半导体物理学简答题答案

1、半导体物理学简答题以及答案半导体物理学简答题以及答案14/14半导体物理学简答题以及答案复习思虑题与自测题第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用状况以及运动状况有何不同样,原子中内层电子和外层电子参加共有化运动有何不同样。答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的拘束作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。当原子相互凑近结成固体时，各个原子的内层电子仍旧构成环绕各原子核的关闭壳层,和孤立原子同样;但是，外层价电子则参加原子间的相互作用，应当把它们看作是属于整个固体的一种新的运动状态。构成晶体原子的外层电子共

2、有化运动较强，其行为与自由电子相像，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相像。2.描绘半导体中电子运动为何要引入有效质量的见解,用电子的惯性质量描绘能带中电子运动有何限制性。答：引进有效质量的意义在于它归纳了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，能够不波及半导体内部势场的作用。惯性质量描绘的是真空中的自由电子质量，而不可以够描绘能带中不自由电子的运动，平常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说,对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,能否这样，为何？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是

3、越窄；而禁带的宽窄取决于混杂的浓度，混杂浓度高，禁带就会变窄，混杂浓度低，禁带就比较宽。1/144.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:有效质量愈大,能量密度也愈大,因此能带愈窄.能否这样，为何？答：有效质量与能量函数关于K的二次微商成反比，对宽窄不同样的各个能带，1k）随k的变化状况不同样，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。5.简述有效质量与能带构造的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用见效有什么不同样；答：在能带底周边，电子的有效质

4、量是正当，在能带顶周边，电子的有效质量是负值。在外电F作用下，电子的波失K不停改变，fhdkdt,其变化率与外力成正比，因为电子的速度与k相关，既然k状态不停变化，则电子的速度必定不停变化。7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格构造的联系，为何电子从其价键上摆脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度?答：沿不同样的晶向，能量带隙不同样样。因为电子要摆脱拘束就能从价带跃迁到导带，这个时候的能量就是最小能量，也就是禁带宽度。2.为何半导体满带中的少许空状态能够用拥有正电荷和必定质量的空穴来描绘?答：空穴是一个设想带正电的粒子，在外加电场中，空穴在价带中的跃迁类比当水池中气泡

5、从水池底部上涨时，气泡上涨相当于同体积的水随气泡的上涨而2/14降落。把气泡比作空穴，降落的水比作电子，因为在出现空穴的价带中，能量较低的电子经激发能够填补空穴，而填补了空穴的电子又留下了一个空穴。因此，空穴在电场中运动，实质是价带中多电子系统在电场中运动的另一种描绘。因为人们发现，描绘气泡上涨比描绘因气泡上涨而水降落更加方便。因此在半导体的价带中，人们的注意力集中于空穴而不是电子。3.有两块硅单晶,此中一块的重量是另一块重量的二倍.这两块晶体价带中的能级数能否相等，相互有何联系？答：相等，没任何关系4.为何极值周边的等能面是球面的半导体,当改变磁场方向时只好察看到一个共振汲取峰。答：各向同性

6、。5.金刚石晶体构造和闪锌矿晶体构造的晶向对物理性质的影响。6.典型半导体的带隙。一般把禁带宽度等于或许大于2.3ev的半导体资料归类为宽禁带半导体，主要包含金刚石，SiC，GaN,金刚石等。26族禁带较宽，46族的比较小，如碲化铅，硒化铅（），35族的砷化镓（）。第二章1.说明杂质能级以及电离能的物理意义。为何受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下,并且电离能的数值较小？3/14答：被杂质拘束的电子或空穴的能量状态称为杂质能级，电子走开杂质的原子的拘束成为导电电子的过程成为杂质电离，使这个节余的价电子摆脱拘束成为导电电子所需要的能量成为杂质电离能。杂质能级离价带或导带都很近，因此电离能数值

7、小。2.纯锗,硅中掺入III或族元素后,为何使半导体电学性能有很大的改变？杂质半导体(p型或n型)应用很广,但为何我们很重申对半导体资料的提纯?答：因为掺入III或族后，杂质产生了电离，使获得导带中得电子或价带中得空穴增添，加强了半导体的导电能力。极微量的杂质和缺点，能够对半导体资料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，自然，也严重影响着半导体器件的质量。3.把不同样种类的施主杂质掺入同一种半导体资猜中,杂质的电离能和轨道半径能否不同样?把同一种杂质掺入到不同样的半导体资猜中(比方锗和硅),杂质的电离能和轨道半径又能否都同样？答：不同样样4.何谓深能级杂质，它们电离此后有什么特色？答：杂质电离

