半导体第二章习题

PowerPoint2003半导体物理习题课件第二章《半导体物理》第二章2－12－22－32－42－52－5(2)2－62－6(2)2－72－82－8(2)2－1

掺入锗，硅晶体中的杂质通常有磷，铟，锑,硼，砷，铝，镓，铋，其中哪些是施主杂质?

哪些是受主杂质？解答：

磷，砷，铋，锑为Ⅴ族元素，为施主杂质硼，铝，镓，铟为Ⅲ族元素，为受主杂质。2－2

硅中掺入某种施主杂质，设其电子有效质量,计算电离能为多少？若，其电离能又为多少？这两种值中哪一种更接近实验值？解答：利用类氢原子模型：

由实验知，Si中施主电离能在，所以后者接近实验值。

2－3

锗晶体中掺入锰，试采用类氢原子模型计算基深能级E1和E2的值，并在能带图中标出它们的位置(设)解答：此模型给出两条深能级公式

）

将

这两条能级都是受主能级，而代入上式∴如图所示：则

2-4

根据教材图2－8和图2－9写出Au、Ag、Cu、Fe、Zn、Cd、Ni等杂质在硅晶体和锗晶体中的深能级，并标出施主与受主。解答：施主能级和受主能级分别以D和A表示：如下图：硅晶体中(eV)锗晶体中(eV)类型

位置类型

位置AuDDAAAgDAACuAAFeDAZnAACdAANiAA2-5

制造半导体原料时，采用各种提纯工艺去除其中的杂质，而在制造实用半导体材料时，又需要掺入适量杂质，这是为什么？解答：原材料提纯：①原材料中含有的杂质是各种各样的，对于器件制造者是不易控制的②重金属如Cu、Fe、Au等为深能级杂质，可起复合中心作用，可降低少子寿命，而电离能较大，对载流子浓度贡献不大，如果其杂志浓度较大，势必引进较多缺陷③如果原材料中有较多的多种浅能级杂质，由于它们的补偿作用，对载流子浓度贡献也不大，且不易控制。实用半导体掺杂：人为掺杂可以控制电阻率及导电类型，而且有选择的掺入某种杂质（如Au掺入Si）,可控制少子寿命;制作电极接触也需适量掺杂，如欧姆接触就需要高浓度的掺入施主杂质。2－5(2)

什么是杂质补偿作用？试举例说明杂质补偿作用的实际应用。解答：施主和受主相互抵消的作用会使有效杂志浓度()降低，在轻补偿情况时，不改变导电类型，仍为N或P型，但载流子浓度降低。当，改变导电类型由，载流子浓度为。当时，为重补偿，材料为“类本征型”。应用，做PN结时，如在n型衬底上扩散p型杂质，并使，并掌握扩散条件，使p型杂质达一定深度，即可制得PN结，在结处2－6

制作半导体器件为什么希望选用低位错，无位错或位错均匀的材料呢？解答：①位错可形成受主能级（接收电子），而位错线形成的一串负电中心，对载流子有散射作用，可使迁移率降低；②能带变形，扩张区减小，载流子可进行带间直接复合；形成的深受主能级起复合中心作用，这二种复合过程都影响少子寿命；③位错不均匀，影响杂质分布均匀性，影响PN结的结面平整，可造成PN结穿通或降低击穿电压。鉴于以上原因，所以通常用低位错，无位错或位错均匀的材料2－6(2)

设Si中掺入N个浅施主杂质，同时掺入数量相等得深受主杂质，问温度较低使，Si是什么导电类型？温度较高时是什么导电类型？解答：当温度较低时，Si是N型，因为小。当温度较高时，Si是P型，因为施主能级浅，对单能级受主深，多能级则受主能级大于施主能级。2－7

锑化铟的,相对价电常数，电子有效质量，为电子惯性质量，求：(1)施主杂质电离能；(2)施主的弱束缚电子基态轨道半径。解答：2－8

氢原子玻尔轨道半径为Å，根据杂质类氢模型将代替，以代替，可得杂质等效玻尔半径，基质相对价电常数（Ge:，Si:）试计算Ge,Si浅施主的束缚电子的等效玻尔半径。解答对Ge

对Si: