半導體物理期末試卷(含部分答案

1、一、填空題1純潔半導體Si中摻V族元素的雜質(zhì)，當雜質(zhì)電離時釋放 電子 。這種雜質(zhì)稱 施主 雜質(zhì)；相應的半導體稱 N 型半導體。2當半導體中載流子濃度的分布不均勻時，載流子將做 集中 運動；在半導體存在外加電壓狀況下，載流子將做 漂移 運動。3nopo=ni2標志著半導體處于 平衡 狀態(tài)，當半導體摻入的雜質(zhì)含量轉(zhuǎn)變時，乘積nopo轉(zhuǎn)變否？ 不變 ；當溫度變化時，nopo轉(zhuǎn)變否？ 轉(zhuǎn)變 。4非平衡載流子通過 復合作用 而消逝， 非平衡載流子的平均生存時間 叫做壽命，壽命與 復合中心 在 禁帶 中的位置親密相關，對于強p型和 強n型材料，小注入時壽命n為 ，壽命p為 .5 遷移率 是反映載流子在電場

2、作用下運動難易程度的物理量， 集中系數(shù) 是反映有濃度梯度時載流子運動難易程度的物理量，聯(lián)系兩者的關系式是 ，稱為 愛因斯坦 關系式。 6半導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 晶格振動散射 。前者在 電離施主或電離受主形成的庫倫勢場 下起主要作用，后者在 溫度高 下起主要作用。7半導體中淺能級雜質(zhì)的主要作用是 影響半導體中載流子濃度和導電類型 ；深能級雜質(zhì)所起的主要作用 對載流子進行復合作用 。8、有3個硅樣品，其摻雜狀況分別是：甲 含鋁1015cm-3 乙. 含硼和磷各1017 cm-3 丙 含鎵1017 cm-3 室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的挨次是 乙 甲 丙

3、。樣品的電子遷移率由高到低的挨次是甲丙乙 。費米能級由高到低的挨次是 乙 甲 丙 。9對n型半導體，假如以EF和EC的相對位置作為衡量簡并化與非簡并化的標準，那么 為非簡并條件； 為弱簡并條件； 為簡并條件。10當P-N結(jié)施加反向偏壓增大到某一數(shù)值時，反向電流密度突然開頭快速增大的現(xiàn)象稱為 PN結(jié)擊穿 ，其種類為： 雪崩擊穿 、和 齊納擊穿（或隧道擊穿） 。11指出下圖各表示的是什么類型半導體？12. 以長聲學波為主要散射機構(gòu)時，電子遷移率n與溫度的 -3/2 次方成正比 13 半導體中載流子的集中系數(shù)打算于其中的 載流子的濃度梯度 。14 電子在晶體中的共有化運動指的是 電子不再完全局限在某

4、一個原子上，而是可以從晶胞中某一點自由地運動到其他晶胞內(nèi)的對應點，因而電子可以在整個晶體中運動 。二、選擇題1依據(jù)費米分布函數(shù)，電子占據(jù)（EF+kT）能級的幾率 B 。 A等于空穴占據(jù)（EF+kT）能級的幾率 B等于空穴占據(jù)（EFkT）能級的幾率C大于電子占據(jù)EF的幾率 D大于空穴占據(jù)EF的幾率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 導帶底 B.禁帶中線 C價帶頂 D費米能級3對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導體，費米能級Ef隨溫度上升而 D 。 A. 單調(diào)上升 B. 單調(diào)下降 C經(jīng)過一微小值趨近Ei D經(jīng)過一極大值趨近Ei7若某半導體導帶中發(fā)覺電子的幾率為零，則該半導體必定D。 A不含施主雜

