微電子器件與IC設(shè)計基礎(chǔ)第2版課后答案

課后習題答案為什么經(jīng)典物理無法準確描述電子的狀態(tài)？在量子力學中又是用什么方法來描述的？解：在經(jīng)典物理中，粒子和波是被區(qū)分的。然而，電子和光子是微觀粒子，具有波粒二象性。因此，經(jīng)典物理無法準確描述電子的狀態(tài)。在量子力學中，粒子具有波粒二象性，其能量和動量是通過這樣一個常數(shù)來與物質(zhì)波的頻率和波矢建立聯(lián)系的，即上述等式的左邊描述的是粒子的能量和動量，右邊描述的則是粒子波動性的頻率和波矢。1.2量子力學中用什么來描述波函數(shù)的時空變化規(guī)律？解：波函數(shù)是空間和時間的復(fù)函數(shù)。與經(jīng)典物理不同的是，它描述的不是實在的物理量的波動，而是粒子在空間的概率分布，是一種幾率波。如果用表示粒子的德布洛意波的振幅，以表示波的強度，那么，t時刻在r附近的小體積元中檢測到粒子的概率正比于。1.3試從能帶的角度說明導體、半導體和絕緣體在導電性能上的差異。解：如圖1.3所示，從能帶的觀點來看，半導體和絕緣體都存在著禁帶，絕緣體因其禁帶寬度較大(6~7eV)，室溫下本征激發(fā)的載流子近乎為零，所以絕緣體室溫下不能導電。半導體禁帶寬度較小，只有1~2eV，室溫下已經(jīng)有一定數(shù)量的電子從價帶激發(fā)到導帶。所以半導體在室溫下就有一定的導電能力。而導體沒有禁帶，導帶與價帶重迭在一起，或者存在半滿帶，因此室溫下導體就具有良好的導電能力。1.4為什么說本征載流子濃度與溫度有關(guān)？解：本征半導體中所有載流子都來源于價帶電子的本征激發(fā)。由此產(chǎn)生的載流子稱為本征載流子。本征激發(fā)過程中電子和空穴是同時出現(xiàn)的，數(shù)量相等，。對于某一確定的半導體材料，其本征載流子濃度為式中，NC，NV以及Eg都是隨著溫度變化的，所以，本征載流子濃度也是隨著溫度變化的。1.5什么是施主雜質(zhì)能級？什么是受主雜質(zhì)能級？它們有何異同？解：當半導體中摻入施主雜質(zhì)后，在其導帶底的下方，距離導帶底很近的范圍內(nèi)可以引入局域化的量子態(tài)能級。該能級位于禁帶中，稱之為施主雜質(zhì)能級。同理，當半導體中摻入受主雜質(zhì)后，在其價帶頂?shù)纳戏?，距離價帶頂很近的范圍內(nèi)也可引入局域化的受主雜質(zhì)能級。施主能級距離導帶底很近，施主雜質(zhì)電離后，施主能級上的電子躍遷進入導帶，其結(jié)果向?qū)峁﹤鲗щ娏鞯臏首杂呻娮?；而受主能級距離價帶頂很近，受主雜質(zhì)電離后，價帶頂?shù)碾娮榆S遷進入受主能級，其結(jié)果向價帶提供傳導電流的空穴。1.6試比較N型半導體與P型半導體的異同。解：對同種材料制作的不同型號的半導體來說，具有以下相同點：二者都具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，相同的本征載流子濃度，都對溫度很敏感。不同點是，N型半導體所摻雜質(zhì)是施主雜質(zhì)，主要是靠電子導電，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子：而P型半導體所摻雜質(zhì)是受主雜質(zhì)，主要靠空穴導電，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。1.7從能帶的角度說明雜質(zhì)電離的過程。解：雜質(zhì)能級距離主能帶很近，其電離能一般都遠小于禁帶寬度。因此，雜質(zhì)能級與主能帶之間的電子躍遷也比較容易完成。以施主雜質(zhì)為例，施主能級上的電子就是被該施主原子束縛著的電子。它在室溫下吸收晶格振動的能量或光子的能量（只要其能量高于雜質(zhì)的電離能）后，就可以掙脫施主原子核對它的束縛，躍遷進入導帶成為準自由電子。這一過程稱之為雜質(zhì)電離。電離以后的雜質(zhì)帶有正電荷，電離以前的雜質(zhì)是電中性的。1.8什么是遷移率？什么是擴散系數(shù)？二者有何關(guān)系？