半导体问题模板

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1、思考题与练习题第一章半导体中的电子状态1、比较说明孤立原子中的电子、自由电子、晶体中的电子的运动状态?2、定性比较说明导体、绝缘体、半导体导电能力差异物理机制。3、说明描述晶体中的电子的有效质量的物理含义，与自由电子的惯性质量有何区别，其引 入有何好处？4、空穴的物理含义?5、简述半导体的导电机构，与金属比较。6、解释等能面，简述回旋共振测量有效质量的原理7、简述Si、Ge的能带结构特征8、简述GaAs的能带结构特征9、比较CdTe、HgTe的 能带结构10、IIIV族或IIW族或W族半导体中，那些可以形成混合晶体，其能带结构随组分的变 化而如何变化？这些混合晶体有何应用？11、晶格常数为0.

2、25nm的一维晶格，当外加102V/m、107V/m的电场时，分别计算出电子 从能带底运动到能带顶的时间12、设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值Ec (k)和价带极大值附近能量分别为：打门h2k2 h2(k-kj打八hX 3方段2EcW = +，巴&)=于3mQiHq6zk0 mQ叫为电子惯性质量，疋 1=丄，a=0-314?iz2a求：(D禁带宽度；(2)导带底电子有效质量；第嚣般中载流!的统计分布价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。1、半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态？其物理意义如何?一单晶硅棒，在分别受太阳光照和处于暗态时，何时是处于热平衡状态？一单晶硅棒，在两头温度分别为4

3、0摄氏度和80摄氏度时，该材料可以处于热平衡态吗？2、什么叫统计分布函数？费米分布和玻尔兹曼分布的函数形式有何区别？在怎样的条件下 前者可以过渡为后者？为什么半导体中载流子分布可以用波尔兹曼分布描述？3、说明费米能级Ef的物理意义。根据Ef位置如何计算半导体中电子和空穴浓度？如何理FF解费米能级ef是掺杂类型和掺杂程度的标志？F4、在半导体计算中，经常应用E-EFk0T这个条件把电子从费米统计过渡到玻尔兹曼统计, F 0试说明这种过渡的物理意义？5、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?6、若nSi中掺入受主杂质，Ef升高还是降低？若温度升高到本征激发起作用时，Ef在什FF么位

4、置？为什么？7、如何理解分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?8、为什么硅半导体器件比锗半导体器件的工作温度高?9、说明载流子浓度乘积:n0p0=ni2的物理意义。为什么杂质含量愈高，多子浓度愈大，而少 子浓度愈小？当半导体中掺入的杂质类型和杂质含量改变时，乘积n0p0是否改变？当温度 改变时，情况又如何？受光照或电场作用的半导体，情况又如何？10、对只含施主杂质的n型半导体，在室温时能否认为载流子浓度为n0=ND+n., p0=n.?为0 D i 丄 0 i 什么？11、有n型半导体，如果（1）不掺入受主；（2）掺入少量受主（NavvNd），那么当温度趋 于0K时，两种情况下

5、的费米能级的极限位置是否重合？12、当温度一定时，杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定？试把强N、弱N型半导 体与强P、弱P型半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。13、不同掺杂浓度(同一杂质)的n型半导体，其电子浓度和温度的关系曲线如图所示，在 左方曲线彼此重合，在右方超过某一温度T后两条曲线平行？试说明理由。这两部分曲线 的斜率表示什么？T14有一 n型半导体，掺入三种不同浓度的施主杂质后，得到的Ef-T关系曲线如图3-2所示。 试问曲线1、2、3中那条对应较高的施主浓度，那条对应较低的施主浓度？15、某含有一些施主的p型半导体在极低温度下(即T-0时)电子在各种能级上的分布情上丿

6、1况如何？定性说明随温度升高分布将如何改变？TK)16、什么叫载流子的简并化？试说明其产生的原因。有一重掺杂半导体，当温度升高到某一 值时，导带中电子开始进入简并。当温度继续升高时简并能否解除？17、有四块含有不同施主浓度的Ge样品。在室温下分别为：(1)高电导n-Ge；(2)低电导n-G； (3)高电导p-Ge；(4)低电导p-Ge；高低比较四块样品EF的。分别说明它们达到全部杂质电离与本征导电温度的高低？18、室温下某n型Si单晶掺入的施主浓度ND大于另一块n型Ge掺入的施主浓度ND1O问 那一块材料的平衡少子浓度较大？为什么？19、半导体中掺入大量的施主杂质，可能会出现什么效应?20、比

7、较并区别如下概念：(1)k空间状态密度、能量状态密度与有效状态密度(2)简并半导体和非简并半导体21、就本征激发而言，导带中平衡的电子浓度一定正比于exp(-Eg/2k0T)吗？为什么？22、定性讨论如下掺杂硅单晶费米能级位置相对于纯单晶硅材料的改变，及随温度变化时如 何改变：(1) 含有1016cm-3的硼；(2) 含有 1016cm-3 的硼和 9X 1015cm-3 的金；(3) 含有 1015cm-3 的硼和 9X1015cm-3 的金；23、说明两种测定施主和受主杂质浓度的实验方法的原理？24、已知温度为500K时，硅n.= 4X1014cm-3，如电子浓度为2X1016cm-3,空

8、穴浓度为2iX1014cm-3性，该半导体是否处于热平衡状态？25、定性说明下图对应的半导体极性和掺杂状况.Er缶EcEc26、齢型半导吕导体导带中电子农度为“n无,若在该半导体中掺入少量受主杂质，其Ev ：浓度为NA时导带中电子浓度为“n有”，证明: n 有1 n 无=（n 有1 NA）1/227、下图为某杂质半导体导带电子浓度随温度的变化曲线，定性解释该曲线反映的物理机2、什么是声子，它在半导体材料的电导中起什么作用？3、半导体的电阻温度系数是正的或是负的，为什么？4、有一块本征半导体样品，请定性说明增加其电导率的两个过程。一是参杂，增加载流子浓度二是加热，本征激发，增加电子和空穴浓度。5

