電控學(xué)院-820半導(dǎo)體物理答案

西安科技大2013年入學(xué)考試試題答案科目 科目名稱：半導(dǎo)體物一、(每小題4分，共40分非平衡載流準(zhǔn)能函數(shù)對導(dǎo)帶和價帶各自仍然是適用的可以分別引入導(dǎo)帶能級和價帶能級，它們都是局部的能級，稱為準(zhǔn)能級。雜質(zhì)補償半導(dǎo)n型半導(dǎo)n本征激當(dāng)半導(dǎo)體的溫度從0K開始升高，價帶中的電子將獲得熱能，其中少數(shù)電子表面復(fù)陷阱效載流子散空間電荷當(dāng)n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合形成pnpnnppnp區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了電離受主構(gòu)成的一個負(fù)電荷區(qū)，n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了電離施主構(gòu)成的pn結(jié)擊pnpn結(jié)擊穿。二、簡答題(每小7分35分其中電子濃度n和空穴濃度p的變化情況。ND大大ND時，電子濃度隨雜質(zhì)濃度ND的增加而增加，空穴濃度隨雜質(zhì)濃度ND的增加若n型鍺中摻入受主雜質(zhì)，簡要說明其能級的變化情況。并說明當(dāng)溫，度升高到本征激發(fā)載流子濃度大于摻雜濃度時能級接近于本征能級，室溫下，如果在純凈的硅和鍺中摻入施主雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度分別為NDsi和NDge，且NDsi>NDge，試比較兩種摻雜半導(dǎo)體中的平衡少子濃度，并進行答：nnn NDpii ND子濃度ni大于硅的niNDsiNDgenn三、作圖題(每小8分16分畫出平衡狀態(tài)下pn結(jié)的能帶圖，并簡要說明ppn能帶圖是按電子能量的高低畫的，pn區(qū)高，因此，p區(qū)的能帶相對n區(qū)上移，而n區(qū)能帶相對p區(qū)下移，直至能級處處相等，PN結(jié)達到平衡狀態(tài)。n假定摻雜濃度ND1016cm3)的電阻率與溫度的關(guān)系曲N型硅的電阻率和溫度關(guān)系曲線大致分為三段：AB段：溫度很低，本征激BC段：溫度繼續(xù)升高(包括室溫)，雜質(zhì)已全部電離，本征激發(fā)還不十分顯著，載流子基本上不隨溫度變化，晶格振動散射上升為主要，遷移率隨溫度的升高而降低，所以電阻率隨溫度的升高而增大；CD段：溫度繼續(xù)升高，本征本征激發(fā)成為的主要方面，n型硅半導(dǎo)體的電阻率將隨溫度的升高而急劇四、計算題(49分已知某硅材料的突pn結(jié)，已知pnn區(qū)的電阻率為n10cm，p區(qū)的空穴遷移率為p500cm2Vspn結(jié)在溫度T300K時的勢壘高度(9分)解 N區(qū)電子濃度為：nPp

nqn1

101.6021019

4.310141.251018pq 0.011.6021019n

4.31014qvDk0T

20.026nin

設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格導(dǎo)帶極小值附近能量Ec(k和價帶極大值附近Ev(k)分別為2k

2(kk

2k

32kEc(k) ，Ev(k) 1 式中m0為電子慣性質(zhì)量k1a。試求：(10分①禁帶寬度②導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量③價帶頂電子有效質(zhì)量④價帶頂電子躍遷到導(dǎo)帶底時準(zhǔn)動量的變化dEc(k)22k22(kk1)mmk

0Emin0 3則

Ec

kkm

2k

4Ev(kEmax的kmax02kEmaxEV(k

kkm

2k

2

Emin

1

12m0acd2Ec②

n所以導(dǎo)帶電子有效質(zhì)量m*n

d2Ec

3 vd2Ev③

62d22d2Evmn

6④k

)3

已知本征鍺的電導(dǎo)率在310K時為3.56102S/cm。一個n型鍺樣品，在的電導(dǎo)率。n3600cm/(Vsp1700cm/(Vs)(10分)iniq(np所 n q(npn當(dāng)T310K時，有i3.56102S ni1.6021019(36001700)42

nND1015cm3，則雜質(zhì)全部電離后，n01015cm3(略去ni影響)p0i

(421012

n0qnp0qp1.6021019(101536001.7610120.576(S/已知在純凈硅材料中摻入受主雜質(zhì)硼原子，摻雜濃度為1016cm3，溫度分子和少子的濃度。(10T300Kni1.021010cm3p0NA n0i 1.0410E

kTlnp00.026

22 n0i6.17

EEkTlnp00.026ln1.621016

少 n1015s，在均勻光的照射下產(chǎn)生非平衡載流子，其產(chǎn)生g1018cm3s，試計算室溫（300K）時準(zhǔn) 能級與價帶頂能級EV間的 能級進行比較（10分）解

NEFEVk0T EV0.026NA

(2)在均勻光照下npgn10181015103pp0p1016103nn0n1.04104103cm31.14104所以準(zhǔn)空 能級為 EkTlnNVE0.026 準(zhǔn)電 能級為Fn

V0TlEE

0.026

2.84

EC EgEC

1.12eV

（3）EFEFp(EV0.18)(EV0.179)eVEFnEF(EV0.2)(EV0.18)eV五、試證明半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)時，電子濃度n和空穴濃度p滿足下npn0

exp(EFnEFp其中EFn和EFp分別為電子準(zhǔn)能級和空穴準(zhǔn)能級，n0和p0分別為半體處于平衡狀態(tài)時的電子濃度和空穴濃度。(10分)證明：非平衡狀態(tài)下電子濃度n

exp(ECEFn

平衡狀態(tài)下電子濃度為

exp(ECEF上式代入到(1)

NC

exp(ECEFn

exp(EFnEFp

exp(EFEFp

npn0

exp(EFnEFp附：常用物理常q1.6021019C；h6.6251034Js；

1.05