半導體復(fù)習習題資料

1．設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導帶極小值附近能量Ec(k)和價帶極大值附近能量EV(k)分別為：Ec=1禁帶寬度;2導帶底電子有效質(zhì)量;3價帶頂電子有效質(zhì)量;4價帶頂電子躍遷到導帶底時準動量的變化解：（1）2.晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當外加102V/m，107V/m的電場時，試分別計算電子自能帶底運動到能帶頂所需的時間。解：根據(jù)：得1.實際半導體與理想半導體間的主要區(qū)別是什么？答：（1）理想半導體：假設(shè)晶格原子嚴格按周期性排列并靜止在格點位置上，實際半導體中原子不是靜止的，而是在其平衡位置附近振動。（2）理想半導體是純凈不含雜質(zhì)的，實際半導體含有若干雜質(zhì)。（3）理想半導體的晶格結(jié)構(gòu)是完整的，實際半導體中存在點缺陷，線缺陷和面缺陷等。2.以As摻入Ge中為例，說明什么是施主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)電離過程和n型半導體。As有5個價電子，其中的四個價電子與周圍的四個Ge原子形成共價鍵，還剩余一個電子，同時As原子所在處也多余一個正電荷，稱為正離子中心，所以，一個As原子取代一個Ge原子，其效果是形成一個正電中心和一個多余的電子.多余的電子束縛在正電中心，但這種束縛很弱,很小的能量就可使電子擺脫束縛，成為在晶格中導電的自由電子，而As原子形成一個不能移動的正電中心。這個過程叫做施主雜質(zhì)的電離過程。能夠施放電子而在導帶中產(chǎn)生電子并形成正電中心，稱為施主雜質(zhì)或N型雜質(zhì)，摻有施主雜質(zhì)的半導體叫N型半導體。3.以Ga摻入Ge中為例，說明什么是受主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)電離過程和p型半導體。Ga有3個價電子，它與周圍的四個Ge原子形成共價鍵，還缺少一個電子，于是在Ge晶體的共價鍵中產(chǎn)生了一個空穴，而Ga原子接受一個電子后所在處形成一個負離子中心，所以，一個Ga原子取代一個Ge原子，其效果是形成一個負電中心和一個空穴，空穴束縛在Ga原子附近，但這種束縛很弱，很小的能量就可使空穴擺脫束縛，成為在晶格中自由運動的導電空穴，而Ga原子形成一個不能移動的負電中心。這個過程叫做受主雜質(zhì)的電離過程，能夠接受電子而在價帶中產(chǎn)生空穴，并形成負電中心的雜質(zhì)，稱為受主雜質(zhì)，摻有受主型雜質(zhì)的半導體叫P型半導體。4.以Si在GaAs中的行為為例，說明IV族雜質(zhì)在=3\*ROMANIII-V族化合物中可能出現(xiàn)的雙性行為。Si取代GaAs中的Ga原子則起施主作用；Si取代GaAs中的As原子則起受主作用。導帶中電子濃度隨硅雜質(zhì)濃度的增加而增加，當硅雜質(zhì)濃度增加到一定程度時趨于飽和。硅先取代Ga原子起施主作用，隨著硅濃度的增加，硅取代As原子起受主作用。1.計算能量在E=Ec到之間單位體積中的量子態(tài)數(shù)。解7.=1\*GB3①在室溫下，鍺的有效態(tài)密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，試求鍺的載流子有效質(zhì)量m*nm*p。計算77K時的NC和NV。已知300K時，Eg=0.67eV。77k時Eg=0.76eV。求這兩個溫度時鍺的本征載流子濃度。=2\*GB3②77K時，鍺的電子濃度為1017cm-3，假定受主濃度為零，而Ec-ED=0.01eV，求鍺中施主濃度ED為多少？10.以施主雜質(zhì)電離90%作為強電離的標準，求摻砷的n型鍺在300K時，以雜質(zhì)電離為主的飽和區(qū)摻雜質(zhì)的濃度范圍。13.有一塊摻磷的n型硅，ND=1015cm-3,分別計算溫度為=1\*GB3①77K；=2\*GB3②300K；=3\*GB3③500K；=4\*GB3④800K時導帶中電子濃度（本征載流子濃度數(shù)值查圖3-7）1.300K時，Ge的本征電阻率為47cm，如電子和空穴遷移率分別為3900cm2/(V.S)和1900cm2/(V.S)。試求Ge的載流子濃度。解：在本征情況下，,由知2.試計算本征Si在室溫時的電導率，設(shè)電子和空穴遷移率分別為1350cm2/(V.S)和500cm2/(V.S)。當摻入百萬分之一的As后，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試計算其電導率。比本征Si的電導率增大了多少倍？解：300K時，，查表3-2或圖3-7可知，室溫下Si的本征載流子濃度約為。本征情況下，金鋼石結(jié)構(gòu)一個原胞內(nèi)的等效原子個數(shù)為個，查看附錄B知Si的晶格常數(shù)為0.543102nm，則其原子密度為。摻入百萬分之一的As,雜質(zhì)的濃度為，雜質(zhì)全部電離后，，這種情況下，查圖4-14（a）可知其多子的遷移率為800cm2/(V.S)比本征情況下增大了倍3.電阻率為10.m的p型Si樣品，試計算室溫時多數(shù)載流子和少數(shù)載流子濃度。解：查表4-15(b)可知，室溫下，10.m的p型Si樣品的摻雜濃度NA約為,查表3-2或圖3-7可知，室溫下Si的本征載流子濃度約為,6.設(shè)電子遷移率0.1m2/(VS),Si的電導有效質(zhì)量mc=0.26m0,加以強度為104V/m的電場，試求平均自由時間和平均自由程。解：由知平均自由時間為平均漂移速度為平均自由程為8.截面積為0.001cm2圓柱形純Si樣品，長1mm,接于10V的電源上，室溫下希望通過0.1A的電流，問：=1\*GB3①樣品的電阻是多少？=2\*GB3②樣品的電阻率應(yīng)是多少？=3\*GB3③應(yīng)該摻入濃度為多少的施主？解：=1\*GB3①樣品電阻為=2\*GB3②樣品電阻率為=3\*GB3③查表4-15（b）知，室溫下，電阻率的n型Si摻雜的濃度應(yīng)該為。1.在一個n型半導體樣品中，過剩空穴濃度為1013cm-3,空穴的壽命為100us。計算空穴的復(fù)合率。3.有一塊n型硅樣品，壽命是1us，無光照時電阻率是10cm。今用光照射該樣品，光被半導體均勻的吸收，電子-空穴對的產(chǎn)生率是1022cm-3s-1,試計算光照下樣品的電阻率，并求電導中少數(shù)在流子的貢獻占多大比例？4.一塊半導體材料的壽命=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？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=1014cm-3。計算無光照和有光照的電導率。6.畫出p型半導體在光照（小注入）前后的能帶圖，標出原來的的費米能級和光照時的準費米能級。EEcEiEvEcEFEiEvEFpEFn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=1014cm-3。試計算這種情況下的準費米能級位置，并和原來的費米能級作