半导体物理学第7版答案

第五章习题

1. 在一个n型半导体样品中，过剩空穴浓度为1013cm-3, 空穴的寿命为100us。计算空穴的复合率。

已知：?p?1013/cm?3,??100?s求：U?？解：根据??得：U??p?pU17310?100/cms?6?10?1013?2. 用强光照射n型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为,空穴寿命为 （1）写出光照下过剩载流子所满足的方程； （2）求出光照下达到稳定状态时的过载流子浓度。

。

解：均匀吸收，无浓度梯度，无飘移。d?p?p????gLdt?方程的通解：?p(t)?Ae?t??gL?d?p(2)达到稳定状态时，?0dt??p??gL?0.???p?g?cm。今用光照射该样品，光被半导体均

3. 有一块n型硅样品，寿命是1us，无光照时电阻率是10匀的吸收，电子-空穴对的产生率是1022cm-3的贡献占多大比例？

?p光照达到稳定态后.??gL?0?

?p??n?g??1022?10?6?1016cm?3

1光照前:?0??10?cm n0q?n?p0q?p 光照后:?'?np?n?pq?p?n0q?n?p0q?p??nq?n??pq?p16?1916?19

Mine论坛友情提供：http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 第一章 半导体中的电子状态

本章介绍：

本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。

在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。

在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。

在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。 在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。 在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。 在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构

在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构

第一节 半导体的晶格结构和结合性质

本节要点

1.常见半导体的3种晶体结构； 2.常见半导体的2种化合键

一．填空题

1． 能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数，内部势场）

2． 半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和 _________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度，费米分布函数）

3． 两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电，达到热平衡后两者的费米能级________。（正，相等）

4． 半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于_________半导体。（[100]， 间接带隙）

5． 间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷，肖特基缺陷）

6． 在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________，高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2，1/1+exp(2)）

7． 从能带角度来看，锗、硅属于_________

半导体物理学试题及答案

半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题

1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。

A、本征

B、受主

C、空穴

D、施主

E、电子

2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。

A、电子和空穴

B、空穴

C、电子

3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。

A、正

B、负

C、零

D、准粒子

E、粒子

4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。

A、受主

B、深

C、浅

D、复合中心

E、陷阱

5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。

A、相同

B、不同

C、无关

6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。

A、变大，变小 ;

B、变小，变大;

C、变小，变小;

D、变大，变大。

7、砷有效的陷阱中心位

第一章习题

1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近

能量EV(k)分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1?（1）禁带宽度;

?a,a?0.314nm。试求：

（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;

（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）

导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值2m0dk?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处，Ec取极小值4

(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14

3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4

2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V

第一章习题

1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近

能量EV(k)分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1?（1）禁带宽度;

?a,a?0.314nm。试求：

（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;

（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）

导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值2m0dk?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处，Ec取极小值4

(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14

3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4

2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V

第一章习题

1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近

能量EV(k)分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1?（1）禁带宽度;

?a,a?0.314nm。试求：

（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;

（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）

导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值2m0dk?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0?2?2dECdk23m0 83k处，Ec取极小值4

(2)m*nC?3k?k14(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14

3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4

2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V

半导体物理习题解答

1－1．（P32）设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec（k）和价带极大值附近能量Ev（k）分别为：

h2k2h2(k?k1)2h2k23h2k2Ec(k)=+和Ev(k)= －；

3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1＝1/2a；a＝0.314nm。试求：

①禁带宽度；

②导带底电子有效质量； ③价带顶电子有效质量；

④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg

dEc(k)2h2k2h2(k?k1)根据＝＋＝0；可求出对应导带能量极小值Emin的k值：

dk3m0m0kmin＝

3k1， 4由题中EC式可得：Emin＝EC(K)|k=kmin=

h2k1； 4m0由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax＝0；

h2k12h2k12h2并且Emin＝EV(k)|k=kmax＝；∴Eg＝Emin－Emax＝＝ 212m06m048m0a(6.62?10?27)2＝＝0.64eV ?28?82?1148?9.1?10?(3.14?10)?1.6?10②导带底电子有效质量mn

2d2EC2h22h28h232dEC?m0 ；∴ mn＝h/???228dk3m0m03m0

第一章半导体中的电子状态

本章介绍：

本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。

在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。

在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。

在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构

在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构

第一节半导体的晶格结构和结合性质

本节要点

1.常见半导体的3种晶体结构；2.常见半导体的2种化合键。1.金刚石型结构和共价键

重要的半导体材料Si、Ge都属于金刚石型结构。这种结构的特点是：每个原子周围都有四个最近邻的原子，与它形成四个共价

3－7．（P81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×10cm，Nv＝5.7×10cm，试求锗的载流子有效质量mn和mp。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。②77k，锗的电子浓度为10cm，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？

-23-34

[解] ①室温下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10J/K，h=6.625×10J·S，

19－318－3

对于锗：Nc＝1.05×10cm，Nv=5.7×10cm： ﹟求300k时的Nc和Nv： 根据（3－18）式：

192Nc3?3421.05?10h()(6.625?10)()3*2(2??mnk0T)*?3122（3Nc??m???5.0968?10Kg根据n3?232??k0Th2?3.14?1.38?10?300322217

－3

19－318－3

**

－23）式：

18Nv3?3425.7?10h()(6.625?10)()32(2??m*kT)p0*?3122Nv??m???3.39173?10Kg﹟求77k时p3?232??kTh2?3.14?1.38?10