半导体物理学第四版答案.docx
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半导体物理学第四版答案
半导体物理学第四版答案
【篇一：
半导体物理学第四章答案】
.300k时，ge的本征电阻率为47?
cm，如电子和空穴迁移率分别为3900cm2/（v.s）和1900cm/（v.s）。
试求ge的载流子浓度。
解：
在本征情况下，n?
p?
ni,由?
?
1/?
?
2
11
知?
nqun?
pqupniq（un?
up）
ni?
1113?
3
?
?
2.29?
10cm?
19
?
q（un?
up）47?
1.602?
10?
（3900?
1900）
2.试计算本征si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/（v.s）和500cm2/（v.s）。
当掺入百万分之一的as后，设杂质全部电离，试计算其电导率。
比本征si的电导率增大了多少倍？
解：
300k时，un?
1350cm2/（v?
s）,up?
500cm2/（v?
s），查表3-2或图3-7可知，室温下si的本征载流子浓度约为ni?
1.0?
1010cm?
3。
本征情况下，
?
?
nqun?
pqup?
niq（un?
up）?
1?
1010?
1.602?
10-19?
（1350+500）?
3.0?
10?
6s/cm
11
金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为8?
?
6?
?
4?
8个，查看附录b知si的晶格常数为
82
0.543102nm，则其原子密度为
822?
3
。
?
5?
10cm?
73
（0.543102?
10）
1
?
5?
1016cm?
3，杂质全部电离后，nd?
?
ni，
1000000
掺入百万分之一的as,杂质的浓度为nd?
5?
1022?
这种情况下，查图4-14（a）可知其多子的迁移率为800cm2/（v.s）
?
?
ndqun?
5?
1016?
1.602?
10-19?
800?
6.4s/cm
?
6.4
?
?
2.1?
106倍比本征情况下增大了?
6?
3?
10
3.电阻率为10?
.m的p型si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度。
解：
查表4-15（b）可知，室温下，10?
.m的p型si样品的掺杂浓度na约为1.5?
1015cm?
3,查表3-2或图3-7可知，室温下si的本征载流子浓度约为ni?
1.0?
1010cm?
3,na?
?
ni
p?
na?
1.5?
1015cm?
3
ni（1.0?
1010）24?
3
n?
?
?
6.7?
10cm15
p1.5?
10
4.0.1kg的ge单晶，掺有3.2?
10-9kg的sb，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率?
?
n=0.38m2/（v.s）,ge的单晶密度为5.32g/cm3,sb原子量为121.8?
。
解：
该ge单晶的体积为：
v?
0.1?
1000
?
18.8cm3;
5.32
2
3.2?
10?
9?
1000
?
6.025?
1023/18.8?
8.42?
1014cm3sb掺杂的浓度为：
nd?
121.8
查图3-7可知，室温下ge的本征载流子浓度ni?
2?
1013cm?
3，属于过渡区
n?
p0?
nd?
2?
1013?
8.4?
1014?
8.6?
1014cm?
3
?
?
1/?
?
11
?
?
1.9?
?
cmnqun8.6?
1014?
1.602?
10?
19?
0.38?
104
5.500g的si单晶，掺有4.5?
10-5g的b，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率?
?
p=500cm2/（v.s）,硅单晶密度为2.33g/cm3,b原子量为10.8?
。
解：
该si单晶的体积为：
v?
500
?
214.6cm3;2.33
4.5?
10?
5
?
6.025?
1023/214.6?
1.17?
1016cm3b掺杂的浓度为：
na?
10.8
查表3-2或图3-7可知，室温下si的本征载流子浓度约为ni?
1.0?
1010cm?
3。
因为na?
?
ni，属于强电离区，p?
na?
1.12?
1016cm?
3
?
?
1/?
?
11
?
?
1.1?
?
cm16?
19
pqup1.17?
10?
1.602?
10?
500
6.设电子迁移率0.1m2/（v?
s）,si的电导有效质量mc=0.26m0,加以强度为104v/m的电场，试求平均自由时间和平均自由程。
解：
由?
n?
q?
n
知平均自由时间为mc
?
n?
?
nmc/q?
0.1?
0.26?
9.108?
10?
31/（1.602?
10?
19）?
1.48?
10-13s
平均漂移速度为
?
?
ne?
0.1?
104?
1.0?
103ms?
1平均自由程为
?
n?
1.0?
103?
1.48?
10?
13?
1.48?
10?
10m
7长为2cm的具有矩形截面的ge样品，截面线度分别为1mm和2mm，掺有1022m-3受主，试求室温时样品的电导率和电阻。
再掺入5?
1022m-3施主后，求室温时样品的电导率和电阻。
解：
na?
1.0?
1022m?
3?
1.0?
1016cm?
3，查图4-14（b）可知，这个掺杂浓度下，ge的迁移率up为1500cm2/（v.s）,又查图3-7可知，室温下ge的本征载流子浓度ni?
2?
1013cm?
3，na?
?
ni，属强电离区，所以电导率为
?
?
pqup?
1.0?
1016?
1.602?
10?
19?
1500?
2.4?
?
cm
电阻为
r?
?
ll2?
?
?
41.7?
s?
?
s2.4?
0.1?
0.2
掺入5?
1022m-3施主后
n?
nd?
na?
4.0?
1022m?
3?
4.0?
1016cm?
3
总的杂质总和ni?
nd?
na?
6.0?
1016cm?
3，查图4-14（b）可知，这个浓度下，ge的迁移率un为3000cm2/（v.s）,
?
?
nqun?
nqun?
4.0?
1016?
1.602?
10?
19?
3000?
19.2?
?
cm
电阻为
r?
?
ll2?
?
?
