半導(dǎo)體物理考試復(fù)習(xí)題

1、1. 電子在晶體中的共有化運(yùn)動(dòng)指的昱°A. 電子在晶體中各處出規(guī)的幾率相同B. 電子在晶體元胸申各點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相同C. 電了在晶體各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)山現(xiàn)的幾率相同D電子住晶體各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)有相同位相2. 本征半導(dǎo)體是指的半異體。A. 不含雜質(zhì)與缺陷B電子密度與空穴密度相等C.電隕率最議D.電干密滾與本征載流子密度相等3. 衛(wèi)族化合物中的皿空位V口是oA 點(diǎn)陣中的金屬原子空位B. 點(diǎn)陣中的京子間隙C. -種在禁帶中引人施主能級(jí)的點(diǎn)缺陷D. 種在禁帶中引人受主能級(jí)的位錯(cuò)4. 自補(bǔ)償效應(yīng)的起因是。A. 材料中先已冇在某種深能級(jí)親質(zhì)B，材料中先已存在某種深能級(jí)缺陷C. 摻入的雜質(zhì)是女性雜質(zhì)D. 按雜

2、導(dǎo)致某種鈦陷產(chǎn)生5. 若某半導(dǎo)依導(dǎo)帶申發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零則該半導(dǎo)體必定oA. 不含55主雜質(zhì)B不含受主雜質(zhì)C.不含任何雜質(zhì)D.處于絕對(duì)零度6. 半導(dǎo)體中載流子護(hù)議系數(shù)的大小決定于崑中的 .A.復(fù)合機(jī)期B.敝肘機(jī)構(gòu)C.能帶結(jié)構(gòu)D.晶體結(jié)枸7. 狂豐摻會(huì)的工藝主妄用于從造器件.A.高可第哇B.島反壓C.高頻D.大功率8. 欲在挨雜適度的無(wú)岌咖態(tài)e型硅上做歐姆屯極，以下四種金冨中最活合兇是A. 】n(W, = 3.8 eV)C- Au(Wm = i.8 eV)B Cr(嘰=4.6 eV)D. AL(Wm = 4.2 eV)9在光電轉(zhuǎn)渙過(guò)程中，硅材料一般不如神化俅量子效率高，因其A.禁帶較窄C.蔡帶較

3、寬B.禁帶是間接躍遷型D.禁帶是直接躍遷型10.公式臥=逬和孔=中的心m*nA.對(duì)&取值相同B. 對(duì)GaP取值相同C. GeAs取值相冋D.對(duì)Ge取值相同1. C 2, A 3. A 4. R S. D 5. B 7. C 8. A 9. B 10. C1. 伸化蘇的導(dǎo)帶極值位丁冇里崩區(qū)、A.屮心B. <111）方向近邊界處&G <100>方向近邊界處D. <L1O）方向近邊界處2. 重空穴拾的是,A質(zhì)呈校大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴b價(jià)帶頂附近由率較大的等能面上的空穴C. 價(jià)帶頂附近曲率較小的竽能面上的空穴IX自曲軌道耦合分裂出*的陡帶上的空穴3一對(duì)于

4、匪比合物半導(dǎo)體陥君平均原于序數(shù)的增他oA. 禁市寬度增大B. 禁帶寬度變小C. 最低的導(dǎo)帶極小值從布卑朋區(qū)中心移向邊界D. 鼓低的導(dǎo)帶極小值在布里淵區(qū)中心不變?nèi)蕳署W費(fèi)氷分布羽數(shù)，電于占據(jù)（6*外）能飯的幾率cA. 等于空穴占iK' Ep -kT）能級(jí)的兒率B. 等十空穴占Ep-kT）能級(jí)的幾舉C. 尢于業(yè)子占據(jù)&的幾率D. 丈于空穴占冼t的幾率5對(duì)于只含一種雜質(zhì)酋非簡(jiǎn)并r.St導(dǎo)休，費(fèi)米能級(jí)Er隨湼度上升而場(chǎng)調(diào)上升B.單調(diào)下降C.經(jīng)過(guò)一極小値趨近ED.繆過(guò)一極大個(gè)趨近丘6 若其材料電阻率隨溫度上升而先下降方上尹，該材料是oA.金屈B.本征半導(dǎo)體C.摻雜半導(dǎo)體D.高純化臺(tái)物半導(dǎo)體

