半导体物理第一章思考题答案

半导体物理教案－3

§1.3 半导体中电子和空穴的有效质量

一、一维E(k)曲线极值附近的函数关系

为一种真实晶体中电子的E(k)关系写出具体的函数形式往往十分困难，事实上也没有必要，因为半导体中的导电电子和空穴都分别集中分布在导带底和价带顶，即能带的极值附近，而且是极值附近极小的能量范围，因此不妨用泰勒级数展开一个未知函数的方法来表示半导体中导电电子和空穴的E(k)关系。

仍以一维情况为例，首先考虑E(k)在波数k＝0处取极小值的情况。将E(k)在k＝0附近按泰勒级数展开，取至二次项，得到

dEE(k)?E(0)?dk因为是极值，必有(dE/dk)k＝0=0，所以得

1d2E?k?22dkk?0?k2????k?01d2EE(k)?E(0)?2dk21d2E?2dk2?k2k?0因为是极小值，对确定的E(k)曲线，(d2E/d2k)k=0应该是—个大于零的定值，于是令

?k?01 mn*则可将E(k)曲线极小值附近的函数关系表示为与自由电子相似的抛物线形式，即：

?2k2 E(k)?E(0)?2mn*不同之处仅在于电子的惯性质量m0为mn*所取代。于是我们称mn*为周期势场中电子的有效质量。

对E(k)在k＝0处取极大值的情况，用类似的方法

第一章 思考题与习题

1. 为什么土木工程材料大多数为复合材料？

2. 材料的孔隙率、孔隙状态、孔隙尺寸对材料的性质有什么影响？

3. 材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度有何区别？材料含水时对四者有什么影响？

4. 称取堆积密度为1500kg/m3的干砂200g，将此砂装入容量瓶内，加满水并排尽气泡（砂已吸水饱和），称得总质量为510g。将此瓶内砂倒出，向瓶内重新注满水，此时称得总质量为386g，试计算砂的表观密度。 5. 材料的脆性和弹性、韧性和塑性有什么不同? 6. 脆性材料和韧性材料各有什么特点?

7. 影响材料强度和断裂韧性的因素有哪些？

8. 经测定，质量3.4kg，容积为10.0L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒共注入水4.27 kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为18.6 kg （含筒的质量）。求该石子的表观密度、绝干体积密度、质量吸水率、体积吸水率、绝干堆积密度、开口孔隙率？

9. 含水率为10%的l00g湿砂，其中干砂的质量为多少克? 10.材料含水时对材料的性质有何影响?

11.某岩石在气于、绝于、吸水饱和情况下测得的抗压强度分别为172、178

电子技术基础

1.1 半导体的基本知识 1.2 PN结 1.3 半导体二极管

1.4 特殊二极管 1.5 半导体三极管1.6 场效应管

半导体器件基础

电子技术基础

第一节 半导体的基本知识学习目的与要求：识记本征浓度ni,施主浓 度ND,受主浓度NA;领会半导体的导电特性， 共价键，本征激发，电子载流子和空穴载流子， 掺杂，N型半导体与P型半导体，多子与少子。

半导体器件基础

电子技术基础 1 导体、半导体和绝缘体 自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。 原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着 的带有负电的电子组成。 原子核中有质子和中子，其 中质子带正电，中子不带电。

+原子核

绕原子核高速旋转的核外 电子带负电。

原子结构中： 正电荷半导体器件基础

=

负电荷

电子技术基础

(1) 导体导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远， 因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界 的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱 原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在 常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用 的导电材料有金、银、铜、铝等。

+原子核

导体的特点：内部含有大量的自由电子

半导体器件基础

电子技术基础

(2) 绝缘体绝

第一章 常用半导体器件

第一节 半导体的基本知识

一、填空题：

1、根据导电能力来衡量，自然界的物质可以分为 、 、和 三类。 2、常用的半导体材料是 和 ，它们都是 价元素。

3、半导体中导电的不仅有 ，而且还有 ，这是半导体区别于导体导电的重要特征。

4、掺杂半导体中多数载流子的浓度主要取决于 ，而少数载流子的浓度与 有很大的关系。

5、半导体按导电类型分为 型半导体和 型半导体。

6、P型半导体的多数载流子是 ，少数载流子是 ；N型半导体的多数载流子是 ，少数载流子是 。

7、PN结又叫 层， 层，也叫 区。

8、PN结正偏时，P区接电源的 极，N区接电源的 极；PN结反偏时，P区接电源的 极，N区接电源的 极。 9、PN结具有 性能，即加正向电压时PN结 ，加反向电压时的PN结间 。 二、判断题（正确的在括号内打“√”，错误的打

