半导体物理习题答案

18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。

19为什么极值附近的等能面是球面的半导体,当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰?

第二章 半导体中的杂质与缺陷能级

例1.半导体硅单晶的介电常数=11.8,电子和空穴的有效质量各为

=0.97=0.19

和,

=0.16

=0.53

,利用类氢模型估计:

(1)施主和受主电离能; (2)基态电子轨道半径解:(1)利用下式求得

和。

因此,施主和受主杂质电离能各为:

(2)基态电子轨道半径各为:

式中, 是波尔半径。

习题与思考题:

1 什么叫浅能级杂质?它们电离后有何特点?

2 什么叫施主?什么叫施主电离?施主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出n型半导体。

3 什么叫受主?什么叫受主电离?受主电离前后有何特征?试举例说明之,并用能带图表征出p型半导体。

4 掺杂半导体与本征半导体之间有何差异?试举例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。

5 两性杂质和其它杂质有何异同?

6 深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响? 7 何谓杂质补偿?杂质补偿的意义何在?

8 说明杂质能级以及电离能的物理意义。8为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下,而且电离能的数值较小?

9 纯锗、硅中掺入Ⅲ族或Ⅴ族元素后,为什么使半导体电性能有很大的改变?杂质半导体(p型或n型)应用很广,但为什么我们很强调对半导体材料的提纯?

10把不同种类的施主杂质掺入同一种半导体材料中,杂质的电离能和轨道半径是否不同?把同一种杂质掺入到不同的半导体材料中(例如锗和硅),杂质的电离能和轨道半径又是否都相同? 11何谓深能级杂质?它们电离以后有说明特点?

12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? 13说明掺杂对半导体导电性能的影响。

14说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同?

15什么叫杂质补偿?什么叫高度补偿的半导体?杂质补偿有何实际应用?

第三章 半导体中载流子的统计分布

例1.有一硅样品,施主浓度为

,已知施主电离能

杂质电离时的温度。 解:令

,受主浓度为

,试求

的施主

表示电离施主和电离受主的浓度,则电中性方程为:

略去价带空穴的贡献,则得:式中: 对硅材料 由题意可知

(受主杂质全部电离)

,则

(1)

当施主有99%的N电离时,说明只有1%的施主有电子占据,即 =0.01。

=198

,代入式(1)得:

去对数并加以整理即得到下面的方程: 用相关数值解的方法或作图求得解为: T=101.

例2. 现有三块半导体硅材料,已知室温下(300K)它们的空穴浓度分别为:

,;

分别计算这三块材料的电子浓度判断这三块材料的导电类型;

分别计算这三块材料的费米能级的位臵。 解:(1)室温时硅的根据载流子浓度积公式:

可求出

(2)

, 即

即 ,故为p型半导体. ,故为本征半导体.

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