解：遷移率是描述載流子在電場作用下輸運能力的一個物理量；擴散系數(shù)是描述載流子在其濃度梯度作用下輸運能力的物理量。二者可以通過以下愛因斯坦關(guān)系建立聯(lián)系：1.9說明載流子的兩種輸運機制，并比較它們的異同。解：載流子的輸運機制可分為擴散運動和漂移運動兩種。擴散運動是在半導體中存在載流子的濃度梯度時，高濃度一邊的載流子將會向低濃度一邊輸運。這種運動稱為載流子的擴散運動。擴散運動的強弱與濃度梯度的大小成正比，即與載流子的分布梯度有關(guān)。漂移運動是半導體中的載流子在電場力作用下的定向運動。其強弱只與電場的大小成正比，與載流子的分布沒有關(guān)系。1.10什么是費米能級？什么是準費米能級？二者有何差別？解：在熱平衡條件下，半導體中能量為E的能級被電子占據(jù)的幾率f(E)服從費米-狄拉克分布式中的EF就是費米能級。它是一個描述半導體電子系統(tǒng)中電子填充能帶水平的標志性參數(shù)，也稱為熱平衡系統(tǒng)的化學勢。準費米能級是半導體系統(tǒng)在非平衡條件下（如關(guān)照或有電注入下），有非平衡載流子存在時，為了描述導帶電子在導帶各能級上的分布以及價帶空穴在價帶各個能級上的分布而引入的一個參考量。其大小也反映了電子和空穴填充能帶的水平。值得注意的是，一個能帶內(nèi)消除非平衡的影響僅僅需要，而少子壽命約為。所以，在非平衡載流子存在的絕大部分時間內(nèi)主能帶的電子都處于平衡分布。1.11什么是擴散長度？擴散長度與非平衡少數(shù)載流子壽命有何關(guān)系？解：擴散長度是描述載流子濃度隨著擴散深度增加而衰減的特征長度。擴散長度與非平衡少數(shù)載流子壽命的關(guān)系如下：1.12簡述半導體材料的導電機理。解：半導體的導電機理與金屬是不同的。金屬中只有一種載流子（電子）參與導電，而半導體中同時有兩種載流子（電子和空穴）參與導電。本征半導體中導電的載流子是由于本征激發(fā)而產(chǎn)生的電子和空穴。它們是同時出現(xiàn)的，且，兩種載流子對電流的貢獻相同。但是，在雜質(zhì)半導體中往往有，或者，存在著多數(shù)載流子和少數(shù)載流子。所以，多數(shù)載流子對電流的貢獻占據(jù)主要地位，而少數(shù)載流子對電流的貢獻卻可以忽略不計。習題11.1計算速度為的自由電子的德布洛意波長。解：1.2如果在單晶硅中分別摻入的磷和的硼，試計算300K時，電子占據(jù)雜質(zhì)能級的概率。根據(jù)計算結(jié)果檢驗常溫下雜質(zhì)幾乎完全電離的假設(shè)是否正確。解：查表可知，磷作為硅晶體中的施主雜質(zhì)，其電離能為,硼作為硅晶體中的受主雜質(zhì)，其電離能為。于是有能級為ED的量子態(tài)被被電子占據(jù)的幾率為上述結(jié)果說明，施主能級上的電子幾乎全部電離。能級為EA的量子態(tài)被空穴占據(jù)的幾率為上述計算結(jié)果說明受主能級上的空穴幾乎全部被電離。1.3硅中的施主雜質(zhì)濃度最高為多少時材料是非簡并的。解：若假設(shè)非簡并的條件為, 那么，非簡并時導帶電子濃度為非簡并時，最高施主雜質(zhì)濃度為1.4某單晶硅樣品中每立方厘米摻有個硼原子，試計算時該樣品的準自由電子濃度、空穴濃度以及費米能級。如果摻入的是磷原子它們又是多少？解：硼原子摻入硅晶體中可以引入受主雜質(zhì)，材料是P型半導體：該樣品的空穴是多子，其濃度為電子是少子，其濃度為費米能級為即費米能級在本征費米能級的下方0.299eV處。1.5某硅單晶樣品中摻有的硼、的磷和鎵，試分析該材料是N型半導體還是P型半導體？準自由電子和空穴濃度各為多少？解：由硼、磷、鎵摻入硅中分別成為受主、施主和受主，它們在硅晶體中引入的雜質(zhì)濃度依次為、、由于，即受主原子總數(shù)大于施主原子總數(shù)，所以該材料是P型半導體。此時，硅材料中空穴濃度為準自由電子濃度為1.6有兩塊單晶硅樣品，它們分別摻有的硼和磷，試計算300K時這兩塊樣品的電阻率，并說明為什么N型硅的導電性比同等摻雜的P型硅好。解：查P.22圖1.4.2可得空穴遷移率，電子遷移率于是，摻硼的單晶硅電阻率為摻磷的單晶硅電阻率為因為電子的遷移率大于空穴的遷移率，所以在其它條件不變的情況下，N型硅的導電性較P型硅的導電性高。