8、能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。特色：能够产生多次电离，每一次电离相应的有一个能级。5.为何金元素在锗或硅中电离后能够引入多个施主或受主能级？答：因为金是深能级杂质，能够产生多次电离，每一次电离相应的有一个能级，因此，金在硅锗的禁带常常能引入若干个能级。4/146.说明混杂对半导体导电性能的影响。答：在纯净的半导体中掺入杂质后，能够控制半导体的导电特色。混杂半导体又分为n型半导体和p型半导体。比方，在常温状况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为10cm-3。当在Sixx掺入1016cm-3后，半导体中的电子浓度将变成1016cm-3，而空穴浓度快要似为104cm-3。半导体中的

9、多半载流子是电子，而少许载流子是空穴。7.说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同样？答：深能级杂质在半导体中起复合中心或骗局的作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用8.什么叫杂质赔偿，什么叫高度赔偿的半导体，杂质赔偿有何实质应用。答：当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先相互抵消，节余的杂志最后电离，这就是杂质赔偿，若施主电子恰好填补受主能级，固然杂质好多，但不可以够导游带和价带供给电子和空穴，这类现象称为杂质的高度赔偿。利用杂质赔偿效应，能够依据需要改变半导体中某个地区的导电种类，制造各样器件。9.什么是半导体的共混杂答：5/14掺入两种或两种元素以上10.用氢原子模型

10、计算杂质电离能第三章1.半导体处于如何的状态才能叫处于热均衡状态，其物理意义如何？载流子激发和载流子复合之间成立起动向均衡时称为热均衡状态，这时电子和空穴的浓度都保持一个坚固的数值，处在这中状态下的导电电子和空穴称为热均衡载流子。2.什么是能量状态密度能带中能量E周边每单位能量间隔内的量子态数。3.什么叫统计散布函数，费米散布和玻耳兹曼散布的函数形式有何差异？在如何的条件下前者能够过渡到后者，为何半导体中载流子散布能够用玻耳兹曼散布描绘？统计散布函数描绘的事热均衡状态下电子在赞成的量子态如何散布的一个统计散布函数。当E-EFkT时，前者能够过分到后者。4.说明费米能级的物理意义，依据费米能级地

11、点如何计算半导体中电子和空穴浓度，如何理解费米能级是混杂种类和混杂程度的标记。费米能级的意义：当系统处于热均衡状态，也不对外界做功的状况下，系统增添一个电子所惹起的系统自由能的变化，等于系统的化学能。n型混杂越高，电子浓度越高，EF就越高。5.在半导体计算中,常常应用这个条件把电子从费米能级统计过渡到玻耳兹曼统计,试说明这类过渡的物理意义。6/14E-EFkT时，量子态为电子占有的概率很小，合适于波尔兹曼散布函数，泡利原理失掉作用，二者统计结果变得同样了。6.写出半导体的电中性方程，此方程在半导体中有何重要意义？电子浓度等于空穴浓度。意义：均衡状态下半导体体内是电中性的。7.半导体本征载流子浓

12、度的表达式及其费米能级载流子浓度：费米能级：Ei=Ef=（Ec+Ev）/2+(3kT/4)*ln(mp/mn)8.若n型硅中掺入受主杂质,费米能级高升仍是降低？若温度高升当本征激倡议作用时,费米能级在什么地点，为何？费米能级降低了。费米能级在本征费米能级以上。9.如何理解散布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？依据公式和知识，必定是这样。10.为何硅半导体器件比锗器件的工作温度高？硅的禁带宽度比锗大，且在同样温度下，锗的本征激发强于硅，很简单就达到较高的本征载流子浓度，使器件失掉性能。11.当温度一准时,杂质半导体的费米能级主要由什么要素决定？试把强n,弱n型半导体与强p,弱p半

13、导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。决定要素：7/14混杂浓度，混杂能级，导带的电子有效态密度等。费米能级比较：n弱n本征弱p强p12.假如向半导体中重掺施主杂质,就你所知会出现一些什么效应？费米能级深入到导带或许价带中13.半导体的简并化判据Ec-Ef=0第四章1.试从经典物理和量子理论分别说明载流子遇到散射的物理意义。经典：电子在运动中和晶格或许杂质离子发生碰撞致使载流子速度的大小和方向发生了改变。量子理论：电子波仔半导体流传时遇到了散射。2.半导体的主要散射系统。电离杂质散射；晶格振动散射，包含声子波和光学波散射；其余要素散射：等能谷散射，中性杂质散射，位错散射，合金散射，等。3.

