半導(dǎo)體物理學(xué)簡(jiǎn)答題及答案(精)

半導(dǎo)體物理學(xué)簡(jiǎn)答題及答案(精)第一章1.原子中的電子和晶體中電子受勢(shì)場(chǎng)作用情況以及運(yùn)動(dòng)情況有何不同,原子中內(nèi)層電子和外層電子參與共有化運(yùn)動(dòng)有何不同。答：原子中的電子是在原子核與電子庫(kù)倫相互作用勢(shì)的束縛作用下以電子云的形式存在，沒有一個(gè)固定的軌道；而晶體中的電子是在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的共有化電子，在晶體周期性勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。當(dāng)原子互相靠近結(jié)成固體時(shí)，各個(gè)原子的內(nèi)層電子仍然組成圍繞各原子核的封閉殼層,和孤立原子一樣;然而，外層價(jià)電子則參與原子間的相互作用，應(yīng)該把它們看成是屬于整個(gè)固體的一種新的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。組成晶體原子的外層電子共有化運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，其行為與自由電子相似，稱為準(zhǔn)自由電子，而內(nèi)層電子共有化運(yùn)動(dòng)較弱，其行為與孤立原子的電子相似。2.描述半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)為什么要引入"有效質(zhì)量"的概念,用電子的慣性質(zhì)量描述能帶中電子運(yùn)動(dòng)有何局限性。答：引進(jìn)有效質(zhì)量的意義在于它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。慣性質(zhì)量描述的是真空中的自由電子質(zhì)量，而不能描述能帶中不自由電子的運(yùn)動(dòng)，通常在晶體周期性勢(shì)場(chǎng)作用下的電子慣性運(yùn)動(dòng)，成為有效質(zhì)量3.一般來(lái)說(shuō),對(duì)應(yīng)于高能級(jí)的能帶較寬,而禁帶較窄,是否如此，為什么？答：不是，能級(jí)的寬窄取決于能帶的疏密程度，能級(jí)越高能帶越密，也就是越窄；而禁帶的寬窄取決于摻雜的濃度，摻雜濃度高，禁帶就會(huì)變窄，摻雜濃度低，禁帶就比較寬。4.有效質(zhì)量對(duì)能帶的寬度有什么影響，有人說(shuō):"有效質(zhì)量愈大,能量密度也愈大,因而能帶愈窄.是否如此，為什么？答：有效質(zhì)量與能量函數(shù)對(duì)于K的二次微商成反比，對(duì)寬窄不同的各個(gè)能帶，1（k）隨k的變化情況不同，能帶越窄，二次微商越小，有效質(zhì)量越大，內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；外層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。5.簡(jiǎn)述有效質(zhì)量與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系；答：能帶越窄，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，有效質(zhì)量越小。6.從能帶底到能帶頂,晶體中電子的有效質(zhì)量將如何變化？外場(chǎng)對(duì)電子的作用效果有什么不同；答：在能帶底附近，電子的有效質(zhì)量是正值，在能帶頂附近，電子的有效質(zhì)量是負(fù)值。在外電F作用下，電子的波失K不斷改變，f=h(dk/dt,其變化率與外力成正比，因?yàn)殡娮拥乃俣扰ck有關(guān)，既然k狀態(tài)不斷變化，則電子的速度必然不斷變化。7.以硅的本征激發(fā)為例,說(shuō)明半導(dǎo)體能帶圖的物理意義及其與硅晶格結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，為什么電子從其價(jià)鍵上掙脫出來(lái)所需的最小能量就是半導(dǎo)體的禁帶寬度?答：沿不同的晶向，能量帶隙不一樣。因?yàn)殡娮右獢[脫束縛就能從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，這個(gè)時(shí)候的能量就是最小能量，也就是禁帶寬度。5.為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個(gè)施主或受主能級(jí)？答：因?yàn)榻鹗巧钅芗?jí)雜質(zhì)，能夠產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應(yīng)的有一個(gè)能級(jí)，因此，金在硅鍺的禁帶往往能引入若干個(gè)能級(jí)。