《半导体物理与器件第四版答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理与器件第四版答案（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体物理与器件第四版答案【篇一：半导体物理第五章习题答案】1. 一个 n 型半导体样品的额外空穴密度为 1013cm-3 ，已知空穴寿 命为 100?s ，计算空穴的复合率。解：复合率为单位时间单位体积内因复合而消失的电子 -空穴对数， 因此1013u?1017cm?3?s ?6?100?10?02. 用强光照射 n 型样品，假定光被均匀吸收，产生额外载流子，产 生率为 gp ，空穴寿命为 ? ，请 写出光照开始阶段额外载流子密度随时间变化 所满足的方程； 求出光照下达到稳定状态时的额外载流子密度。解：光照下，额外载流子密度？n=?p，其值在光照的开始阶段随时间的变化决定于产生和复合两种过程
2、，因此，额外载流子密度随 时间变化所满足的方程由产生率 gp 和复合率 u 的代数和构成，即 d(?p)?p?gp? dt?d(?p)?0,于是由上式得 稳定时额外载流子密度不再随时间变化，即dt?p?p?p0?gp?3. 有一块 n 型硅样品，额外载流子寿命是 1?s ，无光照时的电阻率 是 10?cm 。今用光照射该样品，光被半导体均匀吸收，电子-空穴对的产生率是 1022/cm3?s ，试计算光照下样品的电阻率，并求电导 中少数载流子的贡献占多大比例？解：光照被均匀吸收后产生的稳定额外载流子密度?p?n?gp?1022?10?6?1016 cm3取？n?1350cm2/(v?s)，?p?
3、500cm/(v?s)，则额外载流子对电导率的贡献2?pq(?n?p)?1016?1.6?10?19?(1350?500)?2.96 s/cm 无光照时 ?0?1?0?0.1s/cm ，因而光照下的电导率 ?0?2.96?0.1?3.06s/cm 相应的电阻率 ?11?0.33?cm 3.06 少数载流子对电导的贡献为： ?p?pq?p?pq?p?gp?q?p 代入数据： ?p?(p0?p)q?p?pq?p?1016?1.6?10?19?500?0.8s/cm ?p?0?0.8?0.26?26 % 3.06即光电导中少数载流子的贡献为 26 %4. 一块半导体样品的额外载流子寿命 ? =10?
4、s ，今用光照在其中产 生非平衡载流子，问光照突然停止后的 20?s 时刻其额外载流子密度 衰减到原来的百分之几？解：已知光照停止后额外载流子密度的衰减规律为 ?p(t)?p0e?因此光照停止后任意时刻额外载流子密度与光照停止时的初始密度 之比即为t?p(t)?e? ?p0?t当 t?20?s?2?10?5s 时20?p(20)?e10?e?2?0.135?13.5% ?p05. 光照在掺杂浓度为 1016cm-3 的 n 型硅中产生的额外载流子密度 为？n=?p= 1016cm-3 。计算无光照和有光照时的电导率。解：根据新版教材图4-14(a)查得nd=1016cm-3的n型硅中多 子迁移
5、率?n?1100cm2/(v?s)少子迁移率?p?500cm2/(v?s) 设施主杂质全部电离，则无光照时的电导率 ?0?n0q?n?1016?1.6?10?19?1100?1.76 s/cm 有光照时的电导率?0?nq(?n?p)?1.76?1014?1.6?10?19?(1100?400)?1.784 s/cm6. 画出 p 型半导体在光照(小注入)前后的能带图，标出原来的费 米能级和光照时的准费米能级。ecefnef ev 光照前能带图光照后(小注入)能带图 注意细节： p 型半导体的费米能级靠近价带； 因为是小注入，？ppO，即p=(pO+?p)疋pO,因此efp非常靠近e仁 但 ef
6、p 必须在 ef 之下，因为 p 毕竟大于 p0 即便是小注入， p 型半导体中也必是 ?nnO ，故 efn 要远比 ef 更 接近导带，但因为是小注入， ?n pO ，所以 efn 距导带底的距离必大 于 ef 距价带顶的距离。 上述带色字所强调的两个细节学生容易忽略， 要多加关注。efp7. 光照在施主浓度 nd=1O15cm-3 的 n 型硅中产生额外载流 子？n=?p=1014cm-3 。试计算这种情况下准费米能级的位置，并和 原来的费米能级作比较。解：设杂质全部电离，则无光照时 nO?nd 由 nO?nie?ei?efkt 得光照前 nO1O15 ef?ei?ktln?ei?O.O
7、26ln?ei?O.289ev 1Oni1.5?1O光照后 n?nO?n?1.1?1O15cm?3, 这种情况下的电子准费米能级 n1.1?1O15efn?ei?ktln?ei?O.O26ln?ei?O.291 evni1.5?1O1O 空穴准费米能级efpp1014ni1.5?10与 ef 相比，电子准费米能级之差 efn?ef?0.002 ev ，相差甚微；而 空穴准费米能级之差 ef?efp?0.518 ev ，即空穴准费米能级比平衡费 米能级下降了 0.52ev 。由此可见，对 n 型半导体，小注入条件下电 子准费米能级相对于热平衡费米能级的变化很小，但空穴 准费米能级变化很大。8.