1.7實驗測出某均勻摻雜N型硅的電阻率為，試估算施主雜質(zhì)濃度。解：本查P.301附錄A可得，再查P.22圖1.4.2可得電子的遷移率為。則施主雜質(zhì)的濃度為1.8假設(shè)有一塊摻有施主雜質(zhì)的硅樣品，其截面積為，長度為。如果在樣品兩端加上5V電壓，通過樣品的電流有多大？電子電流與空穴電流的比值是多少？解：摻有施主雜質(zhì)濃度的硅樣品，其電子濃度為，再查P.22可得電子的遷移率，于是，該材料的電導率為在該樣品兩端加上5V電壓后的電場強度為于是，電子電流密度為如果在樣品兩端加上5V電壓，通過樣品的電流為平衡空穴濃度為再查P.22圖1.4.2可得空穴遷移率為，于是電子電流與空穴電流的比值為1.9有一塊摻雜濃度為的N型硅樣品，如果在的范圍內(nèi)，空穴濃度從線性降低到，求空穴的擴散電流密度。解：查P.22圖1.4.2可得當時，，所以1.10光照射在一塊摻雜濃度為的N型硅樣品上，假設(shè)光照引起的載流子產(chǎn)生率為，求少數(shù)載流子濃度和電阻率，并畫出光照前后的能帶圖。已知，，，。解：，少數(shù)載流子濃度為電導率為電阻率為1.11寫出下列狀態(tài)下連續(xù)性方程的簡化形式：（1）無濃度梯度、無外加電場、有光照、穩(wěn)態(tài)；（2）無外加電場、無光照等外因引起載流子的產(chǎn)生，穩(wěn)態(tài)。解：以P型半導體為例，電子為少數(shù)載流子，完整的連續(xù)性方程為無濃度梯度、無外加電場、有光照、穩(wěn)態(tài)情況下上式可以簡化為因為無濃度梯度，所以含有濃度梯度的項均等于零，即因為無外加電場，所以，含有電場的項也為零，即又因為有光照，所以產(chǎn)生率G不等于零；因為討論的是穩(wěn)態(tài)情況，所以，載流子濃度不隨時間變化同理，無外加電場、無光照等外因引起載流子的產(chǎn)生，穩(wěn)態(tài)情況下連續(xù)性方程可以簡化為對于空穴來說，根據(jù)空穴的連續(xù)性方程，作相應(yīng)的簡化，同樣可以得到（1）和（2）。\

對教材資源的一些討論摘要：本文就筆者在使用北京師范大學版的實驗教材（數(shù)學第六冊）過程中，對教材資源中的問題進行了理解、分析和建議。關(guān)鍵詞：科學性；真實性；層次性；繁瑣性；誤解。

2023年，我有幸參加了新課改實驗教材的教學工作，教材一拿到手，我就被那些花花綠綠、生動形象的圖文吸引了，并下定決心，一定要深鉆教材，認真研究。在我使用它的近兩年的時間里，我發(fā)現(xiàn)新教材的可行性特別強，學生腦子靈活、能力強，與此同時我也有太多感受，現(xiàn)僅對教材資源與大家商榷：我們學校是2023年開始使用北師大版新教材的，其中一些圖文我認為容易造成學生的誤解，不利于學生進行有效的學習。圖例的科學性第六冊數(shù)學書第13頁，看一看，說一說下面哪些圖形是對稱圖形（如圖1）圖1圖2紅旗應(yīng)向一個方向飄，除非旗桿那里有電子吹風機（我想是沒有的），這幅圖有失真實性，孩子們的爭議比較大，有的說不看紅旗，就建筑來說是對稱圖形；有的說這幅圖形對折不能完全重合，說明不是對稱圖形等等。我不知道編者的本意是就是通過這些細節(jié)考察學生對對稱圖形的掌握程度，還是根本沒想到我們的學生會“盯”的這么仔細，但不管怎么樣這幅圖不符合實際。選編的練習容易引起誤解第六冊數(shù)學書第55頁畫一畫⑴請你在每種圖形的周圍畫幾個與它相同的圖形，使它們鋪滿整個長方形。（如圖2）實際上它是鋪不滿整個長方形的，學生絞盡腦汁想都未能鋪滿它，其實這道題的目的是利用平移畫圖形，所以建議把后半句改為“最多能畫幾個”等類似的語句。再如同上冊第66頁，（如圖3）圖3這樣的問題容易讓孩子誤填為蘋果占全部水果的1/2，梨子占全部水果的1/2，因為蘋果是兩種水果中的一種嘛，而這樣一填第3問似乎就沒有意義了，所以建議問題應(yīng)改為蘋果的個數(shù)占全部水果個數(shù)的幾分之幾，梨子的個數(shù)占全部水果個數(shù)的幾分之幾。再比如第七冊第15頁，直線的畫法，很容易讓孩子誤以為直線上有兩點。