14、比较并差异下述物理见解:电导迁徙率，漂移迁徙率和xx迁徙率。8/14电导迁徙率：漂移迁徙率：载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁徙率越大；运动得慢，迁徙率小迁徙率：Hall系数RH与电导率的乘积，即RH，拥有迁徙率的量纲，Hall迁徙率H实质上不用然等于载流子的电导迁徙率,因为载流子的速度散布会影响到电导迁徙率4.什么是声子?它对半导体资料的电导起什么作用?声子是晶格振动的简正模能量量子，声子能够产生和消灭，有相互作用的声子数不守恒，声子动量的守恒律也不同样于一般的粒子，并且声子不可以够走开固体存在。电子在半导体中传输时若发生晶格振动散射，则会发出或许汲取声子，使电子动量发生

15、改变，进而影响到电导率。5.均匀自由程，均匀自由时间，散射几率均匀自由程：电子在遇到两次散射之间所走过的均匀距离；均匀自由时间：电子在遇到两次散射之间运动的均匀时间；散射几率:用来描绘散射的强弱，代表单位时间内一个载流子遇到散射的次数。6.几种散射系统同时存在，总的散射几率总散射概率等于多种散射概率之和。9/147.一块本征半导体样品,试描绘用以增添其电导率的两个物理过程。提升迁徙率和和提升本征载流子浓度8.假如有同样的电阻率的混杂锗和硅半导体,问哪一个资料的少子浓度高，为何？锗的少子浓度高。由电阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和锗本征载流子浓度的数目级差异，能够算出锗的少子浓度高

16、。9.硅电阻率与温度的关系图10.光学波散射和声学波散射的物理机构有何差异？各在什么样晶体中起主要作用？光学波散射：弹性散射，散射前后电子能量基本不变。主要在离子性晶体中起作用声学波散射：非弹性散射，散射前后电子能量发生改变。主要在共价性晶体中起作用。11.说明本征锗和硅中载流子迁徙率随温度增添如何变化？迁徙率随温度的高升渐渐降低12.电导有效质量和状态密度有效质量有何差异？它们与电子的纵向有效质量和横向有效质量的关系如何？当导带底的等能面不是球面时，不同样方向的电导的有效质量就不同样，且态密度散布可能不同样，经过把不同样的电导有效质量进行加权均匀，就能够换算获得状态密度的有效质量。13.关于

17、仅含一种杂质的锗样品,假如要确立载流子符号、浓度、迁徙率和有效质量，应进行哪些丈量？进行霍尔系数丈量和盘旋共振法测有效质量。14.解说多能谷散射如何影响资料的导电性。10/14多能谷之间有效质量不同样致使迁徙率不同样，当电子从一能谷跃迁到另一能谷时，迁徙率会减低，致使导电性降低。15.解说耿氏振荡现象，振荡频次取决于哪些参数？耿氏振荡根源于半导体内的负微分电导，振荡频次决定于外加电压和器件的长度。16.半导体本征汲取与本征光电导本征汲取：半导体汲取光子能量大于带隙的光子，使电子直接跃迁到导带。又本征汲取产生的非均衡载流子的增添使半导体电导率增添。17.光电导敏捷度与光电导增益因子光电导敏捷度：

18、单位光照度所惹起的光电导增益因子：铜一种资料因为构造不同样，能够产生不同样的光电导见效，用增益因子来表示光电导的加强。第五章1.差异半导体均衡状态和非均衡状态有何不同样？什么叫非均衡载流子？什么叫非均衡载流子的坚固散布？半导体的热均衡状态是相对的，有条件的。假如对半导体施加外界作用，损坏了热均衡条件，这就迫使它处于与热均衡状态相偏离的状态，称为非均衡状态。处于非均衡态的半导体比均衡态多出来的这部分载流子称为非均衡载流子。11/142.混杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何差异？试从物理模型上予以说明。混杂：增添浓度，温度：增添本征载流子光照：产生非均衡载流子，增添载流子数

19、目3.在均衡状况下，载流子有没有复合这类过程？为何重视讨论非均衡载流子的复合过程？有，4.为何不可以够用费米能级作为非均衡载流子浓度的标准而要引入准费米能级？费米能级和准费米能级有何差异？当热均衡状态遇到外界影响，遇到损坏,使半导体处于非均衡状态,不再存在一致的费米能级,因为费米能级和统计散布函数都是指热均衡状态下。而分别就价带和导带中的电子来说,它们各自基本上处于均衡状态,导带和价带之间处于不均衡状态，准费米能级是不重合的。5.在坚固不变的光照下，半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的，但为何说半导体处于非均衡状态？光照是外面条件，6.说明直接复合、间接复合的物理意义。直接：电子在导带和价带之间的直接跃迁而惹起的电子和空穴的复合消逝过程间接复合：12/14电子空穴经过禁带中的能级复合；7.差异:复合效应和骗局效应，复合中心和骗局中心，俘获和复合，俘获截面和俘获几率。复合效应：骗局效应：累积非均衡