半导体物理学第四版答案.docx

1、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

2、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、?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800 cm2/( 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

4、,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 23.2?10?9?1000 ?6.025?1023/18.8?8.42?1014cm3 sb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

5、渡区 n?p0?nd?2?1013?8.4?1014?8.6?1014cm?3 ?1/? 11 ?1.9?cm nqun8.6?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?1016cm3 b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

6、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?cm 16?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?10

7、3?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1500 cm2/( 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

8、.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3000 cm2/( 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： 样品的电阻是多少？ 样品的电阻率应是多少？ 应该掺入浓

9、度为多少的施主？ v10?100? i0.1 rs100?0.001?1?cm 样品电阻率为?l0.1 解： 样品电阻为r? 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

10、/(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；室温时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。 400k时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。 解： 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/

11、cm2 电流强度为i?js?0.5?10?3?5?10?4a 400k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

12、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s i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）

13、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=8000 cm2/( v?s),n=1015cm-3，试求样品的电阻。 解：? 11 ?0.78?.cm nqun1.602?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： 分别计算室温时的电导率； 若于两个gaas样品

14、，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/cm gaas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： 硼原子3?1015cm-3

15、; 硼原子1.3?1016cm-3+磷原子1.0?1016cm-3 磷原子1.3?1016cm-3+硼原子1.0?1016cm 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】xt2.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500 cm2/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?6 s/cm； 已知室温硅的原子密度为5?