半導體物理習題

1、聲明：部分答案來自互聯(lián)網(wǎng)，本人只負責編輯。本文系中北大學物理系半導體物理學基礎課程李惠生老師布置的課后習題。1–錯誤很多，僅供參考第一章第一章1試定性說明Ge、Si的禁帶寬度具有負溫度系數(shù)的原因。解：電子的共有化運動導致孤立原子的能級形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運動加劇，導致允帶進一步分裂、變寬；允帶變寬，則導致允帶與允帶之間的禁帶相對變窄。反之，溫度降低，將導致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負溫度系數(shù)。2

2、試指出空穴的主要特征。解：空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來描述半滿帶中的大量電子的集體運動狀態(tài)，是準粒子。主要特征如下：A、荷正電:；B、空穴濃度表示為q?(電子濃度表示為)；C、；D、。pnnpEE??npmm??3簡述Ge、Si和GaAS的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。解：(1)Ge、Si:a）Eg(Si：0K)=1.21eV；Eg(Ge：0K)=1.170eV；b）間接能隙結(jié)構(gòu)c）禁帶寬度Eg隨溫度增加而減??；(2)GaAs：a）Eg（

3、300K）=1.428eV，Eg(0K)=1.522eV；b）直接能隙結(jié)構(gòu)；c）Eg負溫度系數(shù)特性：dEgdT=3.95104eVK；4試述有效質(zhì)量的意義解：有效質(zhì)量概括了半導體的內(nèi)部勢場的作用使得在解決半導體的電子自外力作用下的運動規(guī)律時可以不涉及到半導體內(nèi)部勢場的作用特別是可以直接m由實驗測定因而可以方便解決電子的運動規(guī)律。5設晶格常數(shù)為的一維晶格，導帶極小值附近能量和價帶極大值附近能a)(kEc量分別為：)(kEv，0212022

4、)(3)(mkkmkkEc?????022021236)(mkmkkEv????為電子慣性質(zhì)量，。試求：0mnmaak314.01???（1）禁帶寬度；（2）導帶底電子有效質(zhì)量；（3）價帶頂電子有效質(zhì)量；（4）價帶頂電子躍遷到導帶底時準動量的變化。解：（1）導帶：由得：0)(23201202???mkkmk??143kk?又因為所以：在處，取最小值03823202020222????mmmdkEdc???kk43?cE價帶：得：=006

5、02???mkdkdEv?k又因為所以：處，取最大值060222???mdkEdv?0?kvE聲明：部分答案來自互聯(lián)網(wǎng)，本人只負責編輯。本文系中北大學物理系半導體物理學基礎課程李惠生老師布置的課后習題。3–錯誤很多，僅供參考3什么是替位式雜質(zhì)，它的形成特點是什么？解：雜質(zhì)進入半導體后雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格點處，稱為替位式雜質(zhì)，特點是雜質(zhì)原子大小與被取代晶格原子大小相似，價電子殼結(jié)構(gòu)比較相近4位錯有哪幾種類型，他們的特點是具體什么

6、？解：位錯分為刃位錯和螺形位錯。刃位錯：位錯線垂直于滑移矢量；螺形錯位：位錯線平行于滑移矢量。5摻雜半導體與本征半導體之間有何差異？試舉例說明摻雜對半導體的導電性能的影響。解：在純凈的半導體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導體的導電特性。摻雜半導體又分為n型半導體和p型半導體。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。當在Si中摻入1.0╳1016cm3后，半導體中的電子濃度將變?yōu)?.0╳1016cm3，而空

7、穴濃度將近似為2.25╳104cm3。半導體中的多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。6銻化銦的禁帶寬度，相對介電常數(shù)，電子的有效質(zhì)量eVEg18.0?17?r?，為電子的慣性質(zhì)量，求：①施主雜質(zhì)的電離能，②施主弱0015.0mmn?0m束縛電子基態(tài)軌道半徑。解：根據(jù)類氫原子模型：eVEmmqmErnrnD422002204101.7176.130015.0)4(2?????????????nmmqr053.002020?????nmr

8、mmqrnrnr6000202?????????第三章第三章1對于某n型半導體，試證明其費米能級在其本征半導體的費米能級之上。即EFnEFi。證明：設nn為n型半導體的電子濃度，ni為本征半導體的電子濃度。顯然inn?n即2試分別定性定量說明：（1）在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；（2）對一定的材料，當摻雜濃度一定時，溫度越高，載流子濃度越高。解：（1）在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越