5、7, 公式p -中的匸是栽流子的 IA.痕碣時(shí)哥B.壽命C平約自由町問(wèn)0擴(kuò)散系戳8. 在iSAJk空肘空間實(shí)驗(yàn)室中的生反曲宓化鎮(zhèn)邇常具有曜高粘載澆干遷移率，這是同為舲綠戰(zhàn).2無(wú)強(qiáng)質(zhì)污染E旻校僵宇雷射線照射U晶休生悵:完整性好化學(xué)配比合理X下列情形中，室溫下功函數(shù)呈大者為.A.含WlX10JS/cm3 的程B.含磷 1 XIOW 的StU 含 ffllX10J7cm® lX10l7cmJ 的極 D 純凈硅10,對(duì)如下四種硅材熾，室溫下電子遷移率由大劉小曲順序是A. abedB* bedCh ctltbD dateh A 2. C 3. B 4. B G. D 6. C 7. C 8.

6、C 9. A © D第一章半導(dǎo)體的電子狀態(tài)1 設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量Ec(k)和價(jià)帶極大值附近能 量Ev(k)分別為：_ h2k2h2(k - kJ2 .h2k2i 3h2k2Ec=- , Ev(k)3momb6momom0為電子慣性質(zhì)量，k- =,a =0.314 nm試求：a(1) 禁帶寬度；(2) 導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；(3) 價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；(4) 價(jià)帶頂電子躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)準(zhǔn)動(dòng)量的變化解：(1)導(dǎo)帶:二 Qk-ki)3得：kki42 .又因?yàn)椋篸 Ecdk23momo匸03m0所以：在k二4k處,E(取極小值dEvdk又因?yàn)閙0d2Ev62dk2mb:

7、0,所以k二0處，E取極大值因此：Eg3Ec(ki) - Ev( 0)4玉512m)呢d2Ecdk2k 3ki4 1(3)mnv2d2Evmg6價(jià)帶:6 2kdk2解：根據(jù)：f二qE二h t得氏qE所以： ：p=k) 3 -k)心二總3僉 -0 =7.95 10,5N/s kk4(4)準(zhǔn)動(dòng)量的定義:k =0ip = k2.晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當(dāng)外加102V/m, 107 V/m的電場(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子自能帶底運(yùn)動(dòng)到能帶頂所需的時(shí)間(0-)孟 2 -8.27 10"s-1.6 10102一(0-丄)盤 亍=8.27 1043s-1.6 101071911-17如果n S!

8、半導(dǎo)體導(dǎo)帶極值在110軸上及4H應(yīng)對(duì)稱方向上，冋旋共掠實(shí) 驗(yàn)結(jié)果應(yīng)如何？?。焊鶕?jù)立方對(duì)稱性應(yīng)右下列12個(gè)力向上的旋轉(zhuǎn)搐球血i】c,n)ioii，rnoToTo了 T存010門011,】10jloiLCoTi則由解析幾何定理母,R 2心的夾角余孩co£為b、h +%上2十以3JAi4- b + tA X+ 房二企;式中/=砧+切+M 對(duì)不冋方向的茨轉(zhuǎn)楠球面取不同的一組(1)若B沿(1：1方向，狗 2 斗以聯(lián)兩組數(shù).對(duì)口応門0心01口0口0丁1工01口左向的旋轉(zhuǎn)橢球得 對(duì)1初,戸10仃0門讓10巧"叮0仃方向的錠轉(zhuǎn)棉球得=/y對(duì)iTo,Tio»EToi.1oT，EgT

9、i,oiT方向的旋轉(zhuǎn)欄球得COS。= 0O9所以當(dāng)3的=4彳時(shí)9 gf 8= ysit? &= y又丙為壯=叭/故":短叫當(dāng) co&0 Ej,ccs:90 MnW=L 同球得m： =由叫=砧"；町知嚴(yán)沿(111)方向時(shí)向有利個(gè)共扳吸收峰。(2若B沿110方向，則ss6可以取三組數(shù)。對(duì)110口丁0方向施轉(zhuǎn)仰球co9-i；對(duì)1%了10方向険轉(zhuǎn)桶球，8詔=0$對(duì) 0】0 1，0丁丄0111"150叮二訕口們方向旋轉(zhuǎn)戀冰co“=£當(dāng) |cos?| = 1 時(shí) * cos2 0 1 sin3tf=0 彳g :血:Tnt當(dāng) I cosfi | = 0