第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。

2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？

答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？

答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。

物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式

p?pb?pe(p?pe)， p?pb?pe(p?pe)中，当地大气压是否必定是环境大气压？

答：压力表的读数可能会改变，根据

第一章 半导体基础知识

〖本章主要内容〗

本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。

首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。 〖本章学时分配〗

本章分为4讲，每讲2学时。

第一讲 常用半导体器件

一、主要内容

1、半导体及其导电性能

根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 ??cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能

本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上

施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题

1. （a）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b）求硅中（111）平面内在300K温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向取这些向量的合成。）

3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2），(0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc元胞的体积。 4. （a）推导金刚石晶格的键长d以晶格常数a的表达式。

（b）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A，16.29A，和21.72A，求该平面的密勒指数。

5. 指出（a）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及

（b）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。

6. 指出具有晶格常数a的体心立方（bcc）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a的面心立方（fcc）晶格。[提示：用bcc矢量组的对称性： a?aaa(y?z?x)，b?(z?x?y)，c?(x?y?z) 222

第一章思考题及习题：

?单选题：

?1.在统计学的形成和发展过程中，首先将古典概率论引入社会经济现象研究的学者是( A)。?A.阿道夫·凯特勒B.威廉·配第

C.约翰·格朗特D.赫尔曼·康令

B.构成总体的单位，必须是不同的

?2. 在确定统计总体时必须注意()A。?A. 构成总体的单位，必须是同质的?C.构成总体的单位，不能有差异

D.构成总体的单位，必须是不相干的单位

?3.一个统计总体(D)。

?A.只能有一个标志 B.只能有一个指标 C.可以有多个标志D.可以有多个指标

?4.在某地区2003年GDP和人均GDP资料中，属于下面哪一种类统计指标(B)。?A.客观指标和主观指标 B.数量指标和质量指标?C.时期指标和时点指标 D.实体指标和行为指标

?5.对某市高等学校科研所进行调查，统计总体是(D)。?A.某市所有的高等学校B.某一高等学校科研所

?C.某一高等学校D. 某市所有高等学校科研所

?6.要了解某市国有工业企业设备情况，则统计总体是(?)。 ?A.该市全部国有工业企业

B.该市每一个国有工业企业

?C.该市国有工业企业的全部设备D.该市国有工业企业的每一台设备

?7.有200个公司全部职工每个人的工资资料，如要调查这2

施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题

1. （a）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b）求硅中（111）平面内在300K温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向取这些向量的合成。）

3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2），(0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc元胞的体积。 4. （a）推导金刚石晶格的键长d以晶格常数a的表达式。

（b）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A，16.29A，和21.72A，求该平面的密勒指数。

5. 指出（a）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及

（b）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。

6. 指出具有晶格常数a的体心立方（bcc）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a的面心立方（fcc）晶格。[提示：用bcc矢量组的对称性： a?aaa(y?z?x)，b?(z?x?y)，c?(x?y?z) 222

半导体物理 第一章 作业

学生层次：嵌入式系10级电子信息工程（微电子制造）本科

一、名词解释：

1、晶胞 能够反映晶格对称性的最小晶体结构单元，称为晶胞（Unit Cell）

2、闪锌矿型结构 其晶胞是由两类异族原子各自组成的面心立方晶格，沿立方体的空间对角线彼此（互相）位移四分之一的空间对角线长度套构而成。

3、电子的共有化运动 原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，电子可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而电子将可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。（只能在相似壳层间转移；最外层电子的共有化运动最显著）

4、轨道杂化 原子在成键时受到其他原子的作用，原有一些能量较近的原子轨道重新组合成新的原子轨道，使轨道发挥更高的成键效能，这叫做轨道杂化。

5、单电子近似 假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。

二、填空：

1. 半导体材料是指（具有一定的导电能力，电阻率介于导体和绝缘体之间的材料）。元素半导体有（硅、锗）；它们的晶体结构是（金刚石结构）；原子通过（共价）键组成正四面体，键角大小为（109度28分 ），构成（sp3）杂

22