半导体物理第一章习题答案.docVIP

半导体中的电子状态 补充题1、室温下自由电子的热速度大约是105m/s，试求其德布洛意波长。 按德布洛意关系，可知其德布洛意波长 补充题2、参照元素周期表的格式列出可直接构成或作为化合物组元构成半导体的各主要元素，并按共价键由强到弱的顺序写出两种元素半导体和八种化合物半导体，并熟记之。 2 B C N O 3 Al Si P S 4 Cu Zn Ga Ge As Se 5 Ag Cd In Sn Sb Te 6 Hg Pb 例如：金刚石、硅、碳化硅、GaAs、GaN、ZnS、CdS、Cu2O 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 m0为电子惯性质量，k1 =(2a)-1，a = 0.314 nm。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。 ⑴求禁带宽度即求导带极小值与价带极大值之差。由 知导带在处有其唯一的极小值 同理，由 知价带在kV=0处有其唯一的极大值 于是知禁带宽度 代入数据h=6.625?10-34J?s，m0=9.1?10-31kg，a=0.314nm=3.14?10-10m，并利用单位换算1J=0.625?1018eV，最后得 ⑵按电子有效质量的定义，欲求导带底电子的有效质量须首先求出导带极小值附近E(k)函数二阶导数的值。于是，由 得 ⑶同理，由 可得价带顶电子有效质量： ⑷价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化由导带极小值和价带极大值所对应的k值之差决定，即 带入数据知?P=7.91?10-25 (kg.m/s) 2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加电场分别为102V/m和107V/m，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 可知 于是得 代入数据得： 当 补充. 根据GaAs1-xPx 的G能谷和X能谷随GaP摩尔比率x变化的下列经验公式 计算GaAs1-xPx从直接禁带变成间接禁带的临界GaP摩尔比x。式中，EX0 和EX1分别表示摩尔比为0和1时，?能谷相对于价带顶的能量差，其值分别是1.79eV和2.26eV。 EX0=1.79eV和EX1=2.26eV代入EX(x)的表达式，该式即 GaAs1-xPx从直接禁带变成间接禁带的临界状态即E?(x)=EX(x)的状态，由 整理得临界状态所对应的GaP摩尔比x应满足方程 取其合理解x=0.44，即GaAs1-xPx在x＞0.44时从直接禁带变成间接禁带。 补充. 根据参考书中的数据画出GaP和InP的E(k)简图。 注意导带与价带极值的位置，极值处曲线的曲率大小,以及重空穴带和轻空穴带的区分 第一章 半导体物理习题 [100] [111] E(k) ? X L 2.26eV GaP [100] [111] E(k) X 1.34eV InP k L 重空穴带 轻空穴带 重空穴带 轻空穴带 ?