半导体物理学-(第七版)-习题解答.doc

3－7．（P81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，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1017cm－3，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？ [解] ①室温下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10-23J/K，h=6.625×10-34J·S， 对于锗：Nc＝1.05×1019cm－3，Nv=5.7×1018cm－3： ﹟求300k时的Nc和Nv： 根据（3－18）式： 根据（3－23）式： ﹟求77k时的Nc和Nv： 同理： ﹟求300k时的ni： 求77k时的ni： ②77k时，由（3－46）式得到： Ec－ED＝0.01eV＝0.01×1.6×10-19；T＝77k；k0＝1.38×10-23；n0＝1017；Nc＝1.365×1019cm-3； [毕] 3－8．（P82）利用题7所给的Nc和Nv数值及Eg＝0.67eV，求温度为300k和500k时，含施主浓度ND＝5×1015cm-3，受主浓度NA＝2×109cm-3的锗中电子及空穴浓度为多少？ [解]1) T＝300k时，对于锗：ND＝5×1015cm-3，NA＝2×109cm-3： ； ； ； ； 2）T＝300k时： ； 查图3-7(P61)可得：，属于过渡区， ； 。 （此题中，也可以用另外的方法得到ni： 求得ni）[毕] 3－11．（P82）若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算(1)99%电离，(2)90%电离，(3)50%电离时温度各为多少？ [解]未电离杂质占的百分比为： ； 求得： ； ∴ ND=1014cm-3，99%电离，即D_=1-99%=0.01 即： 将ND=1017cm-3，D_=0.01代入得： 即： 90%时，D_=0.1 即： ND=1017cm-3得： 即：； 50％电离不能再用上式 ∵ 即： ∴ 即： 取对数后得： 整理得下式： ∴ 即： 当ND＝1014cm-3时， 得 当ND＝1017cm-3时 此对数方程可用图解法或迭代法解出。[毕] 3－14．（P82）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。 [解]对于硅材料：ND=9×1015cm-3；NA＝1.1×1016cm-3；T＝300k时 ni=1.5×1010cm-3： ； ∵且 ∴ ∴ [毕] 3－18．（P82）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.04eV，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。 [解]n型硅，△ED＝0.044eV，依题意得： ∴ ∴ ∴ ∵ ∴ [毕] 3－19．（P82）求室温下掺锑的n型硅，使EF＝(EC＋ED)/2时的锑的浓度。已知锑的电离能为0.039eV。 [解]由可知，EFED，∵EF标志电子的填充水平，故ED上几乎全被电子占据，又∵在室温下，故此n型Si应为高掺杂，而且已经简并了。 ∵ 即 ；故此n型Si应为弱简并情况。 ∴ ∴ 其中 [毕] 3－20．（P82）制造晶体管一般是在高杂质浓度的n型衬底上外延一层n型的外延层，再在外延层中扩散硼、磷而成。①设n型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039eV，300k时的EF位于导带底下面0.026eV处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。 [解] ①根据第19题讨论，此时Ti为高掺杂，未完全电离： ，即此时为弱简并 ∵ 其中 [毕] 4－1．（P113）300K时，Ge的本征电阻率为47Ω·cm，如电子和空穴迁移率分别为3900cm2/V·S和1900cm2/V·S，试求本征Ge的载流子浓度。 [解]T=300K，ρ＝47Ω·cm，μn＝3900cm2/V·S，μp＝1900 cm2/V·S [毕] 4－2．（P113）试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/V·S和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。比本征Si的电导率增大了多少倍？ [解]T=300K,，μn＝1350cm2/V·S，μp＝500 cm2/V·S 掺入As浓度为ND＝5.00×1022×10-6＝5.00×1016cm-3 杂质全部电离，，查P89页，图4－14可查此时μn＝900cm2/V·S [毕] 4－13．（P114）掺有1.1×1016 cm-3硼原子和9×1015 cm-3磷原子的Si样品，