半导体期中考材料

1填空题1、单胞是基本的、不唯一的单元。（X）2、电子所处能级越低越稳定。（V）3、无论是自由电子还是晶体材料中的电子，他们在某处出现的几率是恒定不变的。（X）4、Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中为深能级杂质。（X）5、受主杂质向价带提供空穴成为正电中心。（X）6、空穴占据费米能级的概率在除绝对零度外各种温度下总是1/2。（V）7、对不同的半导体材料，费米能级位置较高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子。（V）8、按半导体结构来分，应用最为广泛的是（金刚石型）。9、写出三种立方单胞的名称，并分别计算单胞中所含的原子数。简立方、体心立方、面立方1、2、410、计算金刚石型单胞中的原子数。6*1/2+8*1/8=3+1=411、杂质处于两种状态：（中性态）和（离化态）。12、空位表现为（受主）作用，间隙原子表现为（施主）作用。13、以Si在GaAs中的行为为例，说明Ⅳ族杂质在Ⅲ—Ⅴ化合物中可能出现的双性行为.答：Si取代GaAs中的Ga原子则起施主作用；Si取代GaAs中的As原子则起受主作用。导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。硅先取代Ga原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取代As原子起受主作用。14、实际情况的半导体材料与理想的半导体材料有何不同？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。（3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。15、为什么电子分布在导带底，空穴分布在价带顶？16、能量为E的一个量子态被一个空穴占据的概率为。{其中最终结果可看书上71页}第一章1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量EV(k)分别01()1FEEkTfEe2为：0220122021202236)(,)(3EcmkmkkEmkkmkV0m。试求：为电子惯性质量，nmaak314.0,1（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：10911010314.0＝ak（1）JmkmkmkEkEEmkkEEkmdkEdkmkdkdEJmkEckkmmmdkEdkkmkkmkdkdEVCgVVVVcC17312103402120122021210122022202173121034021210202022210120210*02.110108.912)1010054.1(1264)0()43(6)(0,0600610*05.310108.94)1010054.1(4Ec43038232430)(232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：043222*83)2(1mdkEdmkkCnC3sNkkkpkpmdkEdmkkkkVnV/1095.71010054.14310314.0210625.643043)()()4(6)3(251034934104300222*11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，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：根据：tkqEf得qEktsatsat137192821993421911028.810106.1)0(1028.810106.11025.0210625.610106.1)0(第二章7.锑化铟的禁带宽度Eg=0.18eV，相对介电常数r=17，电子的有效质量*nm=0.015m0,m0为电子的惯性质量，求①施主杂质的电离能，②施主的弱束缚电子基态轨道半径。4nmrmmmqhrnmmqhreVEmmqmEeVJqmEnrnrrnrnD60053.010108.9)10602.1(10854.8)10*625.6(101.7176.13015.0)4(26.1310602.11018.21018.21075.21099.5)10*054.1()10854.84(2)10602.1(10108.9)4(20*0*20231219122340202042200*2204*1918188810623421241931220400：解：根据类氢原子模型8.磷化镓的禁带宽度Eg=2.26eV，相对介电常数r=11.1，空穴的有效质量m*p=0.86m0,m0为电子的惯性质量，求①受主杂质电离能；②受主束缚的空穴的基态轨道半径。eVEmmqmErPrPA096.01.116.1386.0)4(22200*2204*：解：根据类氢原子模型nmrmmmqhrnmmqhrPrPr68.0053.010108.9)10602.1(10854.8)10*625.6(0*0*2023121912234020205第三章1.计算能量在E=Ec到2*n22CL2m100EE之间单位体积中的量子态数。解：3.当E-EF为1.5k0T，4k0T,10k0T时，分别用费米分布函数和玻耳兹曼分布函数计算电子占据各该能级的概率。