一．填空题
1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数，内部势场）
2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度，费米分布函数）
3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电，达到热平衡后两者的费米能级________。（正，相等）
4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于_________半导体。（[100]，间接带隙）
5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷，肖特基缺陷）
6．在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________，高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2，1/1+exp(2)）
7．从能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙，直接带隙）
8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统，服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布，费米分布）
9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关，而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度，禁带宽度）
10. 半导体的晶格结构式多种多样的，常见的Ge和Si材料，其原子均通过共价键四面体相互结合，属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似，两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。（金刚石，闪锌矿）
11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化，则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体，否则称为_________禁带半导体。（直接，间接）
12. 半导体载流子在输运过程中，会受到各种散射机构的散射，主要散射机构有_________、 _________ 、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。（电离杂质的散射，晶格振动的散射）
13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径，主要有两大类：_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。（电子和空穴，复合中心）
14. 反向偏置pn 结，当电压升高到某值时，反向电流急剧增加，这种现象称为pn 结击穿，
主要的击穿机理有两种：_________击穿和_________击穿。（ 雪崩，隧道）
15. _________杂质可显著改变载流子浓度； _________杂质可显著改变非平衡载流子的寿
命，是有效的复合中心。（浅能级，深能级）
二．选择题
1．本征半导体是指（ A ）的半导体。
A ． 不含杂质和缺陷
B ． 电阻率最高
C ．电子密度和空穴密度相等
D ． 电子密度与本征载流子密度相等
2. 如果一半导体的导带中发现电子的几率为零，那么该半导体必定（ D ）。
A. 不含施主杂质
B. 不含受主杂质
C. 不含任何杂质
D. 处于绝对零度
3. 有效复合中心的能级必靠近( A )。
A. 禁带中部
B. 导带
C. 价带
D. 费米能级
4．对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E F 随温度上升而（ D ）。
A. 单调上升
B. 单调下降
C. 经过一个极小值趋近Ei
D. 经过一个极大值趋近Ei
5. 当一种n 型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿命正比于
（ A ）。
A. 1/n0
B. 1/△n
C. 1/p0
D. 1/△p
6. 在Si 材料中掺入P ，则引入的杂质能级（ B ）
A. 在禁带中线处
B. 靠近导带底
C. 靠近价带顶
D. 以上都不是
7．公式*
/m q τμ=中的τ是半导体载流子的（ C ）。
A. 迁移时间
B. 寿命
C. 平均自由时间
D. 扩散时间
8. 对于一定的n 型半导体材料，温度一定时，减少掺杂浓度，将导致（ D ）靠近E i 。
A. E c
B. E v
C. E g
D. E F
9. 在晶体硅中掺入元素（ B ）杂质后，能形成N 型半导体。
A. 锗
B. 磷
C. 硼
D. 锡
10. 对大注入条件下，在一定的温度下，非平衡载流子的寿命与（ D ）。
A ．平衡载流子浓度成正比
B ．非平衡载流子浓度成正比
C ．平衡载流子浓度成反比
D ．非平衡载流子浓度成反比
11. 重空穴是指（ C ）
A. 质量较大的原子组成的半导体中的空穴
B. 价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴
C. 价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴
D. 自旋－轨道耦合分裂出来的能带上的空穴
12. 电子在导带能级中分布的概率表达式是（ C ）。 A. 0exp()D c E E k T -- B. 0exp()c D E E k T -- C. 0exp()c F E E k T -- D. 0exp()F c E E k T
-- 13. 如在半导体中以长声学波为主要散射机构是，电子的迁移率n μ与温度的（ B ）。
A. 平方成正比
B.
