半导体问题 - 图文

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、Ⅲ－Ⅴ族或Ⅱ－Ⅵ族或Ⅳ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0.25nm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：

第三章 半导体中载流子的统计分布 思考题

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40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？如何理解费米能级EF是掺杂类型和掺杂程度的标志？ 4、在半导体计算中，经常应用E-EF>>k0T这个条件把电子从费米统计过渡到玻尔兹曼统计，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n－Si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在什么位置？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+ni，p0=ni？为什么？

11、有n型半导体，如果（1）不掺入受主；（2）掺入少量受主（NA<

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？

14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况如何？定性说明随温度升高分布将如何改变？

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ND1。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9×1015cm-3的金； （3）含有1015cm-3的硼和9×1015cm-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ni= 4×1014cm-3 ，如电子浓度为2×1016cm-3，空穴浓度为2×1014cm-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

26、T→0K，n型半导体导带中电子浓度为“n无”，若在该半导体中掺入少量受主杂质，其

浓度为NA时导带中电子浓度为“n有”，证明： n有/ n无=( n有/ NA)1/2

27、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制？

第四章

1、根据散射的物理模型，说明为什么电离杂质使Ge、Si等元素半导体的迁移率随温度按照关系μ∝T3/2变化，而晶格振动散射使迁移率按照关系μ ∝T-3/2 变化？

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、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？

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