Microsoft Word - 第2章 思考题与习题.pdf

思考题与习题思考题与习题 2 1 温度为 300K 的本征硅半导体载流子浓度为 103 i n1 45 10 cm 禁带宽度为 1 12eV 计 算掺入 153 10 cm 硼原子后硅中电子和空穴的浓度以及费米能级 解 空穴浓度为 153 aa pNnN10 cm 电子浓度为 2 53 i a n n2 10 10 cm N P 型半导体的费米能级为 a fi i N EEkTln n 15 a fi 10 i N 10 EEkTln 0 0259ev ln 0 29ev n1 45 10 CV i EE E0 56ev 2 Cf EE0 560 290 85ev f E 距离导带 C E 0 85ev fv EE0 560 290 27ev f E 距离价带 v E 0 27ev 2 2 温度为 300K 的本征硅半导体掺入 163 2 10 cm 的砷原子 计算掺杂后硅半导体电子和空 穴的浓度以及费米能级 解 电子浓度为 163 did nNnN2 10 cm 空穴浓度为 2 43 i d n n1 05 10 cm N n 型半导体的费米能级为 a fi i N EEkTln n 16 d fi 10 i N 2 10 EEkTln 0 0259ev ln 0 366ev n1 45 10 CV i EE E0 56ev 2 Cf EE0 560 3660 194ev f E 距离导带 C E 0 194ev fv EE0 560 3660 926ev f E 距离价带 v E 0 926ev 2 3 某半导体光电器件的长波限为 13um 试求其杂质电离能 i E 解 依题意 由杂质吸收条件 则杂质吸收的长波限 L i 1 24 E 所以杂质电离能 i L 1 24 1 24 13 0 095ev 2 4 已知本征硅材料的禁带宽度 g E1 02eV 求该半导体材料的本征吸收长波限 解 由 L gg hc1 24 EE 又 g E 1 2 eV 则 L 1 24 1 216 um 1 02 2 5 GaAs 在 EC 边缘的有效状态密度 173 c N4 7 10 cm 在 EV 边缘的有效状态密度 183 v N7 10 cm 带隙 g E1 42ev 计算在 300K 时的本征浓度与固有电阻率 同时确 定费米能级的位置 假设 c N 和 v N 与 3 2 T 成正比 求在 100 时本征浓度是多少 如果 GaAs 晶体均匀掺杂 183 10 cm 的锑原子 请确定此时晶体费米能级的位置以及此时晶体的 电阻率 GaAs 的漂移迁移率如下图所示 掺杂浓度与漂移迁移率的关系 e 表示电子 h 表示空穴 掺杂浓度 3 cm 0 15 10 16 10 17 10 18 10 211 e cm V s 8500 8000 7000 4000 2400 211 h cm V s 400 380 310 220 160 解 g 1 2 icv B 1 2 1718 51 123 63 E n N N exp 2k T 1 42eV 4 7 10 cm 7 10 cm exp 2 8 6174 10 eVK 300K 2 223 10 m 2 223 10 cm 3 3 ieh 1963211211 911 en 1 608 10C 2 223 10 cm 8500cm V s400cm V s 3 17 10cm 8 1 3 16 10cm 又 173 51 c cFiB 63 i N 4 7 10 cm EEk Tln 8 617 10 eVK 300K ln 0 675eV n 2 223 10 cm 3 2 1 2 g icv B 3 2 1731831 2 i 51 83 E T n T N 300K N 300K exp 300K2k T 373K1 42eV n 373K 4 7 10 cm 7 10 cm exp 300K 2 8 6174 10 eVK373K 6 61 10 