2
3次方成反比 C. 平方成反比 D. 23次方成正比
14. 把磷化镓在氮气氛中退火，会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（ D ）。
A. 改变禁带宽度
B. 产生复合中心
C. 产生空穴陷阱
D. 产生等电子陷阱
15. 一般半导体器件使用温度不能超过一定的温度，这是因为载流子浓度主要来源于
_________，而将_________忽略不计。（ A ）
A. 杂质电离，本征激发
B. 本征激发，杂质电离
C. 施主电离，本征激发
D. 本征激发，受主电离
16. .一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，
其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。
A. 1/4
B. 1/e
C. 1/e 2
D. 1/2
17. 半导体中由于浓度差引起的载流子的运动为（ B ）。
A. 漂移运动
B. 扩散运动
C. 热运动
D. 共有化运动
18. 硅导带结构为（ D ）。
A. 位于第一布里渊区内沿<100>方向的6个球形等能面
B. 一半位于第一布里渊区内沿<111>方向的6个球形等能面
C. 一半位于第一布里渊区内沿<111>方向的8个椭球等能面
D. 位于第一布里渊区内沿<100>方向的6个椭球等能面
19. 杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和
晶格振动声子的散射概率的变化分别是（ B ）。
A.变大，变小
B.变小，变大
C.变小，变小
D.变大，变大
20. 与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（ A ）。
A. 比半导体的大
B. 比半导体的小
C. 与半导体的相等
D. 不确定
21. 一般半导体它的价带顶位于_________，而导带底位于_________。（ D ）
A. 波矢k=0或附近，波矢k≠0
B. 波矢k≠0，波矢k=0或附近
C. 波矢k=0，波矢k≠0
D. 波矢k=0或附近，波矢k≠0 或k=0
22. 锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。
A. 金刚石型和直接禁带型
B. 闪锌矿型和直接禁带型
C. 金刚石型和间接禁带型
D. 闪锌矿型和间接禁带型
23. 如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ D ）。
A. 施主
B. 复合中心
C. 陷阱
D. 两性杂质
24. 杂质对于半导体导电性能有很大影响，下面哪两种杂质分别掺杂在硅中能显著地提高硅的导电性能（ C ）。
A. 硼或铁
B. 铁或铜
C. 硼或磷
D. 金或银
25. 当施主能级E D与费米能级E F相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（ C ）倍；
A. 1
B. 1/2
C. 1/3
D. 1/4
26. 同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数εr 是乙的3/4， m n */m 0
值是乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ）。
A. 甲的施主杂质电离能是乙的8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/4
B. 甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9
C. 甲的施主杂质电离能是乙的16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3
D. 甲的施主杂质电离能是乙的32/9，的弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8
27. 本征半导体费米能级的表达式是 。（ B ） A. 0ln 222c v D c E E k T N N ++ B. 0ln 22c v v c
E E k T N N ++ C. 0ln
D c c N
E k T N + D. 2c v E E +
28. 载流子在电场作用下的运动为（ A ）。
A. 漂移运动
B. 扩散运动
C. 热运动
D. 共有化运动
29. 下面情况下的材料中，室温时功函数最大的是（ A ）。
A. 含硼1×1015cm -3的硅
B. 含磷1×1016cm -3
的硅
C. 含硼1×1015cm -3，磷1×1016cm -3的硅
D. 纯净的硅
30.一般可以认为，在温度不很高时，能量大于费米能级的量子态基本上_________，而能量
小于费米能级的量子态基本上为__________，而电子占据费米能级的概率在各种温度下总是
_________，所以费米能级的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况，通常就说费米
能级标志了电子填充能级的水平。（ A ）
A. 没有被电子占据，电子所占据，1/2
B. 电子所占据，没有被电子占据，1/2
C. 没有被电子占据，电子所占据，1/3
D. 电子所占据，没有被电子占据，1/3
三．简答题
1．简要说明费米能级的定义、作用和影响因素。
答：电子在不同能量量子态上的统计分布概率遵循费米分布函数： ??
