西邮半导体物理试卷答案

1、、名词解释：（3X6=18分）初基原胞：又称初基晶胞或固体物理学原胞，是布拉非格子中的最小周期单 元，也是体积最小的晶胞。直接带隙半导体：导带底和价带顶在同一波矢位置的半导体。格波态密度：确定体积V的晶体，在3附近单位频率间隔内的格波总数。杂质补偿半导体：同时含有施主杂质和受主杂质，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用半导体，通常称为杂质补偿半导体。 迁移率：载流子在单位电场作用下的平均漂移速度。内建电势差：N型半导体和P型半导体接触形成PN节时，N区导带内的电子 在试图进入 P 区导带时遇到一个势垒，这个势垒称为内建电势差。单电子近似：假设每个电子是在周期排列且固定不动的原子核势场及其它电子 的平均势场中运动，用其研究固态晶体中电子的能量状态。电子共有化运动：原子组成晶体以后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局 限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相临的原子上去，电子在整个晶体上 运动，该运动叫电子的共有化运动。替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于在晶格点处，常称为替位杂质。 非平衡载流子的寿命：非平衡载流子的浓度减小到原值的 1/e 所经历的时间。 陷阱效应：当半导体处于非平

2、衡状态时，杂质能级上的发生改变。如果电子增 加，说明能级具有收容非平衡电子的作用；若电子减少，说明能级具有收容空穴 的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称陷阱效应。杂质的补偿：假如在半导体中，同时存在着受主和施主杂质，两者之间相互抵 消的作用。二、填空题：（1X22 =22分）1、在简并半导体中，由于电子的共有化运动而导致电子不再属于某一个原子而 是在晶体中作共有化运动，分裂的每个能带称为允带，其相互之间因没 有能级称为_禁带_。2、杂质原子进入半导基体（如硅、锗等）后，可能以两种方式存在，一种是杂质原子位于晶格原子间的位置，常称为间隙式杂质；另一种方式是杂质原 子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。3、位错是半导体的一种缺陷，它对半导体材料和器件的性能会产生严重的影响。 在棱位错的周围会导致原子间的压缩和伸张，晶格压缩区禁带宽度变宽_; 伸张区禁带宽度 变窄 。4、有效质量概括的是粒子在晶体内部内力作用下的质量，电子在能带顶的有效 质量为负 值，空穴在能带顶的有效质量为正 值。5、根据掺杂原子在晶格中的位置不同，可分为 替位式 和 间隙式 杂 质。6、 载流子速度随外

3、加电场强度线性增加，总速度包括漂移运动度和随机热运动速度两者之和。7、 载流子的复合主要包括：直接 带间 复合和 带隙复合两大类。8、 内建电势差的大小主要取决于：热电压、施主杂质浓度和受主杂质浓度三大类。9、 空间电荷区的宽度：随杂质的浓度增加而，随反偏电压的增大而。10、 形成PN结反向击穿的机制主要有：雪崩击穿 和 齐纳击穿两种。11、 在半导体中，电流主要是由载流子的 漂移 、 扩散 两种运动 形式的构成。5、对于一定的半导体材料，电子和孔穴的浓度乘积n p只决定于温度 ，0 0和 费米能级 以及杂质无关。6、对于n型半导体，当低温弱电离时，多数载流子电子的浓度n在数值上等于0电离的施主浓度 ；在强电离时，电子的浓度n为 施主的掺杂浓度 。07、 对于基体材料一定的n型半导体，费米能级将随着 掺杂浓度的增加 向上偏移，随 温度 升高向下偏移。8、重掺杂的简并半导体，杂质的浓度很高，杂质原子相互间很靠近，被杂质原子束缚的电子波函数显著重叠，杂质电子就可能在杂质原子之间产生有 化运动 ，从而使孤立的杂质能级扩展为能带,通常称为杂质的能带。9、载流子在复合的过程中，一定要释放多余的能

