半导体物理学刘恩科习题答案权威修订版

半导体物理学刘恩科第七版习题的答案-课后练习题修改错误之处！第1章半导体中的电子状态1 .晶格常数为a一维晶格中，传导带极小值附近的能量Ec(k )和价带极大值附近的能量EV(k )分别为(1)禁带宽度(2)传导带底电子的有效质量(3)价格领先电子的有效质量(4)价带顶电子迁移到传导带底部时的准动量的变化解答：(1)2 .晶格常数为0.25nm的一维晶格在施加102V/m、107 V/m的电场时，分别计算电子从带底移动到带顶所需的时间。解：根据：是的第二章半导体中的杂质和缺陷能级7 .锑化铟禁带宽度Eg=0.18eV、相对介电常数er=17、电子的有效质量=0.015m0、m0为电子的惯性质量，求出施主杂质的电离能，施主的弱束缚电子基轨半径。8 .磷化镓的禁带宽度Eg=2.26eV，相对介电常数er=11.1，空穴的有效质量m*p=0.86m0，m0为电子的惯性质量，求受主杂质离子化能主要被束缚的空穴的基轨半径。第三章半导体中载流子的统计分布计算E=Ec到ec之间能量的每单位体积的量子态数。解答：E-EF为1.5k0T、4k0T、10k0T时，使用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据各能量水平的概率。费米能级费米函数玻尔兹曼分布函数1.5k0T0.1820.2234k0T0.0180.018310k0T型飞机5 .使用表3-2中的m*n、m*p的数值，计算硅、锗、砷化镓在室温下的NC、NV及本征载流子浓度。数控(立方厘米)Nv (立方厘米)ni1.05E 19葛3.91E 18葛1.50E 13葛2.81E 19二氧化硅1.14E 19二氧化硅6.95E 09二氧化硅4.44E 17GaAs8.08E 18GaAs1.90E 06GaAs6 .计算硅在-78 oC、27 oC、300 oC时的真性费米能级，假设在禁带中间是合理的吗？比较300K时Si的Eg=1.12eV因此，假设本征费米能级在禁带中央是合理的，特别是温度不太高的情况。7. 在室温下求出锗的有效状态密度Nc=1.051019cm-3、NV=3.91018cm-3、锗的载流子有效质量m*n m*p。 计算77K时的NC和NV。 如果已知300K，则Eg=0.67eV。 77k时Eg=0.76eV。 求出这两个温度下锗的本征载流子浓度。 77K时，假设锗的电子浓度为1017cm-3，受主浓度为零，Ec-ED=0.01eV，求得锗中的施主浓度ND吗？8 .根据课题7给出的Nc和NV的数值和Eg=0.67eV，求出温度300K和500K时，施主浓度ND=51015cm-3、受主浓度NA=2109cm-3的锗中的电子和空穴浓度是多少9 .计算施主杂质浓度分别为1016cm3、1016cm3、1016cm3的硅的室温下的费米能级，假设杂质全部电离，以计算出的费米能级进行对照，确认上述假设在各种情况下是否成立。 在计算中，施主能级为传导带以下0.05eV。10 .以施主杂质离子化的90%为强离子化的基准，在掺杂砷的n型锗为300K时，求出以杂质离子化为主的饱和区掺杂的浓度范围。11 .锗中施主杂质电离度DED=0.01eV，施主杂质浓度分别为ND=1014cm-3和1017cm-3。 计算99 %电离90%电离50%电离时的温度是多少？Ec-Ed数控D-Ndln(Nc*D-/2/Nd )t.t0.011.05E 190.011.00E 146.2618.53葛0.011.05E 190.11.00E 148.5713.55葛0.011.05E 190.51.00E 1410.1811.41葛0.011.05E 190.011.00E 17-0.64-180.16葛0.011.05E 190.11.00E 171.6670.01葛0.011.05E 190.51.00E 173.2735.53葛当硅中施主杂质电离能力DED=0.04eV时，施主杂质浓度分别为1015cm-3和1018cm-3。 计算99 %电离90%电离50%电离时的温度是多少？Ec-Ed数控D-Ndln(Nc*D-/2/Nd )t.t0.042.80E 190.011.00E 154.9493.97二氧化硅0.042.80E 190.11.00E 157.2464.10二氧化硅0.042.80E 190.51.00E 158.8552.45二氧化硅0.042.80E 190.011.00E 18-1.97-236.18二氧化硅0.042.80E 190.11.00E 180.341380.05二氧化硅0.042.80E 190.51.00E 181.95238.63二氧化硅13 .有掺磷的n型硅，ND=1015cm-3，温度分别计算为：77 k；300 k； 500K； 800K时传导带中的电子浓度(本征载流子浓度数值调查图3-7 )14 .施主杂质浓度为ND=91015cm-3，受主杂质浓度为1.11016cm3，计算硅300K时的电子、空穴浓度和费米能级的位置。15 .浓度为每立方米混合1022硼原子的硅材料，分别计算300K时费米能级的位置和多子和少子浓度(本征载流子浓度数值调查图3-7 )。16 .浓度为每立方米配合1.51023砷原子和立方米51022铟的锗材料分别计算300K时的费米能级位置和多子和少子浓度(本征载流子浓度数值调查图3-7 )。17 .施主浓度为1013cm3的n型硅计算400K时的本征载流子浓度、多子浓度、少子浓度和费米能级的位置。18 .已知掺杂磷的n型硅的磷离子化能为0.044eV，求出在室温下杂质离子化一半时费米能级的位置和浓度。19 .求出室温下掺杂锑的n型硅为EF=(EC ED)/2时的锑浓度。 众所周知，锑的电离能为0.039eV。20 .晶体管的制造一般是在高杂质浓度的n型基板上外延一层n型外延层，进而在外延层中扩散硼、磷而得到的。(1)n型单晶硅基板掺杂锑，锑的电离能为0.039eV、300K时，EF位于导带下方0.026eV，计算锑的浓度和导带中的电子浓度。(2)使n型外延层的杂质均匀分布，使杂质浓度为4.61015cm-3，计算300K时的EF的位置和电子和空穴浓度。(3)硼扩散到外延层后，硼的浓度分布随样品深度而变化。 使扩散层某深度的硼浓度为5.21015cm-3，在300K下计算了EF的位置、电子和空