xiàn)象的器件有太陽(yáng)能電池、放射線(xiàn)、紅外線(xiàn)探測(cè)器③利用pn結(jié)電容與偏壓的關(guān)系可制成變?nèi)荻O管。④利用高摻雜濃度制成隧道二極管，利用其獨(dú)特的負(fù)阻特性。⑤當(dāng)pn結(jié)上施加壓力時(shí)，電導(dǎo)率有明顯的變化。利用這種原理看制造力敏器件?！觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥龃穑簹W姆接觸是金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)具有線(xiàn)性和對(duì)稱(chēng)的電流電壓關(guān)系，其接觸電阻遠(yuǎn)小于材料電阻，且金屬與半導(dǎo)體之間無(wú)少數(shù)載流子注入。形成歐姆接觸的方法有三種。選擇合適電阻，使金屬與半導(dǎo)體之間不形成勢(shì)壘而形成表面積累層。但由于表面態(tài)存在，是半導(dǎo)體表面總有一個(gè)耗盡層，且不受金屬的影響，所以實(shí)質(zhì)上選用的是低勢(shì)壘歐姆接觸。選取的原則：從理論上講，金屬的功函數(shù)必須小于n型半導(dǎo)體的功函數(shù)，或大于p型半導(dǎo)體的功函數(shù)。半導(dǎo)體表面噴砂或粗磨，產(chǎn)生大量的缺陷，形成復(fù)合中心，是表面耗盡區(qū)的復(fù)合成為控制電流的主要機(jī)構(gòu)，接觸電阻大大降低，近似稱(chēng)為歐姆接觸。在靠近金屬的半導(dǎo)體表面薄層用一定工藝方法形成高摻雜層，使半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)形成的表面耗盡層很薄，以至發(fā)生隧道效應(yīng)。具有較小的接觸電阻，獲得接近理想的歐姆電阻。五、計(jì)算題銻化銦的禁帶寬度Eg=,相對(duì)介電常數(shù)￡:17,電子的有效質(zhì)量m；=，m0為電子的慣性質(zhì)量，根據(jù)氫原子模型計(jì)算施主雜質(zhì)的電離能。(P55頁(yè)第7題)9型硅中，摻雜濃度ND=10i6cm-3,光注入的非平衡載流子濃度An=Ap=10i4/r/