? ??-+=kT E E E f F exp 11)( 费米能级E F 是确定费米分布函数的一个重要物理参数，在绝对零度是，费米能级E F 反
映了未占和被占量子态的能量分界线，在某有限温度时的费米能级E F 反映了量子态占据概
率为二分之一时的能量位置。确定了一定温度下的费米能级E F 位置，电子在各量子态上的
统计分布就可完全确定。
费米能级E F 的物理意义是处于热平衡状态的电子系统的化学势，即在不对外做功的情
况下，系统中增加一个电子所引起的系统自由能的变化。
半导体中的费米能级E F 一般位于禁带内，具体位置和温度、导电类型及掺杂浓度有关。
只有确定了费米能级E F 就可以统计得到半导体导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度。
2．在本征半导体中进行有意掺杂各种元素，可改变材料的电学性能。请解释什么是浅能级
杂质、深能级杂质，它们分别影响半导体哪些主要性质；什么是杂质补偿？杂质补偿的意义
何在？
答：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成
为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供
空穴。它可有效地提高半导体的导电能力。掺杂半导体又分为n 型半导体和p 型半导体。
深能级杂质是指杂质所在的能级位置在禁带中远离导带或价带，在常温下很难电离，不能对
导带的电子或价带的空穴的浓度有所贡献，但它可以提供有效的复合中心，在光电子开关器
件中有所应用。
当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最后电离，这就是
杂质补偿。
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。
3．什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？
答：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，
这种杂质就叫受主。
受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。
受主电离前带不带电，电离后带负电。
4．什么叫复合中心？何谓间接复合过程？有哪四个微观过程？试说明每个微观过程和哪些
参数有关。
答：半导体内的杂质和缺陷能够促进复合，称这些促进复合的杂质和缺陷为复合中心；
间接复合：非平衡载流子通过复合中心的复合；
四个微观过程：俘获电子，发射电子，俘获空穴，发射空穴；
俘获电子：和导带电子浓度和空穴复合中心浓度有关。
发射电子：和复合中心能级上的电子浓度。
俘获空穴：和复合中心能级上的电子浓度和价带空穴浓度有关。
发射空穴：和空的复合中心浓度有关。
5．漂移运动和扩散运动有什么不同？两者之间有什么联系？
答：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均
匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的
推动力则是载流子的分布引起的。
漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。而非简并半导体的迁移率与扩
散系数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温度成反比关系。即
T k q
D 0=μ
6．简要说明pn 结空间电荷区如何形成？
答：当p 型半导体和n 型半导体结合形成pn 结时，由于两者之间存在载流子浓度梯度，从
而导致了空穴从p 区到n 区、电子从n 区到p 区的扩散运动。对于p 区，空穴离开后留下了
不可动的带负电荷的电离受主，因此在p 区一侧出现了一个负电荷区；同理对于n 区，电子
离开后留下了不可动的带正电荷的电离施主，因此在n 区一侧出现了一个正电荷区。这样带
负电荷的电离受主和带正电荷的电离施主形成了一个空间电荷区，并产生了从n 区指向p
区的内建电场。
在内建电场作用下，载流子的漂移运动和扩散运动方向相反，内建电场阻碍载流子的扩
散运动。随内建电场增强，载流子的扩散和漂移达到动态平衡。此时就形成了一定宽度的空
间电荷区，并在空间电荷区两端产生了电势差，即pn 结接触电势差。
7．简要说明载流子有效质量的定义和作用。
答：能带中电子或空穴的有效质量m *的定义式为：222
)
(dk k E d h m =*
有效质量m *与能量函数E(k)对于波矢k 的二次微商， 即能带在某处的曲率成反比； 能
带越窄，曲率越小，有效质量越大，能带越宽，曲率越大，有效质量越小；
在能带顶部，曲率小于零，则有效质量为负值，在能带底部，曲率大于零，则有效质
量为正值。
有效质量的意义在于它概括了内部势场的作用，使得在解决半导体中载流子在外场作用下的
运动规律时，可以不涉及内部势场的作用。
8．对于掺杂的元素半导体Si 、Ge 中，一般情形下对载流子的主要散射机构是什么？写出其
主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。
答：对掺杂的元素半导体材料Si 、Ge ，其主要的散射机构为长声学波散射和电离杂质散射
其散射几率和温度的关系为：
声学波散射：3/2s p T ∝，电离杂质散射：3/2i i p N T -∝
9. 说明能带中载流子迁移率的物理意义和作用。
答：载流子迁移率μ反映了单位电场强度下载流子的平均漂移速度，其定义式为：
E
v
d =μ； 其单位为：cm 2/V ?s 半导体载流子迁移率的计算公式为：
*
=m q τμ 其大小与能带中载流子的有效质量成反比，与载流子连续两次散射间的平均自由时间成正
比。确定了载流子迁移率和载流子浓度就可确定该载流子的电导率。
四．证明题
1．试推证：对于只含一种复合中心的间接带隙半导体晶体材料，在稳定条件下非平衡载流子的净复合率公式
()()()112p p r n n r n np r r N U p n i p n t +++-=
证：
题中所述情况，主要是间接复合起作用，包含以下四个过程。
甲：电子俘获率=r n n(N t -n t )
乙：电子产生率=r n n 1n t n 1=n i exp((E t -E i )/k 0T)
丙：空穴俘获率=r p pn t
丁：空穴产生率=r p p 1(N t -n t ) p 1=n i exp((E i -E t )/k 0T)
稳定情况下净复合率
U=甲-乙=丙-丁 （1）
稳定时
甲+丁=丙+乙
将四个过程的表达式代入上式解得
)p p (r )n n (r r p nr N 1p 1n p 1n t ++++=t n （2）
将四个过程的表达式和（2）式代入（1）式整理得
)
p p (r )n n (r )
p n np (r r N U 1p 1n 11p n t +++-= （3） 由p 1和n 1的表达式可知 p 1n 1=n i 2 代入上式可得
()
()()
1p 1n 2i p n t p p r n n r n np r r N U +++-=
2. 试用一维非均匀掺杂（掺杂浓度随x 的增加而下降），非简并p 型半导体模型导出爱因斯坦关系式：p
o p D k T q μ=
证明：由于掺杂浓度不均匀，电离后空穴浓度也不均匀，形成扩散电流：
0p p dp j qD dx
=- 空穴向右扩散的结果，使得左边带负电，右边带正电，形成反x 方向的自建电场E, 产生漂移电流：
0p j q p E μ=漂
稳定时两者之和为零，即：
000p p dp qD q p E dx
μ-+= 而dV E dx
=-，有电场存在时，在各处产生附加势能－qV(x)，使得能带发生倾斜。 在x 处的价带顶为：E V (x)=E V -qV(x)，则x 处的空穴浓度为：
00()()exp()F V V E E qV x p x N k T -+=-
则：000()exp()()F V V dp E E qV x q dV N dx k T k T dx
-+=-- 00()
q dV p x k T dx =- 故：0000p p q dV dV qD p q p k T dx dx
μ-= 0p
p D k T q μ=
3．证明非平衡载流子的寿命满足()τt e
p t p -?=?0，并说明式中各项的物理意义。
证明： ()[]
p
p dt
t p d τ?=?-=非平衡载流子数而在单位时间内复合的子的减少数单位时间内非平衡载流
时刻撤除光照如果在0=t
则在单位时间内减少的非平衡载流子数=在单位时间内复合的非平衡载流子数，即 ()[]()1?→??=?-
p
