半导体物理习题.docx

半导体中的电子状态 1-1、什么叫本征激发？为什么温度越高，本征激发的载流子越多。 1-2、 试定性阐明 Ge， Si 的禁带宽度含有负温度系数的因素。 1-3、试指出空穴的重要特性。 1-4、简述 Ge 、Si 和 GaAS 的能带构造的重要特性。 1-5、能带分析半导体，导体，绝缘体导电机制。 1-6 、某一维晶体的电子能带为其中 E 0 =3eV ，晶格常数 a=5 х 10 -11 m 。求：（1）能带宽度；（2能带底和能带顶的有效质量。 第一篇 题解 半导体中的电子状态 1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（ ≥ E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其成果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。 1-2、 解：电子的共有化运动造成孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，造成允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则造成允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度减少，将造成禁带变宽。因此，Ge 、 Si 的禁带宽度含有负温度系数。 1-3、 解： 空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。重要特性以下：A 、荷正电 +q ；B 、空穴浓度表达为 p （电子浓度表达为 n ）；C 、 E P =-E n D 、 m p *=-m n * 。 1-4、 解：（1）Ge 、Si能带重要特性 a ） Eg (Si ：0K) = 1.21eV ； Eg (Ge :0K) = 1.170eV ； b ） 间接能隙构造c ） 禁带宽度E g随温度增加而减小；（2）GaAs a ）E g（300K）= 1.424eV ，Eg (0K) = 1.519eV ；b ） 直接能隙构造；c ） Eg 负温度系数特性：dE g /dT = -3.95 × 10 -4 eV/K ； 1-5，按固态能带理论物质的核外电子有不同能量。根据核外电子能级不同，把它们的能级划分为三种能带（导带，禁带，价带），在禁带不允许有电子存在，禁带把导带和价带分开，对于导体，它的大量电子处在导带，能自由移动。在电场作用下，成为载流子。因此，导体载流子的浓度很大，对于绝缘体和半导体，它的电子大多数处在价带，不能自由移动，但在热，光等外界因素的作用下，能够使少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上成为载流子，绝缘体和半导体的区别是禁带宽度的不同。半导体的禁带很窄（普通低于3ev）,绝缘体的禁带宽某些，电子的跃迁困难诸多。因此，绝缘体的载流子浓度极少，导电性能很弱。 1-6、 解：由题意得： 答：能带宽度约为 1.1384Ev ，能带顶部电子的有效质量约为 1.925x10 -27 kg ，能带底部电子的有效质量约为 -1.925x10 -27 kg 。 第二篇 习题 - 半导体中的杂质和缺点能级 2-1 、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 2-2 、什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特性？试举例阐明之，并用能带图表征出 n 型半导体。 2-3 、什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特性？试举例阐明之，并用能带图表征出 p 型半导体。 2-4 、掺杂半导体与本征半导体之间有何差别？试举例阐明掺杂对半导体的导电性能的影响。 2-5 、两性杂质和其它杂质有何异同？ 2-6 、深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？ 2-7 、何谓杂质赔偿？杂质赔偿的意义何在？ 第二篇 题解 半导体中的杂质与缺点能级 2-1 、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远不大于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。 2-2 、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。施主电离前不带电，电离后带正电。例如，在 Si 中掺 P ， P 为 Ⅴ 族元素，本征半导体 Si 为 Ⅳ族元素，P掺入Si中后，P的最外层电子有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而P的第五个外层电子将受到热激发摆脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。 n 型半导体的能带图如图所示：其费米能级位于禁带上方 2-3 、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。 受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。受主电离前带不带电，电离后带负电。例如，在 Si 中掺 B ， B 为 Ⅲ 族元素，而本征半导体 Si 为 Ⅳ族元素，P掺入