《半导体物理》期中试题解答.ppt
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微电子与固体电子学院半导体物理期中试题解答一、填空题一、填空题1.纯净半导体的霍尔系数纯净半导体的霍尔系数小小于于0。
若一种半导体材料的霍。
若一种半导体材料的霍尔系数等于尔系数等于0，则该材料的极性是，则该材料的极性是P型。
型。
2.电子在各能量状态上的分布服从电子在各能量状态上的分布服从费米分布费米分布的半导体的半导体称为简并半导体，可以采用称为简并半导体，可以采用波尔兹曼分布波尔兹曼分布近似描述的近似描述的半导体称为非简并半导体。
半导体称为非简并半导体。
3.室温下本征室温下本征Si的掺入杂质的掺入杂质P后，费米能级向后，费米能级向导带导带/Ec移动，若进一步升高温度，费米能级向移动，若进一步升高温度，费米能级向Ei/本征费米能本征费米能级级/禁带中心能级禁带中心能级/价带价带移动。
移动。
4.半导体回旋共振实验用来测量载流子的半导体回旋共振实验用来测量载流子的有效质量有效质量。
5.重掺杂通常会使半导体的禁带宽度变重掺杂通常会使半导体的禁带宽度变窄窄。
6.金掺入半导体金掺入半导体Si中是一种中是一种深能级深能级杂质。
杂质。
7.电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体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各元胞对应点出现的几率相同出现的几率相同的几率相同。
的几率相同。
8.硅的晶体结构和能带结构分别是硅的晶体结构和能带结构分别是金刚石金刚石型和型和间接带隙间接带隙型。
型。
二、选择题二、选择题1.在常温下，将浓度为在常温下，将浓度为1014/cm3的的As掺入掺入Si半导体中，该半导体中起主要散射作用半导体中，该半导体中起主要散射作用的是的是C。
A.杂质散射杂质散射B.光学波散射光学波散射C.声学波散射声学波散射D.多能谷散射多能谷散射2.下列哪个参数不能由霍尔效应实验确定下列哪个参数不能由霍尔效应实验确定C。
A.迁移率迁移率B.载流子浓度载流子浓度C.有效质量有效质量m*D.半导体极性半导体极性3.重空穴指的是重空穴指的是D。
A.质量较大的原子组成的半导体中的空穴质量较大的原子组成的半导体中的空穴B.比电子质量大的空穴比电子质量大的空穴C.价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴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价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴4.半导体中载流子迁移率的大小主要决定于半导体中载流子迁移率的大小主要决定于B。
A.复合机构复合机构B.散射机构散射机构C.能带结构能带结构D.晶体结构晶体结构5.若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料是是A。
A.本征半导体本征半导体B.杂质半导体杂质半导体C.金属金属D.杂质化合物半导体杂质化合物半导体6以以长声学波声学波为主要散射机构主要散射机构时，电子的迁移率子的迁移率n与温度的与温度的B。
A.平方成正比平方成正比B.3/2次方成反比次方成反比C.平方成反比平方成反比D.1/2次方成正比次方成正比7.公式公式中的中的A、散射、散射时间；B、寿命；、寿命；C、平均自由、平均自由时间；D、扩散系数。
散系数。
是是载流子的流子的C。
8.对于一定的于一定的n型半型半导体材料，温度一定体材料，温度一定时，减少，减少掺杂浓度，将度，将导致致D靠近靠近Ei；A、Ec;B、Ev;C、Eg;D、EF。
9.当施主能当施主能级ED与与费米能米能级EF相等相等时，电离施主的离施主的浓度度为施主施主浓度的度的C倍；倍；A、1;B、1/2;C、1/3;D、1/4.10.在某半在某半导体体掺入硼的入硼的浓度度为1014cm-3,磷磷为1015cm-3，则该半半导体体为B半半导体；其有效体；其有效杂质浓度度约为E。