p dt t p d τ 在小注入条件下，τ为常数，解方程（1），得到 ()()()20?→??=?-p t e p t p τ
式中，Δp （0）为t=0时刻的非平衡载流子浓度。此式表达了非平衡载流子随时间呈指数衰减的规律。得证。
一．填空题 1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________.引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数.内部势场） 2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度.费米分布函数） 3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电.达到热平衡后两者的费米能级________。（正.相等） 4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央.其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处.因此属于_________半导体。（[100]. 间接带隙） 5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷.肖特基缺陷） 6．在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2.1/1+exp(2)） 7．从能带角度来看.锗、硅属于_________半导体.而砷化稼属于_________半导体.后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙.直接带隙） 8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统.服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布.费米分布） 9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关.而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度.禁带宽度） 10. 半导体的晶格结构式多种多样的.常见的Ge和Si材料.其原子均通过共价键四面体相互结合.属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似.两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。（金刚石.闪锌矿） 11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化.则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体.否则称为_________禁带半导体。（直接.间接） 12. 半导体载流子在输运过程中.会受到各种散射机构的散射.主要散射机构有_________、 _________ 、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。（电离杂质的散射.晶格振动的散射） 13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径.主要有两大类：_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。（电子和空穴.复合中心）
电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题卷（ 120分钟）考试形式：闭卷考试日期200 7年 1 月 14日 注：1、本试卷满分70分，平时成绩满分15分，实验成绩满分15分； 2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。 课程成绩构成：平时分，期中分，实验分，期末分 一、选择填空（含多选题）（2×20=40分） 1、锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。 A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型 C. 金刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型 2、简并半导体是指（ A ）的半导体。 A、(E C -E F )或(E F -E V )≤0 B、(E C -E F )或(E F -E V )≥0 C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015cm-3，则该半导体为（ B ）半导体；其有效杂质浓度约为（ E ）。 A. 本征， B. n型， C. p型， D. 1.1×1015cm-3, E. 9×1014cm-3 4、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ），并且该乘积和（E、F ）有关，而与（ C、D ）无关。 A、变化量； B、常数； C、杂质浓度； D、杂质类型； E、禁带宽度； F、温度 5、在一定温度下，对一非简并n型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i ；如果增加掺杂浓度，有可能使得（ C ）进入（ A ），实现重掺杂成为简并半导
体。 A 、E c ； B 、E v ； C 、E F ； D 、 E g ； E 、E i 。 67、如果温度升高，半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是（C ）。 A 、变大，变大 B 、变小，变小 C 、变小，变大 D 、变大，变小 8、最有效的复合中心能级的位置在（D ）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C ）附近，并且常见的是（ E ）陷阱。 A 、E A ； B 、E B ； C 、E F ； D 、 E i ； E 、少子； F 、多子。 9、一块半导体寿命τ=15μs ，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A 、1/4 B 、1/e C 、1/e 2 D 、1/2 10、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的（ A ）。 A 、散射机构； B 、复合机构； C 、杂质浓度梯度； C 、表面复合速度。 11、下图是金属和n 型半导体接触能带图，图中半导体靠近金属的表面形成了（D ）。 A 、n 型阻挡层 B 、p 型阻挡层 C 、p 型反阻挡层 D 、n 型反阻挡层 12、欧姆接触是指（ D ）的金属－半导体接触。 A 、W ms =0 B 、W ms ＜0 C 、W ms ＞0 D 、阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性 13、MOS 器件中SiO 2层中的固定表面电荷主要是（ B ），它能引起半导体表面层中的能带（ C ）弯曲,要恢复平带，必须在金属与半导体间加（ F ）。 A ．钠离子； B 硅离子.；C.向下；D.向上；E. 正电压；F. 负电压 二、证明题：（8分） 由金属－SiO 2－P 型硅组成的MOS 结构，当外加的电压使得半导体表面载流子浓度n s 与内部多数载流子浓度P p0相等时作为临界强反型层条件，试证明：此时半导体的表面势为： 证明：设半导体的表面势为V S ，则表面的电子浓度为： 200exp()exp()S i S s p p qV n qV n n KT p KT == （2分） 当n s =p p0时，有：20exp( ),S p i qV p n KT = （1分）
