半导体物理答案.docx

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半导体物理答案

1、选择

1.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（比半导体的大）；

2.室温下，半导体Si掺硼的浓度为1014cm-3，同时掺有浓度为1.1×1015cm-3的磷，则电子浓度约为（1015cm-3），空穴浓度为（2.25×105cm-3），费米能级为（高于Ei）；将该半导体由室温度升至570K，则多子浓度约为（2×1017cm-3），少子浓度为（2×1017cm-3），费米能级为（等于Ei）。

3.施主杂质电离后向半导体提供（电子），受主杂质电离后向半导体提供（空穴），本征激发后向半导体提供（空穴、电子）；

4.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（EF）靠近Ei；

5.表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（施主态）；

6.当施主能级ED与费米能级EF相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（1/3）倍；

重空穴是指（价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴）

7.硅的晶格结构和能带结构分别是（金刚石型和间接禁带型）

8.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（各元胞对应点出现的几率相同）。

9.本征半导体是指（不含杂质与缺陷）的半导体。

10.简并半导体是指（（EC-EF）或（EF-EV）≤0）的半导体

11.3个硅样品的掺杂情况如下：

甲．含镓1×1017cm-3；乙.含硼和磷各1×1017cm-3；丙.含铝1×1015cm-3

这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以EV为基准）的顺序是（甲丙乙）

12.以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率μn与温度的（B3/2次方成反比）

13.公式

中的

是载流子的（平均自由时间）。

14.欧姆接触是指（阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性）的金属－半导体接触。

15.在MIS结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压，在栅极电压由负值增加到足够大的正值的的过程中，如半导体为P型，则在半导体的接触面上依次出现的状态为（多数载流子堆积状态，多数载流子耗尽状态，少数载流子反型状态）。

16.在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（曲率小），对应的有效质量（大），称该能带中的空穴为（重空穴E）。

17.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（两性杂质）。

18.在通常情况下，GaN呈（纤锌矿型）型结构，具有（六方对称性），它是（直接带隙）半导体材料。

19.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，mn*/m0值是乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（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）。

20.一块半导体寿命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（1/e2）。

21.对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够高、ni>>/ND-NA/时，半导体具有（本征）半导体的导电特性。

22.在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（Ev）移动；当掺杂浓度一定时，温度从室温逐步增加，费米能级向（Ei）移动。

23.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（产生等电子陷阱）。

24.对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（非平衡载流子浓度成反比）。

25.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（变小，变大）。

26.如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（等于）空穴的俘获率，它是（有效的复合中心）。

27.同一块半导体中，电子的有效质量小于空穴的有效质量，所以电子的迁移率（大于）空穴的迁移率。

28.下列半导体材料中，属于N型半导体的是（锗掺入磷）。

29.pn结空间电荷区又称为（耗尽区）。

30.主要利用半导体的（隧道效应）制造欧姆接触。

31.光强度一定是，在半导体温度升高，非平衡载流子浓度（不变）。

32.温度一定时，半导体掺杂浓度增加其导电性（增大）。

33.下列半导体材料中，属于直接带隙半导体的是（砷化镓）。

34.N型半导体，随着掺杂浓度增加，费米能级（上升）。

35.非平衡载流子通过复合中心的复合称为（间接复合）。

36.制造半导体器件时，必须引出金属端子引脚，必然出现金属与半导体接触，此时需要采取（欧姆接触）方法减少接触对器件特性影响。

二、填空

1．纯净半导体Si中掺

族元素的杂质，当杂质电离时释放。

这种杂质称杂质；相应的半导体称型半导体。

2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做运动。

3．nopo=ni2标志着半导体处于状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积nopo改变否？

；当温度变化时，nopo改变否？

。

4．非平衡载流子通过而消失，叫做寿命τ，寿命τ与在中的位置密切相关，对于强p型和强n型材料，小注入时寿命τn为，寿命τp为。

5．是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，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，称为关系式。

6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和

。

前者在下起主要作用，后者在

下起主要作用。

7．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。

8．对n型半导体，如果以EF和EC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；为简并条件。

12．当P-N结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为，其种类为：

、和。

13．指出下图各表示的是什么类型半导体？

14．当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做运动；半导体存在电势差时，载流子将做运动，其运动速度正比于，比例系数称为。