10、 時(shí):cosa0 sin3 #= 1得曲當(dāng) i cosSI -34 *coszS十 血9=¥得曲tn3擷;屛故*應(yīng)有三個(gè)吸收峰冬(3)若I)沿10。方向則costf可以取兩組數(shù)卜MiioiEiioLiToCT To*Toi,|：ioT,Tor*ioi方向上族轉(zhuǎn)橢球得I COfi 丄V2 狀0】1止"口卩門0111方問(wèn)上的旋轉(zhuǎn)橢球得| cosS 0當(dāng)| co砌-catr 9= siif =y得喬師當(dāng) cosS0 時(shí)：co蛋於=03他'。=1所H應(yīng)有兩亍共撫吸收M"皓空間任意方向時(shí)甜最男可有G卜不同值.故可議求G個(gè)曲，所以應(yīng)有£共振吸収峰"

11、第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)7.銻化銦的禁帶寬度Eg=0.18eV,相對(duì)介電常數(shù).=17，電子的有效質(zhì)量mn =O.O15mo, mo為電子的慣性質(zhì)量，求施主雜質(zhì)的電離能，施主的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑。解：根據(jù)類氫原子模型*4還十一ED 2(45；“h2 ；。TT 2q m02h ；0；rr2 廠mn匹導(dǎo)=0.0015 136 =7.1 10 eVm。；17ro=0.053 nmm0 ；r* r0 二 60nm mn8.磷化傢的禁帶寬度Eg=2.26eV,相對(duì)介電常數(shù) .=11.1，空穴的有效質(zhì)量r。2:q m。h2名0務(wù) r 2 - 二q mP1.計(jì)算能量在宀=0.053nmg(E)V （

12、2m*）2二2 3 (E1-Ec)2dZ 二 g(E)dE單位體積內(nèi)的量子態(tài)數(shù)E -12mnl21Zo va E)dE =V匚一V27131穽(E- Ec)2dE3(2m*)231000二EcEc2100h小 28mnLmp=0.86m,m°為電子的慣性質(zhì)量，求受主雜質(zhì)電離能；受主束縛的空穴 的基態(tài)軌道半徑。解：根據(jù)類氫原子模型：*4*mpqmpEo13.6-Ea222 - 0.0862 - 0.0096eV2（4 聴° %）衣m°%11.1m0 ；r-7 r0 = 6.68 nm mP第三章 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布E=E到e二EC 100；之間單位體積中的量子

13、態(tài)數(shù)。2mnL6.計(jì)算硅在-78 °C, 27°C, 300°C時(shí)的本征費(fèi)米能級(jí)，假定它在禁帶中間合理嗎?Si 的本征費(fèi)米能級(jí)，Si : mn 二 1. 08mo, m0. 59m 1Ef = EEC瓦i3kTmpIn24mn當(dāng)T1二195K時(shí)，kT13kT .-0. 016eV,ln0. 59m0二-0. 0072eV41. 08m03kT0.59當(dāng)T2二300K時(shí)，kT2-0. 026eV,ln工0.012eV41.083kT0. 59當(dāng)T2 =573K時(shí)，kT3二 0. 0497eV,ln-0. 022eV41.087.在室溫下，鍺的有效態(tài)密度N=1.05

14、1019cm3，N/=3.9 1018cm3，試求鍺的載流子有效質(zhì)量n*n m*p。計(jì)算77K時(shí)的2和N。已知300K時(shí)，Eg=0.67eV。77k 時(shí)Eg=0.76eV。求這兩個(gè)溫度時(shí)鍺的本征載流子濃度。77K時(shí)，鍺的電子濃度7.(1)根據(jù) Nc=222亠Nc為1017cm3，假定受主濃度為零，而 Ec-ED=0.01eV，求鍺中施主濃度Ed為多少？2二223=0. 56叫=5. 1 x 10 kg12曲2NT3|丄=0. 29m = 2. 6 疋 10 kg2 一(2)77K時(shí)的 NC、N/Nc(77K)NC(300K). T 300 30077 )3 = 1. 051019.30077)

15、3 = 1.371018 / cm3300 300 300Nv 二 Nv77)3 - 3. 9101830077)3 - 5. 081017 / cm3 3000. 67*1 r室溫：ni =(1.05 10193. 9 1018) 2ek0 300 = 1. 7 1013 / cm3(3)n =(NcNEg -2koT77K寸，ni= 1.9810- /= (1.3710180. 765. 08咒1017)%收73 cmNdNd2 expEd 工 _Ef12ekoTNd岳D no亠 2e - k0T cNd 二 n°(1=1017(10.01 2e 0. 0671017)1. 37

16、1018=.1. 171017 / cm310.以施主雜質(zhì)電離90%乍為強(qiáng)電離的標(biāo)準(zhǔn)，求摻砷的 n型鍺在300K時(shí)，以雜質(zhì)電離為主的飽和區(qū)摻雜質(zhì)的濃度范圍。解As的電離能：Ed =0.0127eV, Nc = 1.05 1019 室溫300K以下，2Nd/exp(Nc2NdNc10% 二As雜質(zhì)全部電離的摻雜上限Ed)k°T)0. 01270.0260. 0127exp2A摻雜濃度超過(guò)G的本征濃度ni0. 1Nc ©0. 11. 051019.A的摻雜濃度范圍10ni N! 3/ cm0.0127乍辰=3.221017 / cm32Nd上限的部分，在室溫下不能 電離= 2.