A.本征本征;B.n型型;C.p型型;D.1.11015cm-3;E.91014cm-3三、设半导体有两个价带，带顶均在三、设半导体有两个价带，带顶均在k=0处且能量相等，带顶空穴有效质量处且能量相等，带顶空穴有效质量有以下关系：
有以下关系：
，试定性画，试定性画出两者的出两者的E-k关系图。
关系图。
EkE1：
重空穴：
重空穴E2：
轻空穴：
轻空穴四、分析化合物半导体四、分析化合物半导体PbS中中S的间隙的间隙原子是形成施主还是受主？
原子是形成施主还是受主？
S2-PbSSPbSPb2+SPbS2-S的间隙原子由于的间隙原子由于电负性大，容易获电负性大，容易获取电子，形成负电取电子，形成负电中心，充当受主中心，充当受主五、五、1）计算下面两种材料在室温下的载流）计算下面两种材料在室温下的载流子浓度：
子浓度：
（1）掺入密度为）掺入密度为1014/cm3B的锗材料；的锗材料；
（2）掺入密度为）掺入密度为1014/cm3B的硅材料。
的硅材料。
2）制作一种）制作一种p-n结需要一种结需要一种P型材料，工作型材料，工作温度是室温（温度是室温（300K）,试判断上面两种材料试判断上面两种材料中哪一种适用，并说明理由。
中哪一种适用，并说明理由。
（在室温下，硅：
（在室温下，硅：
ni=1.51010/cm3锗：
锗：
ni=2.41013/cm3）解：
解：
1）掺入锗：
）掺入锗：
ni/NA=24%，故该，故该P型材料处于型材料处于过渡区过渡区掺入硅：
掺入硅：
nini=1.51010/cm3半导体处于饱和电离区半导体处于饱和电离区八、试论证非简并半导体在热平衡时八、试论证非简并半导体在热平衡时载流子浓度积与杂质浓度无关，而与载流子浓度积与杂质浓度无关，而与禁带宽度有关。
禁带宽度有关。
非简并半导体在热平衡时载流子浓度：
非简并半导体在热平衡时载流子浓度：
浓度积浓度积而而Nc、Nv均与杂质浓度无关，故浓度积只均与杂质浓度无关，故浓度积只与禁带宽度与禁带宽度Eg有关。
有关。
九、一个晶格常数为九、一个晶格常数为a的一维晶体，其的一维晶体，其电子能量电子能量E与波矢与波矢k的关系是：
的关系是：
讨论在这个能带中的电子，其有效质讨论在这个能带中的电子，其有效质量和速度如何随量和速度如何随k变化。
变化。
设一设一n型半导体导带电子的有效质量为型半导体导带电子的有效质量为m*n=mo,试证明试证明在在300K时，使得费米能级时，使得费米能级EF=（EC+ED）/2的施主浓度为的施主浓度为ND=2NC。
（设此时的施主的电离很弱，按非简并情况处理）。
（设此时的施主的电离很弱，按非简并情况处理）证明：
在非简并条件下：
证明：
在非简并条件下：
又又，由电中性条件得到：
n0=ND+所以有：
当当电离很弱离很弱时，即，即如果要求使得如果要求使得得得证。
有一硅样品在温度为有一硅样品在温度为300k时，施主与受主的浓度差时，施主与受主的浓度差ND-NA=1014cm-3,设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度NC=2.91019cm-3，硅的本征载流子浓度，硅的本征载流子浓度ni=1.51010cm-3,求求样品的费米能级位于哪里？
样品的费米能级位于哪里？
解：
由电中性条件可得:
由题意可知，ni=1.51010cm-3,ND-NA=1014cm-3故有：
，可忽略p0,导带电子浓度为：
所以所以，所以，样品的费米能级位于导带底Ec下方0.327eV。
在半导体锗材料中，掺入施主杂质浓度ND=1014cm-3,受主杂质浓度NA=71013cm-3,设室温下本征锗的电阻率为60.cm，假设电子和空穴的迁移率分别为n=3600cm2/Vs，p=1800cm2/Vs，如流过样品的电流密度为52.3mA/cm2,求所加的电场强度。
（提示：
杂质完全电离，先求ni,由电中型条件和n0p0=ni2求n0和p0，再求电导率和电场）解：
解：
，所以，所以，样品的品的电导率率为：
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