半導(dǎo)體物理習(xí)題及答案

1、復(fù)習(xí)思考題與自測題復(fù)習(xí)思考題與自測題第一章第一章1.原子中的電子和晶體中電子受勢場作用情況以及運(yùn)動(dòng)情況有何不同原子中內(nèi)層電子和外層電子參與共有化運(yùn)動(dòng)有何不同。答：原子中的電子是在原子核與電子庫倫相互作用勢的束縛作用下以電子云的形式存在，沒有一個(gè)固定的軌道；而晶體中的電子是在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的共有化電子，在晶體周期性勢場中運(yùn)動(dòng)。當(dāng)原子互相靠近結(jié)成固體時(shí)，各個(gè)原子的內(nèi)層電子仍然組成圍繞各原子核的封閉殼層和孤立原子一樣然而，外層價(jià)電子則參與原子

2、間的相互作用，應(yīng)該把它們看成是屬于整個(gè)固體的一種新的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。組成晶體原子的外層電子共有化運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，其行為與自由電子相似，稱為準(zhǔn)自由電子，而內(nèi)層電子共有化運(yùn)動(dòng)較弱，其行為與孤立原子的電子相似。2.描述半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)為什么要引入“有效質(zhì)量“的概念用電子的慣性質(zhì)量描述能帶中電子運(yùn)動(dòng)有何局限性。答：引進(jìn)有效質(zhì)量的意義在于它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。慣性質(zhì)量描述

3、的是真空中的自由電子質(zhì)量，而不能描述能帶中不自由電子的運(yùn)動(dòng)，通常在晶體周期性勢場作用下的電子慣性運(yùn)動(dòng)，成為有效質(zhì)量3.一般來說對應(yīng)于高能級的能帶較寬而禁帶較窄是否如此，為什么？答：不是，能級的寬窄取決于能帶的疏密程度，能級越高能帶越密，也就是越窄；而禁帶的寬窄取決于摻雜的濃度，摻雜濃度高，禁帶就會變窄，摻雜濃度低，禁帶就比較寬。4.有效質(zhì)量對能帶的寬度有什么影響，有人說:“有效質(zhì)量愈大能量密度也愈大因而能帶愈窄.是否如此，為什么？答：有

4、效質(zhì)量與能量函數(shù)對于K的二次微商成反比，對寬窄不同的各個(gè)能帶，1（k）隨k的變化情況不同，能帶越窄，二次微商越小，有效質(zhì)量越大，內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；外層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。5.簡述有效質(zhì)量與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系；答：能帶越窄，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，有效質(zhì)量越小。6.從能帶底到能帶頂晶體中電子的有效質(zhì)量將如何變化？外場對電子的作用效果有什么不同；雜質(zhì)電離能。雜質(zhì)能級離價(jià)帶或?qū)Ф己芙?，所以電離能數(shù)值小。2.純鍺硅中摻入III或

5、Ⅴ族元素后為什么使半導(dǎo)體電學(xué)性能有很大的改變？雜質(zhì)半導(dǎo)體(p型或n型)應(yīng)用很廣但為什么我們很強(qiáng)調(diào)對半導(dǎo)體材料的提純答：因?yàn)閾饺隝II或Ⅴ族后，雜質(zhì)產(chǎn)生了電離，使得到導(dǎo)帶中得電子或價(jià)帶中得空穴增多，增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。極微量的雜質(zhì)和缺陷，能夠?qū)Π雽?dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響，，當(dāng)然，也嚴(yán)重影響著半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。3.把不同種類的施主雜質(zhì)摻入同一種半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)的電離能和軌道半徑是否不同把同一種雜質(zhì)摻入到不同的半導(dǎo)體材

6、料中(例如鍺和硅)雜質(zhì)的電離能和軌道半徑又是否都相同？答：不相同4.何謂深能級雜質(zhì)，它們電離以后有什么特點(diǎn)？答：雜質(zhì)電離能大，施主能級遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底，受主能級遠(yuǎn)離價(jià)帶頂。特點(diǎn)：能夠產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應(yīng)的有一個(gè)能級。5.為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個(gè)施主或受主能級？答：因?yàn)榻鹗巧钅芗夒s質(zhì)，能夠產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應(yīng)的有一個(gè)能級，因此，金在硅鍺的禁帶往往能引入若干個(gè)能級。6.說明摻雜對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響。答：在純凈的半

7、導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。例如，在常溫情況下，本征Si中的電子濃度和空穴濃度均為1.5╳1010cm3。當(dāng)在Si中摻入1.0╳1016cm3后，半導(dǎo)體中的電子濃度將變?yōu)?.0╳1016cm3，而空穴濃度將近似為2.25╳104cm3。半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。7.說明半導(dǎo)體中淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)的作用有何不同？答：深能級雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心或陷阱的作用