cm 2 6 在微弱辐射作用下光电导材料的光电导灵敏度有什么特点 为什么要把光敏电阻的形状 制造成蛇形 解 在微弱辐射作用下 半导体的光电导为 e 2 q g hvl 可见此时半导体材料的光电导与入射辐射通量 e 成线性关系 半导体材料在弱辐射作 用下的光电灵敏度为 g 2 e dgq S dhcl 可见 g S 为与材料性质有关的常数 与光电导材料两电极间长度l的平方成反比 为了 提高光电导器件的光电灵敏度 g S 一般就将光敏电阻的形状制造成蛇形 还有就是增大 了受光面积 也提高了光电灵敏度 2 7 光生伏特效应的主要特点是什么 解 光生伏特效应是基于半导体 PN 结 基础上的一种将光能转换为电能的效应 当入射辐 射作用在半导体 PN 结上产生本征吸收时 价带中的光生空穴与导带中的光生电子在 PN 结内建电场的作用下分开 N 区的空穴向 P 区运动 P 区的电子向 N 区运动 结果 P 区 带正电 N 区带负电 形成光生伏特电压或光生电流 2 8 光电发射材料 2 K CsSb的光电发射长波限为 680nm 试求该光电发射材料的光电发射阈 值 解 由 L thth hc1239 nm EE 则 th L 12391239 E1 82 ev 680 即该光电发射材料的光电发射域值为 1 82 电子伏特 2 9 已知某种光电器件的本征吸收长波限为 1 4um 试计算该材料的禁带宽度 解 由 L g 1 24 E g L 1 24 E 又 L 1 4 um 所以 g L 1 241 24 E0 886 ev 1 4 2 10 何为 白噪声 何为 1 采用什么措施可以降低电阻的热噪声和 1 噪声 解 热噪声存在于任何导体与半导体中 它属于白噪声 热噪声 Johnsonn 噪声 是由 于载流子的热运动而引起电流或电压的随机起伏 降低温度和压缩频带宽度 可减少噪 声功率 1 f 噪声通常又称为电流噪声 有时也称为闪烁噪声或过剩噪声 它是一种低频噪 声 几乎所有探测器中都存在这种噪声 实验发现 探测器表面的工艺状态 缺陷或不 均匀 对这种噪声的影响很大 这种噪声的功率谱近似与频率成反比 故称之为 1 f 噪 声 1 f 噪声主要出现在 1kHz 以下的低频区 当工作频率大于 1kHz 时 它与其他噪声相 比可忽略不计 在实际使用中 常用较高的调制频率可避免或大大减小电流噪声的影响 2 11温度为 300K 时 1K 的电阻工作在 100Hz带宽内产生的均方噪声电压和均方噪声电流 解 23 k1 38 10J K 2 212 nr 4KT f i1 656 10A R 2 152 nr u4KT fR1 656 10V 2 12 探测器的 D 10 11 cm Hz 1 2 W 探测器光敏面积的直径为 0 5cm 用于 5 10 3 Hz 的光 电仪器中 它能探测的最小辐射功率为多少 解 由 SN V V 1 D NEPP 和 SN d V V DAf P 有 21010 mind 1 PAf D 5 10103 13 10W 4 PS 23 mind 1 PAf D 5 10 10110 031W 4 2 13 某型号硅 APD 光敏面直径为 0 5mm 等效噪声功率为 3fwHz 电流灵敏度为 77A W 求该光电探测器的比探测率 解 1 2 dd 131 21 15 0 5 10 AfA 2 D1 48 10 cm HzW NEP3 10 NEP f PS 1 2 dd 1 21 0 5 10 AfA 2 D0 0148 cm HzW NEP3 NEP f 2 14 某一金属光电发射体有 2 5eV 的逸出功 并且导带底在真空能级下位 7 5eV 试计算 1 产生光电效应的长波限 2 产生费米能级相对于导带底的能级 解 可知电子亲和势 A E 等于真空能级与导带底能级 C E 之差即 AOC EEE7 5ev 同时 金属材料的电子逸出功定义为 T 0K 时真空能级与费米能级之差 of WEE2 5ev 光子的最小能量必须大于光电材料的逸出功 才能够使电子逸出物质表面