2009《半导体物理》期中试卷答案

2009《半导体物理》期中考试习题答案1.Si、Ge等半导体是间隙带隙半导体，而GaAs是直接带隙半导体。2.半导体回旋共振实验用来测量载流子的有效质量。3.掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si中是一种深能级杂质，通常起复合中心的作用，用来减小载流子寿命。4.相对Si而言，InSb是制作高灵敏度霍尔器件的较好材料，是因为其电子迁移率较高。5.半导体中的主要散射机构是电离杂质和晶格散射，而晶格散射以纵声学波和纵光学波为主。一、填空题6.在GaAs中掺入的少量N杂质，取代As的位置而成为等电子杂质。二、选择题310105.1cmni316105.1cmn34105.1cmp1.已知室温下Si的本征载流子浓度为某Si半导体中电子浓度，空穴浓度为，则该半导体B。A.存在非平衡载流子B.处于热平衡态C.是本征半导体D.是简并半导体2.在室温下，将浓度为1020/cm3的As掺入Si半导体中，该半导体中起主要散射作用的是A。A.杂质散射B.光学波散射C.声学波散射D.多能谷散射3.随温度的增加，N型半导体的霍尔系数的符号(B)A.始终为正B.始终为负C.由正变0，再变负D.由负变0，再变正4.下列半导体哪个参数不能由霍尔效应实验确定C。A.迁移率B.载流子浓度C.有效质量m*D.半导体极性5.下面说法错误的是D。A.若半导体导带中发现电子的几率为0，则该半导体必定处于绝对零度B.计算简并半导体载流子浓度时不能用波尔兹曼统计代替费米统计C.处于低温弱电离区的半导体，其迁移率和电导率都随温度升高而增大D.半导体中，导带电子都处于导带底Ec能级位置6.下面说法正确的是D。A.空穴是一种真实存在的微观粒子B.若半导体导带中发现电子的几率为0，则该半导体必定为本征半导体C.稳态和平衡态含义是一样的D.同一种半导体材料中，电子迁移率比空穴迁移率高7.轻空穴指的是C。A.质量较轻的原子组成的半导体中的空穴B.比电子有效质量小的空穴C.价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴D.价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴8.半导体中载流子迁移率的大小主要决定于B。A.复合机构B.散射机构C.能带结构D.晶体结构9.若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料是A。A.本征半导体B.杂质半导体C.金属D.杂质化合物半导体10.对于只含一种杂质的非简并ｐ型半导体，费米能级随温度上升而D。A.单调上升B.单调下降C.经过一极小值趋近EiD.经过一极大值趋近Ei11.GaAs具有微分负电导现象，原因在于在强电场作用下，A。A.载流子发生能谷间散射B.载流子迁移率增大C.载流子寿命变大D.载流子寿命变小12.GaAs的导带极值位于布里渊区A。A.中心B.111方向C.110方向D.100方向13.以下4种不同掺杂情况的N型Ge半导体中，室温下电子迁移率最大的是A，电子迁移率最小的是D。A.掺入浓度1014cm-3的P原子；B.掺入浓度1015cm-3的P原子；C.掺入浓度2×1015cm-3的P原子，浓度为1015cm-3的B原子；D。掺入浓度3×1015cm-3的P原子，浓度为2×1015cm-3的B原子。14.以下4种不同掺杂情况的Ge半导体，室温下电导率最大的是A，电导率最小的是D。A.掺入浓度1015cm-3的P原子；B.掺入浓度1015cm-3的B原子；C.掺入浓度2×1015cm-3的P原子，浓度为1015cm-3的B原子；D.掺入浓度2×1015cm-3的B原子，浓度为1015cm-3的P原子。15.如果向半导体中重掺杂施主杂质，会出现的现象是(B)A.禁带变宽B.简并化C.电子浓度减小D.电子迁移率增大16.以下4种不同掺杂情况的半导体，室温下少子浓度最高的是D。A.掺入浓度1015cm-3P原子的Si半导体；B.掺入浓度1014cm-3B原子的Si半导体；C.掺入浓度1015cm-3P原子Ge半导体；D.掺入浓度1014cm-3B原子Ge半导体。310105.1cmni313104.2cmni（已知室温时：Si的本征载流子浓度Ge的本征载流子浓度)）三、在真空环境下制备BaTiO3铁电薄膜过程中，由于缺氧，薄膜中通常容易产生氧的空位使得BaTiO3薄膜的电导率增加而容易击穿，试分析电导率增加的原因。该含有氧空位的BaTiO3薄膜是电子导电还是空穴导电？由于薄膜脱氧而产生氧空位，其效果是形成空位缺陷，两个多余的电子被束服在BaTiO22+周围。由于束缚能量很低，当受到光照获加热等外界原因影响时，发生电离，电子挣脱BaTiO22+的束缚，成为导电电子。相当于施主杂质电离。四、有一块本征半导体样品，试描述用以增加其电导率的两个物理过程。(1)掺杂→增加载流子浓度（2）加热→本证激发，载流子浓度增加nqu五、在稳定不变的光照下，半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的，但为什么说半导体处于非平衡状态？pnin.2pnin.2•热平衡判据：光照后：由于Δp、Δn的存在,处于稳态过程时，所以半导体处于非平衡态。六、在室温（300K）时，一个Si样品中掺有浓度为1×1016cm-3的As原子，并计算该Si样品的电导率。若流过样品的电流密度为216mA/cm2，求样品上所施加的电场强度。nnquJE=1016x1.6x1019x1350=2.16s/cm=0.1V/cm=10V/m解：七、室温下Si半导体中同时掺有浓度为1016/cm3的B原子、1014/cm3的P原子、1012/cm3的Au原子，这些杂质各起什么作用？计算此时多子和少子的浓度，并确定费米能级相对于本征费米能级的位置。或者3487.0)105.11010ln(26.0)ln(101416iiiDAifEEnNNTKEE。iifnPTKEE。。ln3161416/101010cmp多子：341622/1025.210)105.1(cmnnpni得，由解：B为受主；P为施主；Au为深能级杂质，复合中心作用八、当温度一定时，杂质半导体的费米能随掺杂浓度变化。在下图中画出N型半导体中费米能级EF随掺杂浓度ND变化的关系，并简要说明之解：N型半导体的fE随掺杂浓度变化情况如下：002pnni题中隐含条件：九、热平衡态下，证明当且电子浓度为，时，半导体材料电导率最小，且最小电导率i，其中是本征半导体的电导率，bnpbnnii及1)(22pinpinppunnnuqqunnnpunqunpubnni22证明：pnuubpnbuu有极值。,0)(ppbubuqdnd023222nndndi有极小值时，及bnpbnnii1121)(2)(1minbbbbuuqnuuuuqnqubnqubnipnipnpnipini