4、量，其能量的释放方式主要包括： 发射光子、发射声子和俄歇复合。10、爱因斯坦从理论上找出扩散系数和迁移率的定量关系，其中迁移率是反映载流子在电场浓度下运动的难易程度，扩散系数反映存在时浓度梯度载流子运动的难易程度。三、简答、简单计算题：（6X5= 30分）1、一简单立方的晶格常数是5.63A，请计算（111）的面间距和面密度?331、答：面间距d 亠a = x5.63x 10-1033=3.25 x 10-10 (m)33面密度 D=話二 3x(5.63x10-10)2 二1.82X1018(/Cm2)2、请简述费米-狄拉克函数和玻尔兹曼分布函数实用条件和相互关系？2、答：费米-狄拉克函数实用的条件是：满足泡利不相容原理 玻尔兹曼分布函数：当能级远离费米能级时，能级被电子占据的几率很小，不在考虑泡利不 相容原理两者的关系是：分布函数的分母是否去掉1。3、为什么随电场的增加，载流子漂移速度会达到饱和？3、答： 载流子漂移速度是迁移率和电场的函数，当电场增加的足够大载流子从低能谷跃迁到高能 谷，高能谷中的有效质量增加，迁移率下降。当电场增加一定程度后，迁移率下降速度和电 场的增加速度相等。

5、载流子的速度达到饱和状态。4、外加作用力之后，为什么过剩载流子密度不能随时间持续增加？当半导体在外加作用力下产生过剩载流子，载流子存在浓度梯度，有扩散 运，载流子边扩散边复合，故载流子的不能随时间可持续增加。5、什么是欧姆接触，制作欧姆接触最常用的方法是什么？当金属和半导体接触，不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发 生显著的改变，叫欧姆接触。制作欧姆接触最常用的方法是用重掺杂的半导体与金属接触 常常在N型或P型半导体上制作一层重掺杂区后再与金属接触，对金属的选择比较自由6、为什么PN结空间电荷区内会有电场，什么位置的电场最大？当P型半导体和N半导体接触后：N型区中多子电子向P型区中扩散，形成带正电荷的空 间区；P型区中的多子空穴向N型区中扩散，形成了带负电的空间电荷区， 于是形成了空间电场。在 P 型区和 N 型区的界面处，电场的强度最大。四、问答题：(9X2 = 18分)1、在半导体材料中，费米能级的位置受那些因素的影响，变化趋势怎样？1、答：在半导体材料中，费米能级的位置受掺杂浓度和温度两种因素的影响；对于N型半导体，费米能级的位置随掺杂浓度向上偏移，对于P

6、型 半导体，费米能级的位置随掺杂浓度向下偏移； 无论是N型还是P型半导体，载流子的浓度都会随温度的增加向本征费米能级移动。2、PN结电容主要包括那两大类，各自的影响因素有那些，变化趋势何如？ PN 结电容主要包括两大类：势垒电容和扩散电容势垒电容的主要影响因素有：施主、受主的掺杂浓度、半导体的介电常数、反偏电压和 接触电势差等 扩散电容的主要影响因素有：热电势、N型区和P型区的电流和载流子寿命。3、半导体的电导率随温度是如何变化，分析产生的主要原因？五、计算题分析题：12X1 = 12分)已知T=300K时硅的实测电子浓度为 n =4.5X104cm3, N =5X10i5cm3o0D(a) 请问该半导体是N型还是P型？(b) 样品的电导率是多少？(c) 计算本样品以本征费米能级E为参考点费米能级的位置？in2C 5x 10io)(a)根据 Po =十=4.5 x 104 =5x 1015(/cm3)0故该半导体为P型半导体。(b)根据o二nq气+ pq气= 4.5X1010X1.60X10-19 X1350 + 5.0 X1015X1.60X10-19X480= 0.384(s)(c)根据p = n exp0i(E - E )FFkTn E -E = kTln你EFi-EFFi F= 0.0259ln5.0 xSOp 7、1.5 xlOio 丿=0.33 (eV)故费米能级在本征费米能级下0.33 eV位置处。2、晶格常数为 0.25nm 的一维晶格，当外加 102 V/m,107 V/m 的电场时，分 别计算电子自能带底运动到能带顶所需要的时间。q 二 1.602 x 10-19 Ch = 6.625 x 10-34 J - s解设电场强度为E,TF=hdk =qE (取绝对值):.dt=- dkdtqE.t二力=i2a dk= 1代入数据得：00 qEqE 2 a6.62x10-348.3x10-6t=(s)2 x1.6 x10 -19 x 2.5 x10-10 x EE当 E=102V/m 时，t=8.3X108 (s)； E=107V/m 时，t=8.3X 10-13 (s)。

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