5.2?
s?
?
s19.2?
0.1?
0.2
8.截面积为0.001cm2圆柱形纯si样品，长1mm,接于10v的电源上，室温下希望通过0.1a的电流，问：
①样品的电阻是多少？
②样品的电阻率应是多少？
③应该掺入浓度为多少的施主？
v10?
?
100?
i0.1
rs100?
0.001?
?
1?
?
cm②样品电阻率为?
?
l0.1
解：
①样品电阻为r?
③查表4-15（b）知，室温下，电阻率1?
?
cm的n型si掺杂的浓度应该为5?
1015cm?
3。
9.试从图4-13求杂质浓度为1016cm-3和1018cm-3的si，当温度分别为-50oc和+150oc时的电子和空穴迁移率。
解：
电子和空穴的迁移率如下表，迁移率单位cm2/（v.s）
10.试求本征si在473k时的电阻率。
解：
查看图3-7，可知，在473k时，si的本征载流子浓度ni?
5.0?
1014cm?
3，在这个浓度下，查图4-13可知道un?
600cm2/（v?
s），up?
400cm2/（v?
s）
?
i?
1/?
i?
1niq（un?
up）
-3
2
?
1
?
12.5?
?
cm
5?
1014?
1.602?
10?
19?
（400?
600）
13
-3
3
11.截面积为10cm,掺有浓度为10cm的p型si样品，样品内部加有强度为10v/cm的电场，求；
①室温时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。
②400k时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。
解：
①查表4-15（b）知室温下，浓度为1013cm-3的p型si样品的电阻率为?
?
2000?
?
cm，则电导率为
?
?
1/?
?
5?
10?
4s/cm。
电流密度为j?
?
e?
5?
10?
4?
103?
0.5a/cm2电流强度为i?
js?
0.5?
10?
3?
5?
10?
4a
②400k时，查图4-13可知浓度为1013cm-3的p型si的迁移率约为up?
500cm2/（v?
s），则电导率为
?
?
pqup?
1013?
1.602?
10?
19?
500?
8?
10?
4s/cm
电流密度为j?
?
e?
8?
10?
4?
103?
0.8a/cm2电流强度为i?
js?
0.8?
10?
3?
8?
10?
4a
12.试从图4-14求室温时杂质浓度分别为1015，1016，1017cm-3的p型和n型si样品的空穴和电子迁移率，并分别计算他们的电阻率。
再从图4-15分别求他们的电阻率。
硅的杂质浓度在1015-1017cm-3范围内，室温下全部电离，属强电离区，n?
nd或p?
na电阻率计算用到公式为?
?
11
或?
?
nqunpqup
13.掺有1.1?
1016硼原子cm-3和9?
1015磷原子cm-3的si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。
解：
室温下，si的本征载流子浓度ni?
1.0?
1010/cm3有效杂质浓度为：
na?
nd?
1.1?
1016?
9?
1015?
2?
1015/cm3多数载流子浓度p?
na?
nd?
2?
1015/cm3
?
?
ni，属强电离区
ni1?
102043
少数载流子浓度n?
?
?
5?
10/cm15
p02?
10
2
总的杂质浓度ni?
na?
nd?
2?
1016/cm3，查图4-14（a）知，up多子?
400cm2/v?
s,
un少子?
1200cm2/v?
s电阻率为
?
?
111
?
?
?
7.8?
.cm
pqup?
nqunupqp1.602?
10-19?
2?
1015?
400
14.截面积为0.6cm2、长为1cm的n型gaas样品，设un=8000cm2/（v?
s）,n=1015cm-3，试求样品的电阻。
解：
?
?
11
?
?
0.78?
.cmnqun1.602?
10-19?
1?
1015?
8000
l
?
0.78?
1/0.6?
1.3?
s
电阻为r?
?
15.施主浓度分别为1014和1017cm-3的两个ge样品，设杂质全部电离：
①分别计算室温时的电导率；
②若于两个gaas样品，分别计算室温的电导率。
解：
查图4-14（b）知迁移率为
ge材料，
浓度为1014cm-3，?
?
nqun?
1.602?
10-19?
1?
1014?
4800?
0.077s/cm浓度为1017cm-3，?
?
nqun?
1.602?
10-19?
1?
1017?
3000?
48.1s/cmgaas材料，
浓度为1014cm-3，?
?
nqun?
1.602?
10-19?
1?
1014?
8000?
0.128s/cm浓度为1017cm-3，?
?
nqun?
1.602?
10-19?
1?
1017?
5200?
83.3s/cm
16.分别计算掺有下列杂质的si，在室温时的载流子浓度、迁移率和电阻率：
①硼原子3?
1015cm-3;
②硼原子1.3?
1016cm-3+磷原子1.0?
1016cm-3③磷原子1.3?
1016cm-3+硼原子1.0?
1016cm
④磷原子3?
1015cm-3+镓原子1?
1017cm-3+砷原子1?
1017cm-3。
解：
室温下，si的本征载流子浓度ni?
1.0?
1010/cm3，硅的杂质浓度在1015-1017cm-3范围内，室温下全部
【篇二：
半导体物理习题答案第四章】
xt>2.试计算本征si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/v?
s和500cm2/v?
s。
当掺入百万分之一的as后，设杂质全部电离，试计算其电导率。
掺杂后的电导率比本征si的电导率增大了多少倍？
解：
将室温下si的本征载流子密度1.5?
1010/cm3及题设电子和空穴的迁移率代入电导率公式
?
i?
niq（?
n?
?
p）
即得：
?
i?
1.5?
1010?
1.6?
10?
19?
（1350?
500）?
4.44?
10?
6s/cm；
已知室温硅的原子密度为5?
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