6.說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響。答：在純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。7.說(shuō)明半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)的作用有何不同？答：深能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心或陷阱的作用。淺能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起施主或受主的作用8.什么叫雜質(zhì)補(bǔ)償，什么叫高度補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體，雜質(zhì)補(bǔ)償有何實(shí)際應(yīng)用。答：當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時(shí)，施主和受主將先相互抵消，剩余的雜志最后電離，這就是雜質(zhì)補(bǔ)償，若施主電子剛好填充受主能級(jí)，雖然雜質(zhì)很多，但不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，這種現(xiàn)象稱為雜質(zhì)的高度補(bǔ)償。利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中某個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。9.什么是半導(dǎo)體的共摻雜答：摻入兩種或兩種元素以上第三章1.半導(dǎo)體處于怎樣的狀態(tài)才能叫處于熱平衡狀態(tài)，其物理意義如何？載流子激發(fā)和載流子復(fù)合之間建立起動(dòng)態(tài)平衡時(shí)稱為熱平衡狀態(tài)，這時(shí)電子和空穴的濃度都保持一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值，處在這中狀態(tài)下的導(dǎo)電電子和空穴稱為熱平衡載流子。2.什么是能量狀態(tài)密度能帶中能量E附近每單位能量間隔內(nèi)的量子態(tài)數(shù)。3.什么叫統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)，費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布的函數(shù)形式有何區(qū)別？在怎樣的條件下前者可以過(guò)渡到后者，為什么半導(dǎo)體中載流子分布可以用玻耳茲曼分布描述？統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)描述的事熱平衡狀態(tài)下電子在允許的量子態(tài)如何分布的一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)。當(dāng)E-EF>>kT時(shí)，前者可以過(guò)度到后者。4.說(shuō)明費(fèi)米能級(jí)的物理意義，根據(jù)費(fèi)米能級(jí)位置如何計(jì)算半導(dǎo)體中電子和空穴濃度，如何理解費(fèi)米能級(jí)是摻雜類型和摻雜程度的標(biāo)志。費(fèi)米能級(jí)的意義：當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對(duì)外界做功的情況下，系統(tǒng)增加一個(gè)電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化，等于系統(tǒng)的化學(xué)能。n型摻雜越高，電子濃度越高，EF就越高。5.在半導(dǎo)體計(jì)算中,經(jīng)常應(yīng)用這個(gè)條件把電子從費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)計(jì)過(guò)渡到玻耳茲曼統(tǒng)計(jì),試說(shuō)明這種過(guò)渡的物理意義。E-EF>>kT時(shí)，量子態(tài)為電子占據(jù)的概率很小，適合于波爾茲曼分布函數(shù)，泡利原理失去作用，兩者統(tǒng)計(jì)結(jié)果變得一樣了。6.寫出半導(dǎo)體的電中性方程，此方程在半導(dǎo)體中有何重要意義？電子濃度等于空穴濃度。平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體體內(nèi)是電中性的。7.半導(dǎo)體本征載流子濃度的表達(dá)式及其費(fèi)米能級(jí)載流子濃度：ni=n0p0=(NcNv1/2exp(-Eg/2kT費(fèi)米能級(jí)：Ei=Ef=（EcEv）/2(3kT/4*ln(mp/mn8.