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"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.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"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。 1.为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述? 答：空穴是一个假想带正电的粒子，在外加电场中，空穴在价带中的跃迁类比当水池中气泡从水池底部上升时，气泡上升相当于同体积的水随气泡的上升而下降。把气泡比作空穴，下降的水比作电子，因为在出现空穴的价带中，能量较低的电子经激发可以填充空穴，而填充了空穴的电子又留下了一个空穴。因此，空穴在电场中运动，实质是价带中多电子系统在电场中运动的另一种描述。因为人们发现，描述气泡上升比描述因气泡上升而水下降更为方便。所以在半导体的价带中，人们的注意力集中于空穴而不是电子。 2.有两块硅单晶,其中一块的重量是另一块重量的二倍.这两块晶体价带中的能级数是否相等，彼此有何联系？ 答：相等，没任何关系 3.为什么极值附近的等能面是球面的半导体,当改变磁场方向时只能观察到一个共振吸收峰。答：各向同性。 5.典型半导体的带隙。 一般把禁带宽度等于或者大于2.3ev的半导体材料归类为宽禁带半导体，主要包括金刚石，SiC，GaN,金刚石等。26族禁带较宽，46族的比较小，如碲化铅，硒化铅（0.3ev），35族的砷化镓（1.4ev）。 第二章1.说明杂质能级以及电离能的物理意义。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？答：被杂质束缚的电子或空穴的能量状态称为杂质能级，电子脱离杂质的原子的束缚成为导电电子的过程成为杂质电离，使这个多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量成为杂质电离能。杂质能级离价带或导带都很近，所以电离能数值小。 2.纯锗,硅中掺入III或Ⅴ族元素后,为什么使半导体电学性能有很大的改变？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?答：因为掺入III或Ⅴ族后，杂质产生了电离，使得到导带中得电子或价带中得空穴增多，增强了半导体的导电能力。极微量的杂质和缺陷，能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，，当然，也严重影响着半导体器件的质量。 4.何谓深能级杂质，它们电离以后有什么特点？答：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。特点：能够产生多次电离，每一次电离相应的有一个能级。 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，
第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： （1）同理，－K状态电子的速度则为： （2）从一维情况容易看出： （3）同理 有： （4） （5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： （6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （1）能带的宽度； （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关 系 （1）
（2） 令得： 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。 故：能带宽度 （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 1 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求： （1）能带宽度； （2）能带底和能带顶的有效质量。 6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？ 7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？ 8描述半导体中电子运动为什么要引入“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？ 9 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？ 10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“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？ 11简述有效质量与能带结构的关系？ 12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？ 13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？ 14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性？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？ 15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？16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？ 17有两块硅单晶，其中一块的重量是另一块重量的二倍。这两块晶体价带中的能级数是否相等？彼此有何联系？ 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。
一、选择题。 1. 电离后向半导体提供空穴的杂质是（ A ），电离后向半导体 提供电子的杂质是（ B ）。 A. 受主杂质 B. 施主杂质 C. 中性杂质 2. 在室温下，半导体Si 中掺入浓度为31410-cm 的磷杂质后，半导体中 多数载流子是（ C ），多子浓度为（ D ），费米能级的位置（ G ）；一段时间后，再一次向半导体中掺入浓度为 315101.1-?cm 的硼杂质，半导体中多数载流子是（ B ），多子浓度为（ E ），费米能级的位置（ H ）；如果，此时温度从室温升高至K 550，则杂质半导体费米能级的位置（ I ）。（已知：室温下，31010-=cm n i ；K 550时，31710-=cm n i ） A. 电子和空穴 B. 空穴 C. 电子 D. 31410-cm E. 31510-cm F. 315101.1-?cm G. 高于i E H. 低于i E I. 等于i E 3. 在室温下，对于n 型硅材料，如果掺杂浓度增加，将导致禁带宽 度（ B ），电子浓度和空穴浓度的乘积00p n （ D ）2i n ，功函数（ C ）。如果有光注入的情况下，电子浓度和空穴浓度的乘积np （ E ）2i n 。 A. 增加 B. 不变 C. 减小 D. 等于 E. 不等于 F. 不确定 4. 导带底的电子是( C )。
A. 带正电的有效质量为正的粒子 B. 带正电的有效质量为负的准粒子 C. 带负电的有效质量为正的粒子 D. 带负电的有效质量为负的准粒子 5. P 型半导体MIS 结构中发生少子反型时，表面的导电类型与体材 料的类型（ B ）。在如图所示MIS 结构的C-V 特性图中，代表去强反型的（ G ）。 A. 相同 B. 不同 C. 无关 D. AB 段 E. CD 段 F. DE 段 G. EF 和GH 段 6. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。 A. ???? ??= i A S n N q T k V ln 0 B. ???? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??=i D S n N q T k V ln 0 D. ??? ? ??≥i D S n N q T k V ln 20 7. 由于载流子存在浓度梯度而产生的电流是（ B ）电流，由 于载流子在一定电场力的作用下而产生电流是（ A ）电流。 A. 漂移 B. 扩散 C. 热运动 8. 对于掺杂的硅材料，其电阻率与掺杂浓度和温度的关系如图所示， 其中，AB 段电阻率随温度升高而下降的原因是（ A ）。 A. 杂质电离和电离杂质散射 B. 本征激发和晶格散射
