半导体物理学课后知识题第五章第六章答案解析

1、第五章习题1. 在一个n型半导体样品中，过剩空穴浓度为 1013cm-3,空穴的寿命为100us计算空穴的复合率。：p 1013 / cm 有一块 n 型硅样品，寿命是 1us ，无光照时电阻率是 10 cm 。今用光照射 该样品， 光被半导体均匀的吸收，电子-空穴对的产生率是1022cm-3?s-1,试计算光照下样品的 电阻率，并求电导中少数在流子的奉献占多大比例？,100 s求：U ?解：根据 UP10 1317 / 3得：U而乔10 /cm s2. 用强光照射 n 型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为，空穴寿命为。1写出光照下过剩载流子所满足的方程；2求出光照下到达稳定状

2、态时的过载流子浓度。解：均匀吸收，无浓度 梯度，无飘移gLd Pdt t 方程的通解： pt Ae gL到达稳定状态时，Q卫0dtgL 0.光照到达稳定态后.一 pgL 0p光照前n g22108 910 少数载流子对电导的贝献十诵曰.p po.所以少子对电导的奉献，主八v疋 p的奉献P9up 1016 1.6 10 19 5000.826% 3.063.064. 一块半导体材料的寿命 =10us，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止20us后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？t P (t) P ( 0) e20卫鲍 e10 1113.5% P (0) 光照停止20 s后，

3、减为原来的13.5% n型硅中，掺杂浓度ND=1016cm-3,光注入的非平衡载流子浓度 n= p=10 14 cm-3。计算无光照和有光照的电导率。 设 T 300K, n i 1.5 1010cm 3. n p 1014 /cm3 贝U n0 1016cm 3, p0 2.25 104 / cm3 n n°n, p p °p 无光照：0 n°q nPgUp n°q n116310 cm10 cm:01 U 5 11n°qnpp光照后1np npq pn oq n P °q pnq npq p0.1010161.61019 1350

4、1016 1.6 1019 5000.12.963.06s/ cm10.32 cm.有光照nqn pqpnoq npoqp nq( np)14192.161410 1.6 10 19 (1350 500)2.160.02962.19s/cm注：掺杂1016 cm 13的半导体中电子、空穴的迁移率近似等于 本征半导体的迁移率6.画出p型半导体在光照小注入前后的能带图，标出原来的的费米能级和光照时的准费米能级EcEiEc- Ei "-Ef nEfEfpEvEv -光照前光照后7.掺施主浓度ND=1015cm-3的n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子n= p=10 14cm-3。试计算这

5、种情况下的准费米能级位置，并和原来的费米能级作比拟。强电离情况，载流子浓 度1014n nn 10151.1 1015/cm32 n.iP PoP Nd 1014(1.5 1010)2101514141010/cmEfanie koTEi EfpniekoTFnEik °ln_nn.iFnE.koTI n1.1 10151.5 10100.291eVE.k0Tln8.在一块p型半的电子发射回导带的过试求这种复导体中，有一种复合-产生中心，小注入时，被这些中心俘获程和它与空穴复合的过程具有相同的概率。合-产生中心的能级位置，并说明它能否成为有效的复合中心?解：根据复合中心的间 接复合理

6、论：复合中心Nt?被电子占据nt,向导带发射电子訥 Mint MeEt EimkoT从价带俘获空穴rn pnt由题知，mntnpr ppnt k °T小注入：pPoEi Ef P PoP meEiEfkoTMeEt EkoTrp mekoTrn rp Et Ei Ei Ef1rnNt1rpNt不是有效的复合中心n。，pi很小。ni po代入公式9.把一种复合中心杂质掺入本征硅内，如果它的能级位置在禁带中央，试证明注入时的寿命=n+ p。本征 Si:EF Ej复合中心的位置EtEi根据间接复合理论得:rn( n。nip) rp(p Pp)巳EfEf巳koTk °TNj prM

7、 n op。p)n。 Nee; poNeeEc EtEt EvnikoTkoTniNce; PiNce因为:EfEi Et所以:noPon1P1rn( nonop)rp( no nop)Ntrpn( no nop)Nprn( nnp)1 1p n1016 cm -3的金原子一块n型硅内掺有io.NtrpNtrn，试求它在小注入时的寿命。假设块p型硅内也掺有1016cm -3的金原子，它在小注入时的寿命又是多少 ？Nt 1016cm 3n型Si中，Au对空穴的俘获系数rp决定了少子空穴的寿命1 1 10rpNt1.15 10 17 10168.6 10 sp型Si中，Au对少子电子的俘获系数1m

