半导体物理试卷 B

广东工业大学考试试卷广东工业大学考试试卷 B B 课程名称课程名称 半导体物理学 试卷满分试卷满分 分分 考试时间考试时间 20082008 年年 1 1 月月 3 3 日日 第第 1818 周周 星期星期 四四 题 号一二三四五六七八九十总分 评卷得分 评卷签名 复核得分 复核签名 一 名词解释 每题 4 分 晶面指数 分子晶体 肖脱基缺陷 受主能级 直接复合 二 10 分 硅晶体为金刚石结构 晶格常数为 5 43 计算 111 面 内单位面积上的原子数 三 10 分 已知一维晶体的电子能带可以写成 6cos 8 1 2cos 8 7 2 2 kaka am h kE o 其中 a 为晶格常数 求带顶和带底电子的有效质量 四 10 分 晶格常数为 0 2nm 的一维晶格 当外加 103V m 106V m 的电 场时 试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间 五 10 分 设 E EF分别为 3k0T 分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函 数计算电子占据该能级的概率 六 10 分 已知室温时锗的本征载流子浓度 313 101 2 cmni 均匀掺杂百万分之一的硼原子后 又 均匀掺入 1 442 1017cm 3的砷 计算掺杂锗室温时的多子浓度和 少子浓度以及 EF的位置 七 10 分 求室温下硅的电阻率 八 10 分 掺有 1 1 1016 cm 3硼原子和 9 1015 cm 3磷原子的 Si 样品 试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻 率 九 10 分 掺杂施主浓度为 316 10 cmND 的 n 型硅 室温下光 稳定照射产生非平衡载流子浓度为 314 10 cmpn 光照突 然撤销后 经过 s 20 假如非平衡空穴准费米能级 EFP的能级位 置偏离平衡态时费米能级为 0 2eV 求 n 型硅材料的寿命 半导体物理试卷半导体物理试卷 B B 解答解答 一 名词解释 1 晶面指数 布拉格点阵可以看作一系列分布在相互平行的平面上的格 点组成 这些平行平面称为晶面 以原胞为基矢来描述晶面取向的一组互质 整数称为晶面指数 2 分子晶体 以分子 原子 间的范德华力构成晶体 3 肖脱基缺陷 晶体内部格点上的原子跑到晶体表面的正常格点位置 在晶体内部形成一个空位 这种缺陷称为肖脱基缺陷 4 受主能级 通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级 正常情况 下 此能级为空穴所占据 这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主 能级 5 直接复合 导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带 与价带中的空穴 复合 这样的复合过程称为直接复合 二 解 硅为金刚石结构 100 面上原子排列如图所示 图中面元包含两 个原子 因此 100 面上单位面积上的原子数为 2 5 43 5 43 10 20 m 2 6 78 1018m 2 三 四 晶格常数为 0 2nm 的一维晶格 当外加 103V m 106V m 的电场时 试 分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间 解解 设电场强度为 E F F hdt dk qE E 取绝对值 dt qE h dk t t dt 0 a qE h 2 1 0 dk aqE h 2 1 代入数据得 t E 1019 34 100 2106 12 1062 6 E 6 1037 10 s 当 E 103 V m 时 t 1 04 10 8 s E 106V m 时 t 1 04 10 11 s 五 解 费米分布函数为 TkEE F e Ef 0 1 1 当 E EF等于 3k0T 时 f 0 047 玻耳兹曼分布函数为 Tk EE B o F eEf 当 E EF 等于 3k0T 时 f 0 050 上述结果显示在费米能级附近费米分布和玻耳兹曼分布有一定的差距 六 解 硼的浓度 NA 4 42 1016cm 3 有效施主杂质浓度为 ND 14 42 4 42 1016 cm 3 1017 cm 3 室温时下杂质全部电离 由于有效杂质 浓度远大于本征载流子浓度 2 4 1013cm 3 锗半导体处于饱和电离区 多子浓度 n0 ND 1017cm 3 少子浓度 p0 ni2 n0 2 4 1013 2 1017 5 76 109 cm 3 费米能级 EF EC k0Tln ND NC EC 0 026ln 1017 1 1 1019 EC 0 122 eV 七 解解 n Si ND 1015cm 3 n p 1014cm 3 室温下处于饱和电离区 无光照的平衡状态时 平衡载流子浓度为 1025 2 10 105 1 10 35 15 210 0 2 0 315 0 cm n n pcmNn i D 光照停止后经过 20 微秒 空穴浓度为 1031 2 026 0 3 0 exp 1025 2 exp exp 3105 00 2 0 0 cm Tk EE n n Tk EE pp p FFi p FF 非平衡空穴浓度为 1031 2 310 0 cmppp 由 exp 0 p t ptp 知 39 2 1031 2 10 ln 20 0 ln 10 14 s tp p t p 八 解 解 对于 Ge ND 1 2 1015cm 3 NA 1 0 1015cm 3 T 300K 时 ni 2 4 1013cm 3 多子浓度多子浓度