材料物理导论（熊兆贤着）课后习题答案第三章习题参考解答

《材料物理导论》 习题解答

第三章 材料的电学

?1.解：

0.05eV 0.29eV Eg=1.12eV EC ED EF Ei 查12, ?? Si 的 E 1 . eV E D E c ? E D g ? ? E E DF?Ec?Ei??ED?(EF?Ei)

1.12? ED?EF?0.29?0.05?0.22eV2

ND1015nD? ?ND?f(ED)?1(ED?EF)/kT10.22?1.6?10?191?e 1?exp()?23221.38?10?300? 4.06?1011/cm3

EV ?2.解：?n0?ND?1.5?1015/cm3(多子)；??ni2 ni??ND??93p??1.13?10/cm(少子)。0? ND? ? 3.解：?ND?NA,?补偿后P型半导体

又?N较少且T在室温，?杂质几乎完全电离?p?NA?ND?1.1?1016?9?1015?2?1015/cm3? ??ni2(1.3?1010)2?8.45?104/cm3?n?p? 152?10?

N 对于P型半导体，有EF?EV?kTlnVNA

NV取1.0?10 代入可得E

F19/cm3，NA取2?1015/cm3?EV?3.53?10?20J?0.22eV?4.解：?D低温区，忽略本征激发，仅考虑杂质电离有n0?n?1?(18令n?/cm3D?0.9ND?ND?1.32?102ND8ND?ED/kT1/2?e)NC则有ND?1.32?1018/cm3时可保持强电离。《材料物理导论》 习题解答

5.解：nD?NDE?EF,当exp(?D)??1时1ED?EFkT01?exp(?)2k0TED?EF)k0TND代入上式Nc

nD?2NDexp(?杂质饱和电离?EF?Ec?k0Tln?nD?2ND(NDN)exp(?ED/k0T),令D_?2(D)exp(?ED/k0T)NcNc?nD?D_ND,D_为未电离的施主杂质占总数的百分比将Nc?2(2?mdnkT)3/2/?代入?ED1D_(2?k0mdn)3/2（)()?(3/2)lnT?ln()?T?125K3k0TND??

6.解：??i?

1?niq(?n??p)?i1?iq(?n??p)?1?2.29?1013/cm3?1947?1.6?10?(3900?1900)? ni?

?7.解：103? 300K时Si的ni?1.3?10/cm

?i?niq(?n??p)?1.3?1010?1.6?10?19?(1350?500)?3.85?10?6??1?cm?1又?本征Si的密度Ni?5?1022/cm3,则nD?5?1016/cm3?n?nDq?n?5?1016?1.6?10?19?1350?10.8??1?cm?1 ??n?10.8/3.85?10?6?2.8?106 ?i

?8.解：4.5?10?5500?p?NA??6.02?1023/()?1.17?1016/cm3 10.82.33 11?????1.34??cm16?19 pq?p1.17?10?1.6?10?400

《材料物理导论》 习题解答

?9.解：?q?n?nmn0.1?0.26?9.1?10?31?10?4??n????n???1.48?10?17s?19 qmn1.6?10

?s??d??n??n?E??n?0.1?104?10?4?1.48?10?17?1.48?10?18m?10.解： ???111??15?0.781??cm?19?nq?10?1.6?10?8000 n l1R????0.781??1.3? S0.6 ? 11.解： ?10 i

19对Si，mdn（电子有效质量）?0.26m0?0.26?9.1?10?31kg(1)???nq?,???1.6?10?19V3kT3kT,V????NA?q?/EEmdnmdn3?1.38?10?23?30032?1?1/(10?10)?3.65??m0.26?9.1?10?31??E?NAq3kT?3.65?105A?m?2?36.5A?cm?2mdn (2)同理，400K时，

??4.12??1?m?1i??4.23?105A?m?2?42.3A?cm?2??NA?3?1015/cm312.解：?480cm2?V?1?s?1 (1)?ni??nA,?p 又查得?

p???(pq?)?1?(3?1015?1.6?10?19?480)?1?4.34??cm (2)p?NA?ND?1.3?1016?1.0?1016?0.3?1016/cm3?1 ??(pq?)??(0.3?1016?1.6?10?19?480)?1?4.34??cm

(3)n?1.3?1016?1?1017?1.0?1016?10.3?1016/cm3又??n?1350cm2?V?1?s?1?1??(10.3?1016?1.6?10?19?1350)?1?0.045??cm ??(pq?)《材料物理导论》 习题解答

?13.解：

(1 )证：?ni2?np(由题中n?ni?p/?n,p?ni?n/?p可知)ni2ni2? ??nq?n?pq?p?nq?n?q?p?q?n?pq?pnpni2d?令?0?q?n?2q?p?0?n?ni?p/?nn dn d?令?0?p?ni?n/?p dp

d2?d2?又?2?0，2?0.?当n?ni?p/?n及p?ni?n/?p时，?有最小值。

dndp

且?min?2niq?p?n

16?19 )?(2?78000?780?39.94??1?cm?1min?2?1.6?10?1.6?10

?min

又??n??p?P型半导体的?max为最大。 ? 14.解：? max?

1?0.025??cm1?23?m??k0T 热22

?233k0T3?1.381?10?3005?17?1 ????2.29?10m?s?2.29?10cm?s热m?0.26?9.1?10?31

4?1 E?10V/cm时，?d(漂)??n?E?1500?10?1.5?10cm?s??d???热

E?104V/cm时，?d(漂)'?1500?104?1.5?107cm?s?1,?d??热4ql32?mkT?n强场时????4q(??E)32?mkT?n???32?m?nkT4qEq?32?kT3 ??????424Emm4?10?10nn

?

2??1.381?10?23?3000.26?9.1?10?310.2488m2?v?1?s?1?2488cm2?v?1?s?1?d??nE?2488?104?2.488?107cm?s?1《材料物理导论》 习题解答

?15.解：113kT13?1.381?10?23?30026?1?d??热???10?2.29?10cm?s 1010m?100.26?9.1?10?31n

平均自由程l?1?m?1.0?10?4cml1.0?10?4平均自由时间????4.363?10?11s6?d2.29?10

1?2.29?1010s?1 ? ?d?d?m?n电场强度E???

?q?

平均碰撞次数P?

?d?m?2.29?104?0.26?9.1?10?31?10?6n?l 电压U?E?l???7.761?10?4V?19?11q?1.6?10?4.363?10

? 16.解：(1)???A'e?W/kT

WWlge11 lg??lgA'??lge?lgA'?(?)?A?B?W??Bk/lgekTkTT

1? ?9?A?B?500 (2)??B??3000? ??6?A?1B?1000?

?W??(?3000)?1.381?10?23/lge?9.540?10?20J?0.596eV ? 17.解：

?m?100,?m?0.9;?气??d?1,?气??d?0.12??m?m(?d)??d?d0.9?100?(2?1)?0.1?133?m3300 ????85.92?212 0.9(?)?0.1?m(?d)??d330033? m

?18.解：1C?d2.4?10?12?0.5?10?2(1)相对电容率?r????3.39?12?4 ?0A8.854?10?1?4?10

2.4?10?12?0.5?10?2?13?1 (2)损耗因子?''??'tan???0.02?6.0?10F?m1?4?10?4

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