8、Nt16.3 10 8 10161.6 10rn决定了其寿命9s11.在下述条件下，是否有载流子的净复合或者净产生(1)在载流子完全耗尽(即n, p都大大小于n i)半导体区域。(2 )在只有少数载流子别耗尽(例如，Pn<<P no，而nn=nno)的半导体区域。(3 )在n=p的半导体区域，这里 n>>n io2(1)载流子完全耗n 0, p 0尽,Nthrp( np n,) rn (n nJ g(p pjNtp n8oM GJ复合率为负，说明有净产生8Nnrp(np n ,)Urn(n nJrp(p pj(2)只有少数载流子被耗尽，(反偏pn结，PnPno, nn门

9、池)NEE 0 h(n nJ 订“复合率为负，说明有净产生2Nnrp(np nJ rn(n nJ r p(p pj(3)n p,n n ,Ntgrm n2n 2)rn (n nJ 心(n pj复合率为正，说明有净复合12.在掺杂浓no流子全部被去除，那么在这种情况下，电子-空穴对的Nd2ni16310 cm ,2.25 104 /cm3度ND=|O16cm-3，少数载流子寿命为10us的n型硅中，如果由 于外界作用，少数载口巳Eim N ce k"NcekTniEt EvpiNve «TNtrjp 住NvekT163n n。10 cm ,P 0,产生率是多大? Et=Ein

10、 0,PP0汕皿np njrn (n nJ rp(p pj2Ngnirn(n。nJEc ETNpP。2.25 10 9/cm 3s2.25 1010 1013.室温下，p型半导体中的电子寿命为=350us ,电子的迁移率Un=3600cm -2/(V ?s)。试求电子的扩散长度解:根据爱因斯坦关系:Dn koTk°TDnLnVDn nj1 n0.026 3600 350 10设空穴浓度是线性分布，在 3us内浓度差为14.10 15cm -3,u p=400cm2/(V ?S)。试计算空穴扩散电流密度d pJp qD pdx0.18cm k°T q 一 qkoT15100.

11、026 4003 10 5.55A/cm15.在电阻率为1 cm的p型硅半导体区域中，掺金浓度Nt=1015cm-3,由边界稳定注入的电子浓度n 。=10 10cm-3,试求边界 处电子扩散电流根据少子的连续性方程Dpx由于P Si内部掺有Ntpn1015cm 3的复合中心Egp1 1rnNt6.3 10 8 1015n遇到复合中心复合81.6 10 sd2 nDp0,无电场，无产生率,到达稳定分布2 2d n _n_ dxDn n方程的通解为：xxn(x) Ae LnBeLn,Ln . Dn n边界条件:x 0, n(0) n °x , n( )0xn (x)n°e Ln

12、d n(x)jn qDn hn。血可n。 qDnD n nn16. 一块电阻率为3 cm的n型硅样品，空穴寿命p=5us,在其平面形的外表 处有稳定的空穴注入，过剩浓度(p) =10 13cm-3。计算从这个外表扩散进 入半导体内部的空穴电流密度，以及在离外表多远处过剩空穴浓度等于1012cm-3 ？性方程为(1)过剩空穴所遵从的连续d2 pdx2边界条件:0, p(0)1310 cmxLP(x) Poe ； Lp Dp pJpqDpL pqDpuwp dxxL1012Poe ；1012P01012Lp In 1013Lpl n1017. 光照1 cm的n型硅样品，均匀产生非平衡载流子，电子-空穴对产生率为1017cm-3?s-1。设样品的寿命为10us，外表符合速度为100cm/s。试 计算:(1 )单位时间单位外表积在外表复合的空穴数。(2)单位时间单位外表积在离外表三个扩散长度中体积内复合的空穴数。P c C g 0 pP( ) gp pP边界条件：DpAx0 Sp(p(O) P 0)xx解之：p(x) ce Lp gp pxLpp(x) Po ce Lp gp psp p sp pgp | Lpsp pxIPP(x) Popgp 1L p sp由边界条件得(1).单位时间在单位表示积复合的空穴数cSpp(0) P oDpDp18. 一块掺杂施主浓度