選編的練習容易占用孩子過多的時間數(shù)學來源于生活，生活中有許多數(shù)學素材，可有時看起來類似的數(shù)學素材就拿來選編，容易引起孩子無休止的爭論，占用過多的時間。比如學習對稱圖形這一章，第六冊第15頁讓學生判斷蝴蝶（如圖4）、第六冊第88頁判斷標志牌（如圖5）是否是對稱圖形，每次孩子都會說不看蝴蝶身上的花紋，它是對稱圖形，算上花紋它就不是對稱圖形；不看標志牌里的圖形，光看外觀圖形它是對稱圖形，全部算上它不是對稱圖形，看起來學生已完全掌握判斷對稱圖形的要領(lǐng)。可是讓它在下面小小的括號里填對稱還是不對稱呢。我看在這沒有必要讓學生這樣花費工夫、精力和時間。圖4圖5選編的練習讓孩子得到的結(jié)果缺乏真實性第七冊第39頁第5題：我國于2023年12月30日成功地發(fā)射了“神舟”四號航天飛船，它環(huán)繞地球107圈后返航，每一圈的時間約是89分。估計從起飛到返航約是多少分？這一道題如果列式準確計算是：89×107=9523（分），準確地說應(yīng)該是開始繞地球旋轉(zhuǎn)到返航需要9523分鐘，那么從起飛到返航的時間應(yīng)超過9523分。但一般的學生都會這樣估算：89×107≈90×100=9000（分），幾乎沒有人這樣估算：89×107≈100×100=10000（分）或89×107≈90×107=9630（分），按問題來說這道題要符合實際只能估大不能估小，不然還沒等返航就從天上掉下來了。選編的題例過于簡單在新教材素材的選編上，往往出現(xiàn)題例簡單而練習又偏難的現(xiàn)象，這會讓孩子感覺壓力大、學習吃力。例如：第七冊乘法分配律教學中，教材是讓學生發(fā)現(xiàn)、抽象出乘法分配律后，直接利用乘法分配律進行簡單的簡便計算，而緊接著在練一練的第二題出現(xiàn)了99×11、38×29+38這樣的題，大部分學生根本無從下手，而且這個內(nèi)容也是這一段時間教學的難點，不容易掌握。建議在這之前進行討論或推后進行練習（綜合練習時）。選編的練習的層次性練習要有層次性，應(yīng)該指導學生由基本知識到應(yīng)用、由簡單到復(fù)雜。第七冊數(shù)學書第49頁，我認為應(yīng)把練一練的第1題和試一試的題調(diào)換一下位置，先根據(jù)分配律填空，然后應(yīng)用分配律進行簡便計算。這樣就有了層次，比較清晰，學生“慢慢爬坡”，就感覺不到有太大的困難。再例如第七冊第62、63頁，試一試與練一練的第一題也調(diào)換一下，先讓孩子練習括號里最大能填幾的方法，再由這種方法來試商，我想應(yīng)該是比較水到渠成一些。另外試一試的第3題把題目“估一估下面各題的商，然后再計算”改為“估一估下面各題的商是幾位數(shù)，然后再計算”或“估一估下面各題的商的最高位應(yīng)該寫在哪一位，然后再計算”，這樣或許目的性更強一些，也比較好操作一些。選編練習的繁瑣性學習數(shù)學就是要應(yīng)用到生活中去，如果問題比較繁難，而且也沒有太大的實際價值，我看是不是可以選編別的練習，這樣也不至于挫傷學生學習數(shù)學的積極性。例如：第七冊第63頁，教學完整十數(shù)的除法后，教材選編了一道這樣的題。（如圖6）解決第一問題的方法是：每天釀20克蜜，如果釀1000克蜜要1000÷20=50（天）解決第二問題的方法（一）是：①50天采多少次？40×50=2023（次）②要采多少朵花？100×2023=202300（朵）方法（二）是①一天采多少朵花？100×40=4000（朵）②共采多少朵花？4000×50=202300（朵）先不說問題，光是條件就把大部分學生攪的稀里糊涂，理不清，學生學的費心、費力，很難體會到成功的快樂，教師花費了大量的時間、精力，卻收效甚微。我認為象這樣繁難的練習又沒有太大的實際意義，無非是想通過練習整十數(shù)的除法解決實際問題，可以選別的練習素材。以上是我想與各位專家、同仁們討論的，望能得到指點。

小學防汛應(yīng)急預(yù)案為了切實做好防汛工作，確保我校全體師生安全防汛和學校財產(chǎn)等不受損失，根據(jù)教育辦公室有關(guān)精神和要求，結(jié)合我校實際情況，特制定本防汛工作預(yù)案：一、成立防汛領(lǐng)導小組領(lǐng)導小組的職責：具體負責本校的防汛工作，