半导体器件物理复习题1

半导体器件物理复习题

一． 平衡半导体：

概念题：

1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）

所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体：

本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子：

形成P型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子：

形成N型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体：

半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体：

对N型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度， 费米能级高于导带底（EF?Ec?0）；对P型掺杂的半导体而言，

空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（E

F?Ev?0）。

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7. 有效状态密度： 在导带能量范围（

gc?E??4??2mh3*nEc~?）内，对导带量子态密度函数

?3/2E?Ec与电子玻尔兹曼分布函数乘积进行积分*n2fF?E??e?E?EF?x??pkT???*n的2（3即称谓?n0??Ec4??2mh3?3/?E?EF?E?Ecexp??dE?kT??）得到的?2?mkT?2Nc?2??h??导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围（??~E）内，对价带量子态密度函数

vgv?E??4??2mh3*p?3/2Ev?E与空穴玻尔兹曼函数Ev0?E?E?fF?E??exp??FkT???的乘积进行积分（即p3????4??2mp?*3/2h3?E?E?Ev?Eexp??F?dEkT??）得到?2?mkT?2的Nv?2??2??h??*p称谓价带空穴的有效状态密度。 8. 以导带底能量E为参考，导带中的平衡电子浓度：

c?E?EF?n0?Ncexp??c?kT??其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中

的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量E为参考，价带中的平衡空穴浓度：

v?E?Ev?p0?Nvexp??F?kT??其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中

的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10.

导带量子态密度函数g?E??c4??2mn?*3/2h3E?Ec

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11. 12.

价带量子态密度函数g?E??v4??2mp?*3/2h3Ev?E3*n2 ?2?mkT?2导带中电子的有效状态密度Nc?2?? h??313. 14.

?2?mkT?2价带中空穴的有效状态密度Nv?2??2??h??*p？

本征费米能级E：

Fi是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，E带宽度E15.

gFi?m*??m*?3pp??Ec?Ev??kTln?*??Emidgap?kTln?*??m??m?244?n??n?13；其中禁?Ec?Ev。？ 本征载流子浓度n：

i本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度

n0?p0?ni。硅半导体，在T?300K时，ni?1.5?10cm10?3。

16. 杂质完全电离状态：

当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17.

束缚态：

在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18.

本征半导体的能带特征：

本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级

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的位置严格位于禁带中央。在该书的其后章节中，都假设：本征半导体费米能级的位置严格位于禁带中央。（画出本征半导体的能带图）。 19.

非本征半导体：

进行了定量的施主或受主掺杂，从而使电子浓度或空穴浓度偏离了本征载流子浓度，产生多子电子（N型）或多子空穴（P型）的半导体。 20.

本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：

n0p0?ni2n0?p0?ni，n2i??Vg???Eg???Eg?3?NcNvexp??NNexp?Texp?????，cv?kT??kT??Vt?本征载流子浓度强烈依赖与温度。

以本征费米能级为参考描述的电子浓度和空穴浓度：

?E?EFi?n0?niexp?F?kT???E?EFi?p0?niexp??F?kT?? n0p0?ni2从上式可以看出：如果EF?EFi，可以得出n0?p0?ni，此

时的半导体具有本征半导体的特征。上式的载流子浓度表达式既可以描述非本征半导体，又可以描述本征半导体的载流子浓度。 21.

非本征半导体平衡时载流子浓度之间的关系：

2n0p0?ni，n0?E?EFi??niexp?F?kT???E?EFi?p0?niexp??F?kT?? 22.

?补偿半导体的电中性条件：

?n0?Na?p0?Nd?1? 其中：

n0是热平衡时，导带中总的电子浓度； p0是热平衡时，价带中总的空穴浓度；

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Na?Na?pa是热平衡时，受主能级上已经电离的受主杂质；

?Nd?Nd?nd?是热平衡时，施主能级上已经电离的施主杂质；

是施主掺杂浓度；p是占据受主能级的

aNa是受主掺杂浓度；Nd空穴浓度；n是占据施主能级的电子浓度。也可以将（1）写成：

dn0?(Na?pa)?p0??Nd?nd??2?

在完全电离时的电中性条件： 完全电离时，nd?0,pa?0，有n0?Na?p0?Nd?3?

对净杂质浓度是N型时，热平衡时的电子浓度是

n0?Nd?Na2??Nd?Na?2???ni2???ni22?4?； 少子空穴浓度是：p0n0。 对净杂质浓度是P型时，热平衡时的空穴浓度是

p0?Na?Nd2??Na?Nd?2???ni2???ni22?5?； 少子电子浓度是：n理解题：

0p0。 23.结合下图，分别用语言描述N型半导体、P型半导体的费米能级在能带中的位置：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/h7if.html