半导体物理》期中试题解答.ppt

半导体物理 期中试题解答 一 填空题 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 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 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 半导体回旋共振实验用来测量载流子的有效质量 重掺杂通常会使半导体的禁带宽度变窄 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 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 杂质散射光学波散射声学波散射多能谷散射 下列哪个参数不能由霍尔效应实验确定C 迁移率载流子浓度有效质量m 半导体极性重空穴指的是D 质量较大的原子组成的半导体中的空穴比电子质量大的空穴价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴 半导体中载流子迁移率的大小主要决定于B 复合机构散射机构能带结构晶体结构若某材料电阻率随温度升高而单调下降 该材料是A 本征半导体杂质半导体金属杂质化合物半导体 8 对于一定的n型半导体材料 温度一定时 减少掺杂浓度 将导致D靠近Ei A Ec B Ev C Eg D EF 9 当施主能级ED与费米能级EF相等时 电离施主的浓度为施主浓度的C倍 A 1 B 1 2 C 1 3 D 1 4 10 在某半导体掺入硼的浓度为1014cm 3 磷为1015cm 3 则该半导体为B半导体 其有效杂质浓度约为E A 本征 B n型 C p型 D 1 1 1015cm 3 E 9 1014cm 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 cm3B的锗材料 2 掺入密度为1014 cm3B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 5 1010 cm3锗 ni 2 4 1013 cm3 解 1 掺入锗 ni NA 24 故该P型材料处于过渡区 掺入硅 ni NA 故该P型材料处于饱和电离区 2 半导体器件的稳定工作区应位于其饱和电离区 以保证其载流子浓度稳定 因此应选用掺杂的Si材料 六 简述N型半导体载流子浓度 费米能级随温度变化的规律 并绘出示意图 在图中标明所处温区 N型半导体载流子浓度 多子n 随温度的变化情况 N型半导体费米能级随温度的变化情况 七 室温下 在元素半导体Si中掺入1016 cm3P后 半导体为哪种极性半导体 P元素是施主还是受主 此时半导体的多数载流子和少数载流子分别是什么 浓度分别是多少 室温下 Si的ni 1 5 1010 cm3 半导体为N型半导体 P元素是施主 多子是电子 空穴是少子 室温下 ND 1016 cm3 ni 1 5 1010 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 当电离很弱时 即 如果要求使得 得证 有一硅样品在温度为300k时 施主与受主的浓度差ND NA 1014cm 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 9 1019cm 3 硅的本征载流子浓度ni 1 5 1010cm 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 5 1010cm 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 7 1013cm 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 3600cm