8、在一块 p 型半导体中，有一种复合产生中心，小注入时，被这 些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程具有相 同的几率。试求这种复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：用 et 表示该中心的能级位置，参照参考书的讨论，知单位时间 单位体积中由 et 能级发射回导带的电子数应等于 et 上俘获的电子数 nt与电子的发射几率s 之积(s-= rnnl )，与价带空穴相复合的 电子数则为 rppnt ；式中， rpp 可视为 et 能级上的电子与价带空穴 相复合的几率。由题设条件知二者相等，即rnn1?rpp式中 n1?nce?ec?etkt。对于一般复合中心，rn?
9、rp或相差甚小，因而可认为n1 = p ；再由小注入条件p=(pO+?p)pO,即得n1?p0即ec?etktef?evktnce由此知?nve?ncnvet?ec?ev?ef?ktlnn1(ec?ev?kOtlnc) 2nv本征费米能级ei?二上式可写成et?2ei?ef，或写成et?ei?ei?ef室温下， p 型半导体 ef 一般远在 ei 之下，所以 et 远在 ei 之上，故 不是有效复合中心。10. 一块 n 型硅内掺有 1016cm-3 的金原子，试求它在小注入时的 寿命。若一块 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？解：n型si中金能级作为
10、受主能级而带负电成为au，其空穴俘获率rp?1.15?10?7cm3/s因而 n 型 si 中的少子寿命?p?11?10?8.7?10s ?716 rpnt1.15?10?10p型si中金能级作为施主能级而带正电成为au，其电子俘获率rn?6.3?10?8cm3/s因而 p 型 si 中的少子寿命?n?11?1.59?10?9s ?816 rnnt6.3?10?1011 在下述条件下，是否有载流子的净复合或者净产生： 载流子完全耗尽(即 n ， p 都大大小于 ni )的半导体区域。 在 只有少数载流子被耗尽(例如 pnpn0 而 nn=nn0 )的半导体区域。 在 n=p 的半导体区域，这里
11、 nni 。解：载流子完全耗尽即意味着n?ni，p?ni，np?ni2，因而额外载流子的复合率u?np?ni2?p(n?nieei?eck0t)?n(p?nieei?etk0t?0 ) 即该区域产生大于复合，故有载流子净产生。若 nn?nn0 ， pn?pn0 ，则 nnpn?nn0pn0?ni ，即 np?ni2 按上列 复合率公式知该区域复合率 u0 ，故有载流子净产生。若 n?p 且 n?ni ，则必有 np?ni2 ，按上列复合率公式知该区域 u0 ， 即该区域有载流子的净复合。212 、对掺杂浓度 nd =1016cm-3 、少数载流子寿命 ?p=10?s 的 n 型 硅，求少数载流
12、子全部被外界清除时电子 -空穴对的产生率。(设 et=ei ) 解：在少数载流子全部被清除(耗尽)、即n 型硅中 p=0 的情况下，通过单一复合中心进行的复合过程的复合率公式 (5-42) 变成 ?ni2 u?p(n?ni)?nni式中已按题设 et=ei 代入了 n1=p1=ni 。由于 n=nd =1016cm-3 ，而 室温硅的 ni 只有 1010cm-3 量级，因而 n+nini ，上式分母中的第二 项可略去，于是得?ni2-(1.5?1010)29?3?1 u?2.25?10 cm?s?61610?p(n?ni)10?10?(10?1.5?10) 复合率为负值表示此时产生大于复合，
13、电子 -空穴对的产生率 g?u?2.25?109 cm?3?s?1 另解：若非平衡态是载流子被耗尽，则恢复平衡态的驰豫过程将由 载流子的复合变为热激发产生，产生率与少子寿命的乘积应等于热 平衡状态下的少数载流子密度，因此得(1.5?1010)2ni21ni2?2.25?109 cm?3?s?1 g?616 ?p?pn0?pnd10?10?10p0【篇二：半导体物理与器件习题】1 如图是金刚石结构晶胞，若 a 是其晶格常数，则其原子密度是。 答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。 常用的掺杂方法有扩散和离子注入。 6什么是替位杂质？什么是填 隙杂质？ 7 什么是晶格？什么是原
14、胞、晶胞？ 第二章 量子力学初步1 量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒 二相性原理、不确定原理。 2什么是概率密度函数？3描述原子中的电子的四个量子数是： 第三章 固体量子理论初步 1能带的基本概念能带( energy band )包括允带和禁带。允带( allowed band )：允许电子能量存在的能量范围。 禁带 ( forbidden band )：不允许电子存在的能量范围。 允带又分为空 带、满带、导带、价带。 空带( empty band )：不被电子占据的允 带。满带( filled band )：允带中的能量状态(能级)均被电子占据。 导带：有电子能够参与
15、导电的能带，但半导体材料价电子形成的高 能级能带通常称为导带。 价带 : 由价电子形成的能带，但半导体材料 价电子形成的低能级能带通常称为价带。2 什么是漂移电流？漂移电流：漂移是指电子在电场的作用下的定向运动，电子的定向 运动所产生的电流。 3 什么是电子的有效质量？ 晶格中运动的电子，在外力和内力作用下有：F总二卩外+F内 =ma,m 是粒子静止的质量。F外=m*na, m*n 称为电子的有效质量。4位于能带底的电子，其有效质量为正，位于能带顶电子，其有效 质量为负。 5在室温 t=300k ，si 的禁带宽度： eg=1.12ev ge 的禁带宽度： eg=0.67ev gaas 的禁 带宽度： eg=1.43eveg 具有负温度系数，即 t 越大， eg 越小；eg 反应了，在相同温度下， eg 越大，电子跃迁到导带的能力越弱。 6在热平衡状态下，晶体中的电子在不同能量的量子态上统计分布 几率
