北邮半导体物理第5章习题解答

1、第五章第五章 非平衡载流子（非平衡半导体）非平衡载流子（非平衡半导体）1. GeN 313410,101cmpsp解：解：131731410101 10ppUcm s2. 空穴在半导体内均匀产生，其产生率空穴在半导体内均匀产生，其产生率00px0 xE22ppppEppppDEpgtxxx022dxpdDp解：解：由空穴连续性方程，由空穴连续性方程，pg由于杂质均匀分布、体内没有电场、非平衡载流子均匀产生，所以，由于杂质均匀分布、体内没有电场、非平衡载流子均匀产生，所以，pppgdtpd得到非平衡空穴所满足的方程，得到非平衡空穴所满足的方程， 达到稳定状态时的非平衡空穴浓度，达到稳定状态时的非

2、平衡空穴浓度， ppgp光照下，产生和复合达到稳定时，光照下，产生和复合达到稳定时， 0pppg0dpdt3. SiNsp6101132210scmgpcm 100解：解：1316226101010scmgppp半导体内光生非平衡空穴浓度，半导体内光生非平衡空穴浓度， 光照下，半导体的电导率，光照下，半导体的电导率，001619110.1 101.6 1013505003.1nppqScm光照下，半导体电阻率，光照下，半导体电阻率，cm33. 01 . 311光照下，电导中少数载流子（空穴）贡献的比例，光照下，电导中少数载流子（空穴）贡献的比例，%261 . 3500106 . 1101916

3、ppq4. sp5101解：解： 光照停止后的非平衡空穴浓度，光照停止后的非平衡空穴浓度，teptp0)()(0 0t tpp0p ep0停止停止2020微秒后，微秒后，%39)20(10200epsp5. 31431610,10cmpncmND解：解：无光照的电导率，无光照的电导率，1191602 . 21350106 . 110cmSnqpqnqnpn有光照的电导率，有光照的电导率，1191405 . 25001350106 . 1102 . 2)(cmSnqpn 光照下，光照下，半导体处于非平衡态，其偏离程度由电子准费米能级、空穴半导体处于非平衡态，其偏离程度由电子准费米能级、空穴准费米

4、能级描述。准费米能级描述。nFEpFECEVEFE 小注入时，小注入时，空穴准费米能级比平衡费米能级更靠近价带顶，但偏离小。空穴准费米能级比平衡费米能级更靠近价带顶，但偏离小。电子准费米能级比平衡费米能级更靠近导带底，且偏离大。电子准费米能级比平衡费米能级更靠近导带底，且偏离大。6. VECEiE光照前光照前光照后光照后iE7. 314315/10,/10cmpncmND0000explnFiiFiiEEnnnEEk Tk TneVnnEEiiF29. 01067. 6ln026. 0105 . 110ln026. 0ln026. 0410150没有光照时，半导体的平衡费米能级位置，没有光照时

5、，半导体的平衡费米能级位置，解：解： 00explnnnFiiFiiEEnnnEEk Tk Tn光照小注入下，导带电子浓度，光照小注入下，导带电子浓度，eVnnnEEiinF30. 01034. 7ln026. 0105 . 11010ln026. 0ln026. 041014150小注入下，电子准费米能级位置，小注入下，电子准费米能级位置， 00explnppiFiiFiEEppnEEk Tk Tn 小注入下，价带空穴浓度，小注入下，价带空穴浓度，eVnppEEipFi23.01067.6ln026.0105 .1101025.2ln026.0ln026.03101450小注入下，空穴准费米