1．固体材料可以分为 晶体 和 非晶体 两大类，它们之间的主要区别是 。 2．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半 导体称 N 型半导体。 3．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施 主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 4．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载 流子将做 漂移 运动。 5．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那末， 为非 简并条件； 为弱简并条件； 简并条件。 6．空穴是半导体物理学中一个特有的概念，它是指： ； 7．施主杂质电离后向 带释放 ，在材料中形成局域的 电中心；受主杂质电离后 带释放 ， 在材料中形成 电中心； 8．半导体中浅能级杂质的主要作用是 ；深能级杂质所起的主要作用 。 9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________；本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。 10.施主杂质电离后向半导体提供 ，受主杂质电离后向半导体提供 ，本征激发后向半导体提 供 。 11.对于一定的n 型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致 靠近Ei 。 12.热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与 和 有关，而与 、 无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度 12. 指出下图各表示的是什么类型半导体？ 13．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不 变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 14．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命 τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 15． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子 运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 16．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 17．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主 要作用 对载流子进行复合作用 。
1.与绝缘体相比，半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 （ B ）。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供（ B ），施主杂质电离后向半 导体提供（ C ），本征激发向半导体提供（ A ）。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料，在温度一定时，减小掺杂浓度，费 米能级会（ B ）。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时，P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数，它和（ B ）有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型 （ B ）。 A.相同 B.不同 C.无关 6.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 7.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。 A. 直接 B.间接 8.将Si掺杂入GaAs中，若Si取代Ga则起（ A ）杂质作
用，若Si 取代As 则起（ B ）杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 9. 在热力学温度零度时，能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 （ D ），当温度大于热力学温度零度时，能量比F E 小的 量子态被电子占据的概率为（ A ）。 A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 10. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中，AB 段代表 （ A ），CD 段代表（B ）。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 11. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??=i D S n N q T k V ln 0 D. ??? ? ??≥i D S n N q T k V ln 20 12. 金属和半导体接触分为：（ B ）。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C. 非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D. 非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 13. 一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照
半导体物理习题解答 1－1．（P 32）设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c （k ）和价带极大值附近能量E v （k ）分别为： E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0 2 23m k h ； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。试求： ①禁带宽度； ②导带底电子有效质量； ③价带顶电子有效质量； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝0232m k h ＋0 12)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝ 14 3 k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ； 由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0； 并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝2 02 48a m h ＝11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=；∴ m n ＝022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=，∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k ＝h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带 底运动到能带顶所需的时间。 [解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk
半导体物理学第七版完 整答案修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
第一章习题 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k) 分别为： E C （K ）=0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ （1）禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1） 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子 自能带底运动到能带顶所需的时间。 解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=? 补充题1 分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提 示：先画出各晶面内原子的位置和分布图） Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：
