半导体物理期末试卷(含部分答案

1、一、填空题1纯洁半导体Si中掺V族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。2当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 集中 运动；在半导体存在外加电压状况下，载流子将做 漂移 运动。3nopo=ni2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量转变时，乘积nopo转变否？ 不变 ；当温度变化时，nopo转变否？ 转变 。4非平衡载流子通过 复合作用 而消逝， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命，寿命与 复合中心 在 禁带 中的位置亲密相关，对于强p型和 强n型材料，小注入时寿命n为 ，寿命p为 .5 迁移率 是反映载流子在电场

2、作用下运动难易程度的物理量， 集中系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 ，称为 爱因斯坦 关系式。 6半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。7半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。8、有3个硅样品，其掺杂状况分别是：甲 含铝1015cm-3 乙. 含硼和磷各1017 cm-3 丙 含镓1017 cm-3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的挨次是 乙 甲 丙

3、。样品的电子迁移率由高到低的挨次是甲丙乙 。费米能级由高到低的挨次是 乙 甲 丙 。9对n型半导体，假如以EF和EC的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 为非简并条件； 为弱简并条件； 为简并条件。10当P-N结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开头快速增大的现象称为 PN结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。11指出下图各表示的是什么类型半导体？12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率n与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的集中系数打算于其中的 载流子的浓度梯度 。14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某

4、一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。二、选择题1依据费米分布函数，电子占据（EF+kT）能级的几率 B 。 A等于空穴占据（EF+kT）能级的几率 B等于空穴占据（EFkT）能级的几率C大于电子占据EF的几率 D大于空穴占据EF的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C价带顶 D费米能级3对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级Ef随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C经过一微小值趋近Ei D经过一极大值趋近Ei7若某半导体导带中发觉电子的几率为零，则该半导体必定D。 A不含施主杂

5、质 B不含受主杂质C不含任何杂质 D处于确定零度三、简答题1 简述常见掺杂半导体材料（Si，Ge）中两种主要的散射机构，并说明温度及掺杂浓度对这两种散射机构几率的影响及缘由。答：主要的散射机构为晶格振动散射和电离杂质散射其散射几率和温度的关系为：晶格振动散射：，电离杂质散射：2 有4块Si半导体样品，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同。依据下列所给数据推断哪块样品电阻率最大？哪块样品的电阻率最小？并说明理由。（1）NA=1.21013/cm3, ND=81014/cm3;（2）NA=81014/cm3, ND=1.21015/cm3;（3）NA=41014/cm3;（4）ND=41014/cm3

6、.3 当PN结两侧掺杂浓度ND及NA相同时，比较Si、Ge、GaAs材料PN结内建电势的大小，为什么？4 画出外加正向和负向偏压时pn结能带图（需标识出费米能级的位置）。 5 在一维状况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程是什么？说明各项的物理意义。在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；由于集中，单位时间、单位体积中空穴的积累数；由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数； 由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消逝数；由于其他缘由，单位时间、单位体积中空穴的产生数。6 室温下某n型Si单晶掺入的施主浓度ND大于另一块n型Ge掺入的施主浓度ND1，试问哪一块材料的平

7、衡少子浓度较大？为什么？7 以n型Si材料为例，画出其电阻率随温度变化的示意图，并作出说明和解释。 答：设半导体为n型，有 AB：本征激发可忽视。温度上升，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也上升， 故电阻率随温度T上升下降； BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度上升，载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降，故电阻率随温度T上升上升； CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度上升很快，故电阻率随温度T上升而下降； 8金属和半导体导电类型上有何不同?金属自由电子导电，半导体非平衡载流子导电9平衡p-n结的空间电荷区示意图如下，画出空间电荷区中载流子漂移运动和集中

8、运动的方向（在下图右侧直线上添加尖头即可）。并说明集中电流和漂移电流之间的关系。（大小相等，方向相反）10 型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会消灭这样的变化规律。四 计算题1 InSb禁带宽度，相对介电常数，电子有效质量。试接受类氢模型计算施主杂质电离能。2 单晶硅中均匀地掺入两种杂质掺硼1.51016cm-3, 掺磷5.01015cm-3。试计算：（1）室温下载流子浓度；（2）室温下费米能级位置；（3）室温下电导率；（4）600K下载流子浓度。已知：室温下ni=1.51010cm-3, NC=2.81019cm-3, NV=1.01019cm-3, k0T=0.026eV； ；600K时ni=61015cm-3。解：（1）对于硅材料：ND=51015cm-3；NA1.51016cm-3；T300k时 ni=1.51010cm-3： 3. 为时，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几率。解：费米分布函数为当EEF等于4k0T时，f 0.01799； 当EEF等于10k0T时，f 4.54* 玻耳兹曼分布函数为当EEF等于4k0T时，f 0.01832；当EEF等于10k0T时，f 4.54* ；上述结果