15．np>ni2意味着半导体处于状态，其中n=；

p。

这时半导体中载流子存在净复合还是净产生？

。

16．半导体中浅能级杂质的主要作用是增强载流子的浓度；深能级杂质所起的主要作用增强载流子的复合。

17．非平衡载流子通过而消失，叫做寿命τ，寿命τ与在中的位置密切相关，当寿命τ趋向最小。

18．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和

。

前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。

19．半导体中掺杂浓度很高时，杂质电离能（增大、减小、不变？

），禁带宽度

（增大、减小、不变？

）。

20．p-n结电容包括电容和电容，在反向偏压下，电容起主要作用。

21．原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再局限在某个原子上，可以从一个原子上转移到另一个原子上，电子将在整个晶体中运动，这种运动称为：

共有化运动。

22．空穴携带__正___电荷，具有___正__的有效质量。

23．本证硅中掺入III价元素杂质，为__P___型半导体。

24．当用适当波长的光照射半导体，产生的载流子称为__非平衡___载流子。

25．_爱因斯坦____方程是漂移运动和扩散运动同时存在时少数载流子所遵循的运动方程，是研究半导体器件原理的基本方程之一。

26．常见的元素半导体有__硅____和___铬___，常见的化合物半导体有_砷化镓_____。

27．半导体材料硅和锗的晶体结构为______金刚石______型结构。

28．金属中导电的粒子是电子，半导体中导电的粒子是__电子______和____空穴____。

29．晶体中电子的能量状态是量子化的，电子在各状态上的分布遵守费米分布规律，当E-EF>>k0T时，可近似为____波尔兹曼________分布。

30．pn结具有电容特性，包括___势垒_____电容和____扩散____电容两部分。

3、名词解释

1.有效质量:

粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。

2.热平衡状态：

在没有外界影响的条件下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态。

所谓外界影响，是指外界对系统作功或传热。

不能把平衡态简单理解为不随时间变化的状态。

3.散射概率

4.迁移率：

单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。

迁移率的表达式为：

μ=qτ/m*。

可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。

5.平均自由时间：

粒子在两次散射之间经历的平均时间，其倒数即为散射几率。

6.热载流子：

是指比零电场下的载流子具有更高平均动能的载流子。

7.载流子的散射：

①电离杂质的散射：

施主杂质在电离后是一个带正电的离子，而受主杂质电离后则是负离子。

在正离子有或负离子周围形成一个库仑势场，载流子将受到这个库仑场的作用，即散射。

②晶格振动的散射：

光学波和声学波散射。

随着温度的增加，晶格振动的散射越来显著，而杂质电离的散射变得不显著了。

③其他因素引起的散射：

等同的能谷间散射、中性杂质散射、位错散射、合金散射。

另外，载流子之间也有散射作用，但这种散射只在强简并时才显著。

8.非平衡载流子的寿命：

当半导体由于外界作用注入非平衡载流子时，它处于非平衡状态。

9.复合几率：

10.复合率：

11.准费米能级:

半导体处于非平衡态时，导带电子和价带空穴不再有统一的费米能级，但可以认为它们各自达到平衡，相应的费米能级称为电子和空穴的准费米能级。

12.直接复合：

电子从导带直接跃迁至价带与空穴相遇而复合。

13.间接复合:

电子通过禁带中的能级而跃迁至价带与空穴相遇而复合。

14.直接复合机构

15.间接复合机构

16.雪崩击穿：

在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对.新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子空穴对.如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大,所以这种碰撞电离称为雪崩击穿.

17.隧道击穿效应：

隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。

18.肖特基接触：

指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。

势垒的存在才导致了大的界面电阻。

与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。

19.欧姆接触：

指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区（Activeregion）而不在接触面。

20.N型半导体:

在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。

21.P型半导体:

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。

22.简并半导体:

对于重掺杂半导体，费米能级接近或进入导带或价带，导带/价带中的载流子浓度很高，泡利不相容原理起作用，电子和空穴分布不再满足玻耳兹曼分布，需要采用费米分布函数描述。

称此类半导体为简并半导体。

满足的条件为

23.非简并半导体:

掺杂浓度较低，其费米能级EF在禁带中的半导体;半导体中载流子分布可由经典的玻尔兹曼分布代替费米分布描述时，称之为非简并半导体

24.反型异质结：

25.同型异质结：

26.本征吸收：

指在价带和导带之间电子的跃迁产生与自由原子的线吸收谱相当的晶体吸收谱，它决定着半导体的光学性质.本征吸收最明显的特点是具有基本的吸收边（吸收系数陡峭增大的波长），也是半导体以及绝缘体光谱与金属光谱的主要不同之处，它标志着低能透明区与高能强吸收区之间的边界。

基本吸收边由能量带隙（晶体的导带底和价带顶的能量差－禁带宽度）决定.

27.非本征吸收：

4．计算题

5．

6．（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）

7．