（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面 （c ）(111)晶面 补充题2 一维晶体的电子能带可写为)2cos 81 cos 8 7()22ka ka ma k E +-= （， 式中a 为 晶格常数，试求 （1）布里渊区边界； （2）能带宽度； （3）电子在波矢k 状态时的速度； （4）能带底部电子的有效质量* n m ； （5）能带顶部空穴的有效质量*p m 解：（1）由 0)(=dk k dE 得 a n k π = （n=0，?1，?2…） 进一步分析a n k π ) 12(+= ，E （k ）有极大值， a n k π 2=时，E （k ）有极小值
复习思考题与自测题 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"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.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"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
第1章思考题和习题 1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?，求每个晶胞所含的完整原子数和原子密度为多少？ 2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。 4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。 5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。 7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求： （a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 （b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？ 8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。 10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。 11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算： （a）光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？
（b）附加光电导率△σ为多少？ （c）画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。 （d）画出平衡下的能带图，标出E C、E V、E FP、E i能级的位置，在此基础上再画出光注入时，E FP’和E FN’，并说明偏离E FP的程度是不同的。 12. 室温下施主杂质浓度N D=4×1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s，μp=400 cm2/V·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？ 第2章思考题和习题 1．简述ＰＮ结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。 2．画出平衡ＰＮ结，正向ＰＮ结与反向ＰＮ结的能带图，并进行比较。 3．如图２-６９所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。 4．仍如图２-６９为例试分析PN结加反向偏压时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。 5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及
半导体物理学试题及答案 半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题 1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。 A、本征 B、受主 C、空穴 D、施主 E、电子 2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。 A、电子和空穴 B、空穴 C、电子 3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。 A、正 B、负 C、零 D、准粒子 E、粒子 4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。 A、受主 B、深 C、浅 D、复合中心 E、陷阱 5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。 A、相同 B、不同 C、无关
6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。 A、变大，变小 ; B、变小，变大; C、变小，变小; D、变大，变大。 7、砷有效的陷阱中心位置(B ) A、靠近禁带中央 B、靠近费米能级 8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。 A、大于1/2 B、小于1/2 C、等于1/2 D、等于1 E、等于0 9、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。 A、多子积累 B、多子耗尽 C、少子反型 D、平带状态 10、金属和半导体接触分为：( B )。 A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载
一、半导体物理学期末复习试题及答案一 1.与绝缘体相比,半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 （ B ）。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供（ B ）,施主杂质电离后向半 导体提供（ C ）,本征激发向半导体提供（ A ）。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料,在温度一定时,减小掺杂浓度,费米能 级会（ B ）。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时,P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数,它和（ B ）有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型 （ B ）。 A.相同 B.不同 C.无关 6.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 7.砷化稼的能带结构是（ A ）能隙结构。 A. 直接 B.间接
8. 将Si 掺杂入GaAs 中,若Si 取代Ga 则起（ A ）杂质作用, 若Si 取代As 则起（ B ）杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 9. 在热力学温度零度时,能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 （ D ）,当温度大于热力学温度零度时,能量比F E 小的量子 态被电子占据的概率为（ A ）。 A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 10. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中,AB 段代表 （ A ）,CD 段代表（B ）。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 11. P 型半导体发生强反型的条件（ B ）。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??= i D S n N q T k V ln 0 D. ???? ??≥i D S n N q T k V ln 20 12. 金属和半导体接触分为：（ B ）。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C. 非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D. 非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触