若n型硅中摻入受主雜質(zhì),費(fèi)米能級(jí)升高還是降低？若溫度升高當(dāng)本征激發(fā)起作用時(shí),費(fèi)米能級(jí)在什么位置，為什么？費(fèi)米能級(jí)降低了。費(fèi)米能級(jí)在本征費(fèi)米能級(jí)以上。10.為什么硅半導(dǎo)體器件比鍺器件的工作溫度高？硅的禁帶寬度比鍺大，且在相同溫度下，鍺的本征激發(fā)強(qiáng)于硅，很容易就達(dá)到較高的本征載流子濃度，使器件失去性能。11.當(dāng)溫度一定時(shí),雜質(zhì)半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)主要由什么因素決定？試把強(qiáng)n,弱n型半導(dǎo)體與強(qiáng)p,弱p半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)與本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)比較。決定因素：摻雜濃度，摻雜能級(jí)，導(dǎo)帶的電子有效態(tài)密度等。費(fèi)米能級(jí)比較：強(qiáng)n>弱n>本征>弱p>強(qiáng)p12.如果向半導(dǎo)體中重?fù)绞┲麟s質(zhì),就你所知會(huì)出現(xiàn)一些什么效應(yīng)？費(fèi)米能級(jí)深入到導(dǎo)帶或者價(jià)帶中13.半導(dǎo)體的簡(jiǎn)并化判據(jù)Ec-Ef<=0第四章1.試從經(jīng)典物理和量子理論分別說(shuō)明載流子受到散射的物理意義。經(jīng)典：電子在運(yùn)動(dòng)中和晶格或者雜質(zhì)離子發(fā)生碰撞導(dǎo)致載流子速度的大小和方向發(fā)生了改變。量子理論：電子波仔半導(dǎo)體傳播時(shí)遭到了散射。2.半導(dǎo)體的主要散射機(jī)制。電離雜質(zhì)散射；晶格振動(dòng)散射，包括聲子波和光學(xué)波散射；其他因素散射：等能谷散射，中性雜質(zhì)散射，位錯(cuò)散射，合金散射，等。3.比較并區(qū)別下述物理概念:電導(dǎo)遷移率，漂移遷移率和霍耳遷移率。電導(dǎo)遷移率：漂移遷移率：載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度的快慢的量度，運(yùn)動(dòng)得越快，遷移率越大；運(yùn)動(dòng)得慢，遷移率小霍爾遷移率：Hall系數(shù)RH與電導(dǎo)率σ的乘積，即│RH│σ，具有遷移率的量綱，Hall遷移率μH實(shí)際上不一定等于載流子的電導(dǎo)遷移率μ,因?yàn)檩d流子的速度分布會(huì)影響到電導(dǎo)遷移率4.什么是聲子?它對(duì)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)起什么作用?聲子是晶格振動(dòng)的簡(jiǎn)正模能量量子，聲子可以產(chǎn)生和消滅，有相互作用的聲子數(shù)不守恒，聲子動(dòng)量的守恒律也不同于一般的粒子，并且聲子不能脫離固體存在。電子在半導(dǎo)體中傳輸時(shí)若發(fā)生晶格振動(dòng)散射，則會(huì)發(fā)出或者吸收聲子，使電子動(dòng)量發(fā)生改變，從而影響到電導(dǎo)率。5.平均自由程，平均自由時(shí)間，散射幾率平均自由程：電子在受到兩次散射之間所走過(guò)的平均距離；平均自由時(shí)間：電子在受到兩次散射之間運(yùn)動(dòng)的平均時(shí)間；散射幾率:用來(lái)描述散射的強(qiáng)弱，代表單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)載流子受到散射的次數(shù)。6.幾種散射機(jī)制同時(shí)存在，總的散射幾率總散射概率等于多種散射概率之和。7.一塊本征半導(dǎo)體樣品,試描述用以增加其電導(dǎo)率的兩個(gè)物理過(guò)程。提高遷移率和和提高本征載流子濃度8.如果有相同的電阻率的摻雜鍺和硅半導(dǎo)體,問哪一個(gè)材料的少子濃度高，為什么？鍺的少子濃度高。由電阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和鍺本征載流子濃度的數(shù)量級(jí)差別，可以算出鍺的少子濃度高。10.光學(xué)波散射和聲學(xué)波散射的物理機(jī)構(gòu)有何區(qū)別？各在什么樣晶體中起主要作用？光學(xué)波散射：彈性散射，散射前后電子能量基本不變。主要在離子性晶體中起作用聲學(xué)波散射：非彈性散射，散射前后電子能量發(fā)生改變。主要在共價(jià)性晶體中起作用。11.說(shuō)明本征鍺和硅中載流子遷移率隨溫度增加如何變化？