6、能级，小注入下，空穴准费米能级， 8. 解：从题意知，解：从题意知，P P型半导体，小注入下，复合中心的电子产生率等于空穴捕获率，型半导体，小注入下，复合中心的电子产生率等于空穴捕获率，电子产生率电子产生率tns10expnrTkEENrsnctcntppnr空穴俘获率空穴俘获率AppppnNrprpprprnr001TkEENnctc01expNNTkEEEEcFctln0TkEENpF00exp对于一般的复合中心，对于一般的复合中心，rrrpn01pn 因为半导体本征费米能级，因为半导体本征费米能级， 对一般掺杂浓度的对一般掺杂浓度的P P型半导体，其平衡费米能级远在禁带中央能型半导体，其

7、平衡费米能级远在禁带中央能级以下。从上式中得出复合中心能级远在本征费米能级以上（离导级以下。从上式中得出复合中心能级远在本征费米能级以上（离导带底很近，离本征费米能级很远），因而它不是有效复合中心。带底很近，离本征费米能级很远），因而它不是有效复合中心。NNTkEEEcciln210所以，所以，FiitEEEE9. itEE 本征半导体，小注入，本征半导体，小注入，证明：证明：)()()(001010ppnrrNppprpnnrUpnptpn非平衡载流子寿命，非平衡载流子寿命，inpnp2)(00npntptnptpnrNrNrrNrr11inpn00inpn1110. 16310tNcm小注

8、入时，小注入时，N N型半导体非平衡少子空穴的寿命主要由金复合中心决定，型半导体非平衡少子空穴的寿命主要由金复合中心决定，scmrp/1015. 137scmrn/103 . 638 srNptp10716109 . 81015. 11011 srNntn9816106 . 1103 . 61011在在N N型硅中，金的受主能级起作用，金负离子对空穴的俘获系数，型硅中，金的受主能级起作用，金负离子对空穴的俘获系数，解：根据解：根据PP158PP158给出数据，给出数据，在在P P型硅中，金的施主能级起作用，金正离子对电子的俘获系数，型硅中，金的施主能级起作用，金正离子对电子的俘获系数，小注入时

9、，小注入时，P P型半导体非平衡少子电子的寿命主要由金复合中心决定，型半导体非平衡少子电子的寿命主要由金复合中心决定，11. 解：根据单一复合中心得到的间接复合的净复合率公式，解：根据单一复合中心得到的间接复合的净复合率公式，)()()(112pprnnrnnprrNUpnipnt0,2Unnpi（净复合）（净复合） 净产生净产生在载流子完全耗尽的半导体区域，在载流子完全耗尽的半导体区域，inpn, 0, 00,2Unnpi在只有少数载流子被耗尽的半导体区域，如对于在只有少数载流子被耗尽的半导体区域，如对于N N型半导体，型半导体，00, 0nnnnnppp 净产生净产生0,2Unnpi在在

10、的半导体区域，的半导体区域，inpn12. itpDEEscmN,101105316，scmpRGp3954103 . 210103 . 2解：因为少子空穴的浓度，解：因为少子空穴的浓度，0p所以，所以，3416210200103 . 210105 . 1cmNnppppDi达到稳态时，少子产生率，达到稳态时，少子产生率，13. sVcmsnn/3600,105 .324解：由爱因斯坦关系式，得到电子扩散系数，解：由爱因斯坦关系式，得到电子扩散系数，nnnnqTkDqTkD00电子扩散长度，电子扩散长度， cmqTkDLnnnnn12/1432/10108 . 1105 . 3106 . 30

11、26. 014. 2400/pcmV s解：由爱因斯坦关系式，得到空穴扩散系数，解：由爱因斯坦关系式，得到空穴扩散系数，xp43 10cmscmqTkDpp/4 .10400026.020空穴扩散浓度梯度，空穴扩散浓度梯度， 191821.6 1010.4 3.3 105.5/ppdpJqDA cmdx151844103.3 103 10dpcmdx 空穴扩散电流密度，空穴扩散电流密度， 15. sVcmcmncmNcmnt/135010,10,123100315，解：由电阻率查表解：由电阻率查表PP124PP124图图4-154-15（b b），得到半导体平衡多子浓度，），得到半导体平衡多子

