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半导体物理学简答题及答案
(精)
第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同,
原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。
答:原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形
式存在,没有一个固定的轨道;而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电
子,在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电
子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原
子间的相互作用,应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶
体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,
而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似。
2.描述半导体中电子运动为什么要引入描述半导体中电子运动为什么要引入有效质量有效质量的概念,
用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。
答:引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导
体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性
质量描述的是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通
常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量3.一般来说,
对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此,为什么?
答:不是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就是越窄
;而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄,掺杂浓度低,
禁带就比较宽。
4.有效质量有效质量对对能带的能带的宽度宽度有什么有什么影响影响,有,有人说人说有效质量愈大,能量密度也愈大,因
而能带愈窄.是否如此,为什么?
答:有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1(k
)随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大,内层电子的能
带窄,有效质量大;外层电子的能带宽,有效质量小。
5.简述有效质量与能带结构的关系;
答:能带越窄,有效质量越大,能带越宽,有效质量越小。
6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化?
外场对电子的作用效果有什么不同;
答:在能带底附近,电子的有效质量是正值,在能带顶附近,电子的有效质量是
负值。在外电F作用下,电子的波失K不断改变,f=h(dk/dt,其变化率与外力成正比
,因为电子的速度与k有关,既然k状态不断变化,则电子的速度必然不断变化。
7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系,
为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度?
答:沿不同的晶向,能量带隙不一样。因为电子要摆脱束缚就能从价带跃迁到导
带,这个时候的能量就是最小能量,也就是禁带宽度。
5.为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级?
答:因为金是深能级杂质,能够产生多次电离,每一次电离相应的有一个能级,
因此,金在硅锗的禁带往往能引入若干个能级。
6.说明掺杂对半导体导电性能的影响。
答:在纯净的半导体中掺入杂质后,可以控制半导体的导电特性。掺杂半导体又
分为n型半导体和p型半导体。
7.说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同?答:深能级杂质在半导
体中起复合中心或陷阱的作用。
浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用
8.什么叫杂质补偿,什么叫高度补偿的半导体,杂质补偿有何实际应用。
答:当半导体中既有施主又有受主时,施主和受主将先相互抵消,剩余的杂志最
后电离,这就是杂质补偿,若施主电子刚好填充受主能级,虽然杂质很多,但不
能向导带和价带提供电子和空穴,这种现象称为杂质的高度补偿。利用杂质补偿
效应,可以根据需要改变半导体中某个区域的导电类型,制造各种器件。
9.什么是半导体的共掺杂答:掺入两种或两种元素以上
第三章
1.半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态,其物理意义如何?
载流子激发和载流子复合之间建立起动态平衡时称为热平衡状态,这时电子和空
穴的浓度都保持一个稳定的数值,处在这中状态下的导电电子和空穴称为热平衡
载流子。
2.什么是能量状态密度能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
3.什么叫统计分布函数,费米分布和玻耳兹曼分布的函数形式有何区别?在怎样的
条件下前者可以过渡到后者,为什么半导体中载流子分布可以用玻耳兹曼分布描
述?
统计分布函数描述的事热平衡状态下电子在允许的量子态如何分布的一个统计分
布函数。当E-EFkT时,前者可以过度到后者。
4.说明费米能级的物理意义,根据费米能级位置如何计算半导体中电
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