2010《半导体物理》期中试题解答.ppt

微电子与固体电子学院 半导体物理 期中试题解答 一、填空题 1.纯净半导体的霍尔系数 小 于0。若一种半导体材料的 霍尔系数等于0，则该材料的极性是 P 型。 2.电子在各能量状态上的分布服从 费米分布 的半导体 称为简并半导体，可以采用 波尔兹曼分布 近似描述的 半导体称为非简并半导体。 3.室温下本征Si的掺入杂质P后，费米能级向 导带 / Ec 移动，若进一步升高温度，费米能级向 Ei /本征费米能 级 / 禁带中心能级 /价带 移动。 4.半导体回旋共振实验用来测量载流子的 有效质量 。 5.重掺杂通常会使半导体的禁带宽度变 窄 。 6.金掺入半导体Si中是一种 深能级 杂质。 7.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体各元胞对应点 出现的几率相同 的几率相同。 8. 硅的晶体结构和能带结构分别是 金刚石 型和 间接带隙型。 二、选择题 1.在常温下，将浓度为1014/cm3 的As 掺 入Si半导体中，该半导体中起主要散射作 用的是 C 。 A.杂质散射 B.光学波散射 C.声学波散射 D.多能谷散射 2.下列哪个参数不能由霍尔效应实验确定 C 。 A.迁移率 B.载流子浓度 C.有效质量m* D.半导体极性 3.重空穴指的是 D 。 A.质量较大的原子组成的半导体中的空穴 B.比电子质量大的空穴 C.价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴 D.价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴 4.半导体中载流子迁移率的大小主要决定于 B 。 A.复合机构 B.散射机构 C.能带结构 D.晶体结构 5.若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材 料是 A 。 A.本征半导体 B.杂质半导体 C.金属 D.杂质化合物半导体 6以长长声学波为为主要散射机构时时，电电子的迁移率n 与温度的 B 。 A. 平方成正比 B. 3/2次方成反比 C. 平方成反比 D. 1/2次方成正比 7. 公式中的 A、散射时间时间 ； B 、寿命； C、平均自由时时 间间； D、扩扩散系数。 是载载流子的 C 。 8. 对对于一定的n型半导导体材料，温度一定时时，减少掺掺 杂浓杂浓 度，将导导致 D 靠近Ei； A、Ec; B、Ev; C、Eg; D、EF。 9. 当施主能级级ED与费费米能级级EF相等时时，电电离施主 的浓浓度为为施主浓浓度的 C 倍； A、1; B、1/2; C、1/3; D、1/4. 10. 在某半导导体掺掺入硼的浓浓度为为1014cm-3, 磷为为1015 cm-3，则该则该 半导导体为为 B 半导导体；其有效杂质浓杂质浓 度约约 为为 E 。 A. 本征; B. n型; C. p型; D. 1.11015cm-3; E. 91014cm-3 三、设半导体有两个价带，带顶均在 k=0处且能量相等，带顶空穴有效质量 有以下关系：，试定性画 出两者的E-k关系图。 E k E1：重空穴 E2：轻空穴 四、分析化合物半导体PbS中S的间隙 原子是形成施主还是受主？ S2- Pb S S Pb S Pb2+ S Pb S2- S的间隙原子由于 电负性大，容易获 取电子，形成负电 中心，充当受主 五、1）计算下面两种材料在室温下的载流 子浓度： （1）掺入密度为1014/cm3 B的锗材料； （2）掺入密度为1014/cm3 B的硅材料。 2）制作一种p-n结需要一种P型材料，工作 温度是室温（300K）, 试判断上面两种材料 中哪一种适用，并说明理由。 （在室温下，硅：ni=1.51010/cm3 锗： ni=2.41013/cm3） 解： 1）掺入锗 ： ni/NA= 24%，故该P型材料处于过渡区 掺入硅： nini=1.51010/cm3 半导体处于饱和电离区 八、试论证非简并半导体在热平衡时 载流子浓度积与杂质浓度无关，而与 禁带宽度有关。 非简并半导体在热平衡时载流子浓度： 浓度积 而Nc、Nv均与杂质浓度无关，故浓度积只 与禁带宽度Eg有关。 九、一个晶格常数为a的一维晶体，其 电子能量E与波矢k的关系是： 讨论在这个能带中的电子，其有效质 量和速度如何随k变化。 设一n型半导体导带电子的有效质量为m*n=mo,试证明 在300K时，使得费米能级EF=(EC+ED)/2的施主浓度为ND= 2NC。（设此时的施主的电离很弱，按非简并情况处理） 证明：在非简并条件下： 又 ， ， 由电中性条件得到：n0=ND+ 所以有： 当电电离很弱时时，即 如果要求使得 得证证。 有一硅样品在温度为300k时，施主与受主的浓度差ND-NA=1014 cm-3,设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度NC =2.91019cm-3，硅的本征载流子浓度ni=1.51010cm-3,求 样品的费米能级位于哪里？ 解：由电中性条件可得: 由题意可知，ni=1.51010cm-3, ND-NA=1014cm-3 故有： ，可忽略p0, 导带电 子浓度为： 所以 所以， 样品的费米能级位于导带底Ec下方0.327eV。 在半导体锗材料中，掺入施主杂质浓度ND=1014cm-3, 受主杂质 浓度NA=71013cm-3,设室温下本征锗的电阻率为60.cm， 假设电子和空穴的迁移率分别为n=3600cm2/Vs，p=1