9、、强电场作用下，迁移率的数值与场强E有关，这时欧姆定律是否仍然正确？为什么？6、光学波散射和声学波散射的物理机制有何区别？各在什么样的晶体中起主要作用？7、本征Ge和Si材料中，载流子迁移率随温度增加如何变化?8、电导有效质量、状态密度有效质量有何区别？它们与电子的纵有效质量、横有效质量是 什么关系？9、如右图所示，说明“-T曲线的变化规律。并解释：（1）在什么温度范围内电离杂质散射起主要作用？（2）为什么两根曲线在极低温下分开，在高温下趋于一致?冬天高，请解释高温时集中?In/12、解释右图的曲线I、II那条对应的掺杂浓度高?W四个区域讨论）。15、对于仅含一种杂质的锗样品，如果要确定其载流

10、子符号、浓度、迁移率和有效质量，应 进行那些测量？16、解释多能谷散射如何影响材料的导电性?17、有四块Si半导体样品，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同。根据下列所给数据判断 那块样品电阻率最大？那块样品的电阻率最小？(1) N =1.2X10i3cm-3, N =8X10i4cm-3AD(2) N =8X1014cm-3, N =1.2X 1015cm-3,AD(3) N =4X1014cm-3,(4) N =4X1014cm-3AD18、 定性解释下图中(a)、(b),并根据(a)、(b)绘出曲线(c)。设材料为n型掺杂。(a )(b)19、为什么要引入热载流子概念？热载流子和普通载流子有

11、什么区别?20、以GaAs为例说明什么是负微分电导现象？21、写出波尔兹曼方程，并解释方程中每一项的物理意义。说明在说明条件下可以使用驰豫 时间近似。22、为什么荡畴区电场降低到小于Ea时，畴区电荷不在增加，而处于稳定状态？根据右图 说明耿氏振荡的物理机制。23、设T=300k, Ge中电子具有热能为kT，相应的热运动速度用Eth=(1/2) m0Vth2计 算。若电子位于场强为10V/cm的电场中，说明此时电子的漂移速度小于热运动速度。若电 子置于104V/cm的电场中，用同样的迁移率数值，计算载流子漂移速度的变化，与热运动 速度比较，讨论强电场对真实迁移率的影响。AA-第五早1、区别半导体

12、平衡状态和非平衡状态有何不同？什么叫非平衡载流子？什么叫非平衡载流 子的稳定分布？2、掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何区别？试从物理模 型上予以说明。3、在平衡情况下，载流子有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论非平衡载流子的复合 运动？4、为什么不能用费米能级作为非平衡载流子的标准而要引入准费米能级？费米能级和准费 米能级有何区别？5、在稳定不变的光照下，半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的，但为什么说半导 体处于非平衡状态？6、一块n型半导体在强光本征激发下，导带电子和价带空穴均达到简并化，画出其费米能 级的位置，并写出电子和空穴浓度表达式？7、说明非平衡载

13、流子寿命的物理意义，非平衡载流子寿命长或短标志着什么？为什么说寿 命是结构灵敏参数？说明p(t)=Ap0?xp(-t/T )中各项的物理意义。8、区别平均自由时间，驰豫时间和非平衡少子寿命三个物理量?9、根据寿命的基本概念证明：T =l/p；式中p为非平衡载流子的复合几率?10、说明直接复合，间接复合的物理意义。为什么深能级才能起最有效的复合中心作用？说 明硅中掺金后寿命为什么会明显降低？11、分别写出直接复合和间接复合的净复合率u的表达式，并解释各项的物理意义。12、根据费米能级位置填下面空白（大于、小于或等于）:13、什么叫俄歇复合过程？画图说明俄歇复合可能发生的集中过程。根据细致平衡原理

14、推导 俄歇复合过程的净复合率表达式。14、根据通过复合中心的普遍公式：Nfrrn nn nfu =t 冷 p p证明位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心（设r=r）。讨论小注入时少子寿命与 n p半导体的掺杂类型和掺杂浓度的关系。15、根据稳定时，杂质能级上的电子数为:nt叭+ p石rn(P+ni)+rP(P+Pi)证明：杂质能级与费米能级重合时，最有利于陷阱作用。16、区别如下概念：（1）复合效应和陷阱效应;(2) 复合中心和陷阱中心;(3) 俘获和复合；(4) 俘获截面和俘获几率。17、定性简述热平衡载流子和非平衡载流子的产生和运动规律的特点。18、在t=0时刻，注入的非平衡载流子的

15、小信号撤销，求经过寿命t这段时间里，被复合 掉的非平衡少数载流子的浓度：甲计算：乙计算：(一(IAPo - (Mr = APo - r = Ap0 1-,veXy t=r试指出正误，并说明之。19、介绍几种测量非平衡载流子寿命的方法和实验原理？20、何谓表面复合？说明表面复合速度的物理意义？21、证明：电子和空穴的准费米能级Ef、Ef与热平衡态费米能级EF的偏离分别为: Fn Fp22、(1)连续性方程是什么物理定律的数学表达式?(2) 对于空穴，该方程左边为dp/dt,右边则有好几项，说明其中每一项各代表什么？23、D、p、T、L四个参量之间的关系如何？检查他们各自的量纲和单位，讨论扩散系数 与那些物理量有关？2