费米能级费米函数玻尔兹曼分布函数1.5k0T0.1820.2234k0T0.0180.01833222233*22100E21233*22100E0021233*2310002100)(32221)(221)(1ZVZZ)(Z)(22)(23222C222CLElmEEEmdEEEmdEEgVddEEgdEEmVEgcncCnlmECnlmECnncnc）（）（单位体积内的量子态数）（FEETkEEFeEf011)(TkEEFeEf0)(610k0T5.利用表3-2中的m*n，m*p数值，计算硅、锗、砷化镓在室温下的NC,NV以及本征载流子的浓度。Nc(立方厘米)Nv(立方厘米)ni1.05E+19Ge3.91E+18Ge1.50E+13Ge2.81E+19Si1.14E+19Si6.95E+09Si4.44E+17GaAs8.08E+18GaAs1.90E+06GaAs6.计算硅在-78oC，27oC，300oC时的本征费米能级，假定它在禁带中间合理吗？相比较300K时Si的Eg=1.12eV所以假设本征费米能级在禁带中间合理，特别是温度不太高的情况下。51054.451054.4evEmmmmAGevEmmmmsievEmmmmGeNNnhTkmNhTkmNgpnsagpngpnekoTEvcipvnCg428.1;47.0;068.0:12.1;59.0;08.1:67.0;37.0;56.0:)()2(2)2(2500000022123202320eVkTeVkTKTeVkTeVkTKTeVmmkTeVkTKTmmkTEEEEmmmmSiSinpVCiFpn022.008.159.0ln43,0497.0573012.008.159.0ln43,026.03000072.008.159.0ln43,016.0195ln43259.0,08.1:3222001100时，当时，当时，当的本征费米能级，77.①在室温下，锗的有效态密度Nc=1.051019cm-3，NV=3.91018cm-3，试求锗的载流子有效质量m*nm*p。计算77K时的NC和NV。已知300K时，Eg=0.67eV。77k时Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77K时，锗的电子浓度为1017cm-3，假定受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ND为多少？317231823'318231923'23''/1007.530077109.330077/1037.1300771005.130077)(30077772cmNNcmNNTTKNKNNNKVVCCCCVC）（）（）（）（）（）（、时的）（31718170066.001.017003777276.0211718313300267.0211819221/1066.1)1037.11021(10)21(212121exp21/1010.1)1007.51037.1(77/105.1)109.31005.1()()3(00000000cmeNnenNNneNeeNeNNnncmenKcmeneNNnCoTkEDCoTkEDTkEETkEEDTkEEEEDTkEEDDkikikoTEgvciDDFCcDFCcDFD时，室温：kgmNTkmkgmNTkmTmkNTmkNvpcnpvnc31031202310320223202320106.229.022101.556.022)2(2)2(21.7得）根据（88.利用题7所给的Nc和NV数值及Eg=0.67eV，求温度为300K和500K时，含施主浓度ND=51015cm-3，受主浓度NA=2109cm-3的锗中电子及空穴浓度为多少？31503150310031502122021220202020000315221''318'319'313221/1079.3/1079.8500/1050.4/105300)2(2)2(20)(0/1077.5)(/1039.8;/1026.2500/105.1)(300.800cmpcmnKTcmpcmnKTnNNNNpnNNNNnnNNnnnpnNNpncmeNNncmNcmNKcmeNNnKiDADAiADADiADiADTkEVCiVCTkEVcigg时：时：根据电中性条件：时：时：99.计算施主杂质浓度分别为1016cm3，,1018cm-3，1019cm-3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质是全部电离，再用算出的的费米能级核对一下，上述假定是否在每一种情况下都成立。计算时，取施主能级在导带底下面0.05eV。%90211%102111%10%,9005.0)2(27.0.0108.210ln026.0;/10086.0108.210ln026.0;/1021.0108.210ln026.0;/10ln/1002.1/108.2,300,ln,ln.900191931919183181916316031031900是否或是否占据施主为施主杂质全部电离标准时或离区的解假设杂质全部由强电TkEEDDTkEEDDDCFcDFcDFcDCDFciCiDiFCDcFFFDFDeNneNneVEEeVEEcmNeVEEcmNeVEEcmNNNTkEEcmncmNKTNNTkEENNTkEEE没有全部电离全部电离小于质数的百分比）未电离施主占总电离杂全部电离的上限求出硅中施主在室温