17、41013 / cm3d上限，即有效摻雜濃度為2.41014 3.221017 / cm3【例3-17若錯(cuò)中雜質(zhì)電殼能晞=0. nieV.CS生雜質(zhì)衆(zhòng)岌分別為Np=10,l W 及10 W,計(jì)算99%電離;90%電離；3) 5(%電曳時(shí)渥更各為多少？來(lái)電臥雜質(zhì)占帆百分比為求得n 2M)D =亍沖冇E。 D.k0 T ln 2N° T-1.38xlo»X，-5X，O- = l6 汕=2(2打簾£尸* = 2 X 1嚴(yán)廠116, D-K . D x2x1dnxT<?T-in 2比一叫呱) Nd= 1014/cm； ,99%電姦即 D_ = 1 -99% =0.0

18、1即；亨=IndO-12) = -|lnT-2.3 平=寺1<1丁-2.3ozm不o呂乜品EH送T蟲(chóng)呂W懇)ZLOZ©5rYfooFQJEMLsNaN 弊lukn 卜-onspsl一xglx-zxpo 一 9 二因?yàn)榧醇慈?duì)數(shù)后得槽理得F式故即£F-£D-A0T1n25Q%電離不能再用上式Nt=Nd1+2網(wǎng)（-籠豐）網(wǎng)舒）卄卜鏟_ I弘 i瓦AEu忍丁當(dāng) ND = K):1/rr«3 時(shí)冇116TIn2 X 1019=111(20T) = yln7' 十 ln2Q 學(xué)=騷丁+3JLJ當(dāng) Nu = W17/-cm3 時(shí)此兀數(shù)方程可用圖値法或迭

19、代法解岀"(B)迭代袪：以99%電離為側(cè)取ND=10l4/ctn得：學(xué)=汕丁-2再解出丁 = 一至一，列下表:ylnT-2.3lnTtrB+l5, 71IL 5際.2.$2韓S毅.$兒4&39. &3.礙込d35.0乩663.59蕾3Jt6237.137.13.65所以T-37.1K,對(duì)其他情況可做類似處理.第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性2.試計(jì)算本征Si在室溫時(shí)的電導(dǎo)率，設(shè)電子和空穴遷移率分別為1350cnT/( V.S)和500cm1/( V.S)。當(dāng)摻入百萬(wàn)分之一的 As后，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試計(jì)算其電導(dǎo)率。比本征Si的電導(dǎo)率增大了多少倍?解：300K時(shí)，un =1350c

20、m2 /(V S), up =500cm2 /(V S)，查表 3-2 或圖 3-7 可 知，室溫下Si的本征載流子濃度約為ni =1.0 1010cm“。二=nqunpq% =njq(unup) = 1 1010 1.602 10-19 (1350+500) = 3. 0 10S / cm金鋼石結(jié)構(gòu)一個(gè)原胞內(nèi)的等效原子個(gè)數(shù)為8 8 6 2 4, 個(gè),查看附錄B知Si 的晶格常數(shù)為。聞血叫則其原子密度為(。榊。；計(jì))3 =5 亦。1摻入百萬(wàn)分之一的AS,雜質(zhì)的濃度為Nd =5 1。22歸0" 1。16屛，雜質(zhì)全部電離后，Nd厲，這種情況下，查圖4-14 (a)可知其多子的遷移率為28

21、00 cm /( V.S)NDqu； =5 1016 1.602 10-19 800=6.4S/cm比本征情況下增大了、= 6."衛(wèi)=2.1 106倍a 3x1016. 分別計(jì)算摻有下列雜質(zhì)的Si，在室溫時(shí)的載流子濃度、遷移率和電阻率： 硼原子3 1015cm3; 硼原子1.3 1016cm3+磷原子1.0 1016cm3 磷原子1.3 1016cm3+硼原子1.0 1016cm 磷原子3 1015cm3+傢原子1 1017cm3+砷原子1 1017cm3。解：室溫下,Si本征載流子濃度ni =1.0 1010 / cm3，硅的雜質(zhì)濃度在1015-1017cm3屬?gòu)?qiáng)電離區(qū)。范圍內(nèi)，室