1、什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。 如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。 2、试指出空穴的主要特征。 解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。主要特征如下： A、荷正电：+q； B、空穴浓度表示为p（电子浓度表示为n）； C、E P=-E n D、m P*=-m n*。 3、试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。 因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。 4、简述Ge、Si和GaAS的能带结构的主要特征。 解： （1）G e、Si:
a）Eg (Si：0K) = ；Eg (Ge：0K) = ； b）间接能隙结构 c）禁带宽度E g随温度增加而减小； （2）G aAs： a）E g（300K）= ， Eg (0K) = ； b）直接能隙结构； c）Eg负温度系数特性： dE g/dT = ×10-4eV/K； 5、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离 受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。 6、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。 解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。 施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。 施主电离前不带电，电离后带正电。例如，在Si中掺P，P 为Ⅴ族元素， 本征半导体Si为Ⅳ族元素，P掺入Si中后，P的最外层电子有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而P的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。 n型半导体的能带图如图所示：其费米能级位于禁带上方 7、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
第一章习题 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近 能量E V (k)分别为： E c =0 2 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求： 为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1== π （1）禁带宽度; （2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1） eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0) (2320 2121022 20 202 02022210 1202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带： 取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2*8 3)2(1 m dk E d m k k C nC ===
s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以：准动量的定义： 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计 算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=? s a t s a t 137 19 282 1911027.810 10 6.1)0(102 7.810106.1) 0(----?=??-- =??=??-- = ?π π 补充题1 分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米的原子个数，即原子面密度（提 示：先画出各晶面原子的位置和分布图） Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示： （a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面
半导体物理学试题库
一．填空题 1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数，内部势场） 2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和 _________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度，费米分布函数） 3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电，达到热平衡后两者的费米能级________。（正，相等） 4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处，因此属于_________半导体。（[100]，间接带隙） 5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷，肖特基缺陷） 6．在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________，高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2，1/1+exp(2)） 7．从能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙，直接带隙）
8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统，服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布，费米分布） 9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关，而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度，禁带宽度） 10. 半导体的晶格结构式多种多样的，常见的Ge和Si材料，其原子均通过共价键四面体相互结合，属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似，两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。（金刚石，闪锌矿） 11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化，则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体，否则称为_________禁带半导体。（直接，间接） 12. 半导体载流子在输运过程中，会受到各种散射机构的散射，主要散射机构有_________、 _________ 、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。（电离杂质的散射，晶格振动的散射） 13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径，主要有两大类：_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。（电子和空穴，复合中心）