5、質(zhì) B不含受主雜質(zhì)C不含任何雜質(zhì) D處于確定零度三、簡答題1 簡述常見摻雜半導體材料（Si，Ge）中兩種主要的散射機構(gòu)，并說明溫度及摻雜濃度對這兩種散射機構(gòu)幾率的影響及緣由。答：主要的散射機構(gòu)為晶格振動散射和電離雜質(zhì)散射其散射幾率和溫度的關系為：晶格振動散射：，電離雜質(zhì)散射：2 有4塊Si半導體樣品，除摻雜濃度不同外，其余條件均相同。依據(jù)下列所給數(shù)據(jù)推斷哪塊樣品電阻率最大？哪塊樣品的電阻率最??？并說明理由。（1）NA=1.21013/cm3, ND=81014/cm3;（2）NA=81014/cm3, ND=1.21015/cm3;（3）NA=41014/cm3;（4）ND=41014/cm3

6、.3 當PN結(jié)兩側(cè)摻雜濃度ND及NA相同時，比較Si、Ge、GaAs材料PN結(jié)內(nèi)建電勢的大小，為什么？4 畫出外加正向和負向偏壓時pn結(jié)能帶圖（需標識出費米能級的位置）。 5 在一維狀況下，描寫非平衡態(tài)半導體中載流子（空穴）運動規(guī)律的連續(xù)方程是什么？說明各項的物理意義。在x處，t時刻單位時間、單位體積中空穴的增加數(shù)；由于集中，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；由于漂移，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)； 由于復合，單位時間、單位體積中空穴的消逝數(shù)；由于其他緣由，單位時間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。6 室溫下某n型Si單晶摻入的施主濃度ND大于另一塊n型Ge摻入的施主濃度ND1，試問哪一塊材料的平

7、衡少子濃度較大？為什么？7 以n型Si材料為例，畫出其電阻率隨溫度變化的示意圖，并作出說明和解釋。 答：設半導體為n型，有 AB：本征激發(fā)可忽視。溫度上升，載流子濃度增加，雜質(zhì)散射導致遷移率也上升， 故電阻率隨溫度T上升下降； BC：雜質(zhì)全電離，以晶格振動散射為主。溫度上升，載流子濃度基本不變。晶格振動散射導致遷移率下降，故電阻率隨溫度T上升上升； CD：本征激發(fā)為主。晶格振動散射導致遷移率下降，但載流子濃度上升很快，故電阻率隨溫度T上升而下降； 8金屬和半導體導電類型上有何不同?金屬自由電子導電，半導體非平衡載流子導電9平衡p-n結(jié)的空間電荷區(qū)示意圖如下，畫出空間電荷區(qū)中載流子漂移運動和集中

8、運動的方向（在下圖右側(cè)直線上添加尖頭即可）。并說明集中電流和漂移電流之間的關系。（大小相等，方向相反）10 型半導體的電阻率隨溫度的變化曲線如圖所示，試解釋為什么會消滅這樣的變化規(guī)律。四 計算題1 InSb禁帶寬度，相對介電常數(shù)，電子有效質(zhì)量。試接受類氫模型計算施主雜質(zhì)電離能。2 單晶硅中均勻地摻入兩種雜質(zhì)摻硼1.51016cm-3, 摻磷5.01015cm-3。試計算：（1）室溫下載流子濃度；（2）室溫下費米能級位置；（3）室溫下電導率；（4）600K下載流子濃度。已知：室溫下ni=1.51010cm-3, NC=2.81019cm-3, NV=1.01019cm-3, k0T=0.026eV； ；600K時ni=61015cm-3。解：（1）對于硅材料：ND=51015cm-3；NA1.51016cm-3；T300k時 ni=1.51010cm-3： 3. 為時，分別用費米分布函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)計算電子占據(jù)該能級的幾率。解：費米分布函數(shù)為當EEF等于4k0T時，f 0.01799； 當EEF等于10k0T時，f 4.54* 玻耳茲曼分布函數(shù)為當EEF等于4k0T時，f 0.01832；當EEF等于10k0T時，f 4.54* ；上述結(jié)果