半导体物理第2章习题Word文档格式.docx

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2.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。

As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。

这个过程叫做施主杂质的电离过程。

能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。

3.以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。

Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在Ga原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而Ga原子形成一个不能移动的负电中心。

这个过程叫做受主杂质的电离过程，能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。

4.以Si在GaAs中的行为为例，说明IV族杂质在

-V族化合物中可能出现的双性行为。

Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用；

Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。

导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。

硅先取代Ga原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取代As原子起受主作用。

5.举例说明杂质补偿作用。

当半导体中同时存在施主和受主杂质时，

若

（1）ND>

>

NA

因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为n=ND-NA。

即则有效受主浓度为NAeff≈ND-NA

（2）NA>

ND

施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度p=NA-ND.即有效

受主浓度为NAeff≈NA-ND

（3）NAND时，

不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂质的高度补偿

6.说明类氢模型的优点和不足。

优点：

基本上能够解释浅能级杂质电离能的小的差异，计算简单

缺点：

只有电子轨道半径较大时，该模型才较适用，如Ge.相反，对电子轨道半径较小的，如Si，简单的库仑势场不能计入引入杂质中心带来的全部影响。

第三章习题和答案

7.

在室温下，锗的有效态密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，试求锗的载流子有效质量m*nm*p。

计算77K时的NC和NV。

已知300K时，Eg=0.67eV。

77k时Eg=0.76eV。

求这两个温度时锗的本征载流子浓度。

77K时，锗的电子浓度为1017cm-3，假定受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ED为多少？

9.计算施主杂质浓度分别为1016cm3，,1018cm-3，1019cm-3的硅在室……..计算时，取施主能级在导带底下的面的0.05eV。

14.计算含有施主杂质浓度为ND=91015cm-3，及受主杂质浓度为1.11016cm3，的硅在33K时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。

15.掺有浓度为每立方米为1022硼原子的硅材料，分别计算

300K；

600K时费米能级的位置及多子和少子浓度（本征载流子浓度数值查图3-7）。

18.掺磷的n型硅，已知磷的电离能为０.０４４eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和浓度。

第四章习题及答案

2.试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/（V.S）和500cm2/（V.S）。

当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。

比本征Si的电导率增大了多少倍？

4.0.1kg的Ge单晶，掺有3.210-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率n=0.38m2/（V.S）,Ge的单晶密度为5.32g/cm3,Sb原子量为121.8。

6.设电子迁移率0.1m2/（VS）,Si的电导有效质量mc=0.26m0,加以强度为104V/m的电场，试求平均自由时间和平均自由程。

13.掺有1.11016硼原子cm-3和91015磷原子cm-3的Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。

解：

室温下，Si的本征载流子浓度

有效杂质浓度为：

，属强电离区

多数载流子浓度

少数载流子浓度

总的杂质浓度

，查图4-14（a）知，

电阻率为

3.有一块n型硅样品，寿命是1us，无光照时电阻率是10cm。

……的产生率是1022cm-3s-1,试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？

5.n型硅中，掺杂浓度ND=1016cm-3,光注入的非平衡载流子浓度n=p=1014cm-3。

计算无光照和有光照的电导率。

13.室温下，p型半导体中的电子寿命为=350us，电子的迁移率un=3600cm-2/（Vs）。

试求电子的扩散长度。

12.在掺杂浓度ND=1016cm-3，少数载流子寿命为10us的n型硅中，如果由于外界作用，少数载流子全部被清除，那么在这种情况下，电子-空穴对的产生率是多大？

（Et=Ei）。

14.设空穴浓度是线性分布，在3us内浓度差为1015cm-3,up=400cm2/（Vs）。

试计算空穴扩散电流密度。