12、浓度， srNntn8815106 .1103 .61011边界处电子扩散电流密度，边界处电子扩散电流密度，非平衡少子寿命，非平衡少子寿命，316010cmNpAp平衡少子浓度平衡少子浓度34162100103 .210105 .1cmnp00000191045280.026 13501.6 10102.3 107.5 10/1.6 10nnnnnxnnnqDnDk Td nJqDqnqndxLqA cm非平衡少子分布（半导体无限厚），非平衡少子分布（半导体无限厚）， 0nxLn xne 16. ssVcmcmpcmpp623130105,/500,10,3解：由电阻率查表，得平衡多子（电子）

13、浓度和少子（空穴）迁移率，解：由电阻率查表，得平衡多子（电子）浓度和少子（空穴）迁移率，315010cmNnDn平衡少子浓度，平衡少子浓度，35152100103 .210105 .1cmnp从表面处向半导体内扩散的少子空穴扩散电流密度，从表面处向半导体内扩散的少子空穴扩散电流密度，32000002.6 10/pppppxpppqDDk Td pJqDpqpqpA cmdxLqsVcmp/5002 pLxepxp0非平衡少子在半导体内的分布（半导体无限厚），非平衡少子在半导体内的分布（半导体无限厚）， 半导体内非平衡空穴浓度等于半导体内非平衡空穴浓度等于 对应的位置，对应的位置，31210cm

14、12130621010ln10ln102.30.065005 101.9 10pxLpppek TxLqcm 17. scmssscmgcmpp/100,10/10,15317，解：解： 000()0ssxUspsp xpsp xp稳态下，根据（稳态下，根据（5-1625-162）空穴浓度分布，）空穴浓度分布， 01pxLpppppsp xpgeLs得到在半导体表面处空穴浓度，得到在半导体表面处空穴浓度，由于由于 ，查图，查图4-154-15（b)b)，得到，得到， cmqTkDLppppp25010110430026. 0cm 1315/103cmND查图查图4-14 4-14 得到空穴迁移

15、率得到空穴迁移率 ，空穴扩散长度，空穴扩散长度， sVcmp/43021 1、单位时间、单位表面积的表面复合空穴数，、单位时间、单位表面积的表面复合空穴数，得到单位时间、单位表面积在离表面三个扩散长度体积内复合的空穴数，得到单位时间、单位表面积在离表面三个扩散长度体积内复合的空穴数，pLxpppppppesLgsgppp00025517113225011010101019.1 10101010pxLpppxppsp xpgeLscm2 2、由下式，、由下式， 1321000()09.1 10ssxUspsp xpsp xpcms330033313pppxLLLppppppppppppppppp

16、pppspdxgLedxLssg Lsg LL geL gLsLs1532.910/ cm s得到，得到，18. 由氧化（温度由氧化（温度11801180） 后表面复合中心浓度后表面复合中心浓度 ，得，得到金复合中心在硅片中的均匀分布浓度，到金复合中心在硅片中的均匀分布浓度，解、解、10210 /tsNcm55515310101010 /tNcm1 1、硅片内少子空穴的寿命，、硅片内少子空穴的寿命，1pptr N由教材由教材PP158PP158第第6 6行给出的数据，行给出的数据，731.15 10/prcms得到，得到， 9715118.7 101.15 1010pptsr N硅片中总杂质浓度，硅片中总杂质浓度，16151632 10102.1 10iDtNNNcm 查表查表4-144-14，得到少子空穴的迁移率，得到少子空穴的迁移率，2350/pcmV s硅片表面复合速度，硅片表面复合速度，得到少子空穴的扩散系数，得到少子空穴的扩散系数，200.026 3508.75/ppk TDcmsq948.75 8.7 102.76 10pppLDcm得到少子扩散长度，得到少子扩散长度，71031.15 10101.15 10/ptssr Ncm s得到，得到，0039491783439011.15 108.7 101.18 108.7