22、溫下全部電離,硼原子3 1015cm3p Na =3 1015 / cm3n 工二工=3.3 104/cm3 p 3 1015查圖4-14(a)知，=480cm2 /V sUpqNA1.602 10-19 3 1015 480 一4'3 .cm硼原子1.3 1016cm3+磷原子1.0 1016cm3P：Na-Nd =(1.3-1.0) 1016 / cm3 = 3 1015 / cm32nin =P1 10203 101543= 3.3 10 / cmNi 二NaNd=2.31016 /cm3，查圖 4-14(a)知,J350cm2/Vs1 1育亦5.9 1 cmUpqp 1.602

23、 10-19 3 1015 350磷原子1.3 1016cm3+硼原子1.0 1016cm nNd - Na =(1.3-1.0) 1016 / cm3 =3 1015 / cm32 20ni1104 .3p15 = 3.3 10 / cmn 3匯10Nj 二 Na Nd =2.3 1016 /cm3，查圖 4-14(a)知，1000cm2 /V s1 ,-79152.11 .cmunqp 1.602 10-3 101000磷原子3 1015cm3+傢原子1 1017cm3+砷原子1 1017cm-32 20n : ND1-Na ND2=3 1015/cm3 , p =山1015 =3.3 1

24、04 /cm3 n 3叮0Ni =Na Nd1 Nd2 =2.03 1017 / cm3，查圖 4-14( a)知，心=500cm2 / V sc11P 畑=1915=4.20 .cmunqp 1.602 10-3 1050017.證明當(dāng)Un"且電子濃度n=n Jup/un, p = n i jujup時(shí)，材料的電導(dǎo)率最小,并求;"min的表達(dá)式。2解：二=pqup nqun 二丄 qup nnqund£dn2n-q( - 2 u p u n),nd2二dn2令d二dn2ni= 0=(- 2nn = nup/un, p = nuu / upd2 二dn22nn 斗

25、 Up / Un=q 3upni ( up / un )、up / un2u n Ju n-=q/ >0n片.up因此，n二n,. up/ un為最小點(diǎn)的取值二min =q(n.uu /upup ni up /unun 尸2qni . uuup試求300K時(shí)Ge和Si樣品的最小電導(dǎo)率的數(shù)值，并和本征電導(dǎo)率相比較。查表4-1，可知室溫下硅和鍺較純樣品的遷移率Si:匚聞=2qni . uuu -2 1.602 10“ 1 1010 . 1450 500 =2.73 10S/cm1Q10G 二 qn (up un) =1.602 101 10(1450 500) = 3.12 10 S/cmG

26、e: crmin = 2qnjfUuUp =2匯1.602漢109 x1>d010 匯、3800x1800 =8.38x10_6S/cmGe: crmin = 2qnjfUuUp =2匯1.602漢109 x1>d010 匯、3800x1800 =8.38x10_6S/cm19106b =qni (up+山)=1.602 匯 10一漢仆10 乂 (3800 + 1800)= 8.97O0S / cm第五章非平衡載流子2.用強(qiáng)光照射n型樣品，假定光被均勻地吸收，產(chǎn)生過(guò)剩載流子，產(chǎn)生率為空穴壽命為。(1)寫出光照下過(guò)剩載流子所滿足的方程;(2)求出光照下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的過(guò)載流子濃度。解

27、：均勻吸收，無(wú)濃度dPp g亓gLdt方程的通解：.:p(t)(2)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),t=Ae_gL業(yè)二0dt一 ：pgL 二 0.二 Ap = gi7.摻施主濃度 N=1015cm3的n型硅，由于光的照射產(chǎn)生了非平衡載流子n= ：p=1014cmi3。試計(jì)算這種情況下的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)位置，并和原來(lái)的費(fèi)米能級(jí)作比較。強(qiáng)電離情況，載流子濃 度 n 二 n0. ：n 二 10151014二 1. 11015 / cm32n.14P 二 p0Lp匚 10Nd10 25 10)1014 =1。14/cm1015n = npEFn -匕koTEi -Efp'k°TEFnk0Tln nn.iEFn-Eik0Tln1"10=0.291eV10EFP二Ei-k0Tln1.510PPiEFP-Ei一 k0Tln10141.5平衡時(shí)EfkoTln0.229eV1010