遷移率隨溫度的升高逐漸降低12.電導(dǎo)有效質(zhì)量和狀態(tài)密度有效質(zhì)量有何區(qū)別？它們與電子的縱向有效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量的關(guān)系如何？當(dāng)導(dǎo)帶底的等能面不是球面時(shí)，不同方向的電導(dǎo)的有效質(zhì)量就不同，且態(tài)密度分布可能不同，通過(guò)把不同的電導(dǎo)有效質(zhì)量進(jìn)行加權(quán)平均，就可以換算得到狀態(tài)密度的有效質(zhì)量。13.對(duì)于僅含一種雜質(zhì)的鍺樣品,如果要確定載流子符號(hào)、濃度、遷移率和有效質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行哪些測(cè)量？進(jìn)行霍爾系數(shù)測(cè)量和回旋共振法測(cè)有效質(zhì)量。14.解釋多能谷散射如何影響材料的導(dǎo)電性。多能谷之間有效質(zhì)量不同導(dǎo)致遷移率不同，當(dāng)電子從一能谷躍遷到另一能谷時(shí)，遷移率會(huì)減低，導(dǎo)致導(dǎo)電性降低。15.解釋耿氏振蕩現(xiàn)象，振蕩頻率取決于哪些參數(shù)？耿氏振蕩來(lái)源于半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)微分電導(dǎo)，振蕩頻率決定于外加電壓和器件的長(zhǎng)度。16.半導(dǎo)體本征吸收與本征光電導(dǎo)本征吸收：半導(dǎo)體吸收光子能量大于帶隙的光子，使電子直接躍遷到導(dǎo)帶。又本征吸收產(chǎn)生的非平衡載流子的增加使半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加。17.光電導(dǎo)靈敏度與光電導(dǎo)增益因子光電導(dǎo)靈敏度：?jiǎn)挝还庹斩人鸬墓怆妼?dǎo)增益因子：銅一種材料由于結(jié)構(gòu)不同，可以產(chǎn)生不同的光電導(dǎo)效果，用增益因子來(lái)表示光電導(dǎo)的增強(qiáng)。第五章1.區(qū)別半導(dǎo)體平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)有何不同？什么叫非平衡載流子？什么叫非平衡載流子的穩(wěn)定分布半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)是相對(duì)的，有條件的。如果對(duì)半導(dǎo)體施加外界作用，破壞了熱平衡條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡態(tài)的半導(dǎo)體比平衡態(tài)多出來(lái)的這部分載流子稱為非平衡載流子。2.摻雜、改變溫度和光照激發(fā)均能改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，它們之間有何區(qū)別？試從物理模型上予以說(shuō)明。摻雜：增加濃度，溫度：增加本征載流子光照：產(chǎn)生非平衡載流子，增加載流子數(shù)目4.為什么不能用費(fèi)米能級(jí)作為非平衡載流子濃度的標(biāo)準(zhǔn)而要引入準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)？費(fèi)米能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)有何區(qū)別？當(dāng)熱平衡狀態(tài)受到外界影響，遭到破壞,使半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài),不再存在統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí),因?yàn)橘M(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)都是指熱平衡狀態(tài)下。而分別就價(jià)帶和導(dǎo)帶中的電子來(lái)說(shuō),它們各自基本上處于平衡狀態(tài),導(dǎo)帶和價(jià)帶之間處于不平衡狀態(tài)，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)是不重合的。5.在穩(wěn)定不變的光照下，半導(dǎo)體中電子和空穴濃度也是保持恒定不變的，但為什么說(shuō)半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)？光照是外部條件，6.說(shuō)明直接復(fù)合、間接復(fù)合的物理意義。直接：電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的直接躍