第一章、 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)習(xí)題 什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說(shuō)明之。 試定性說(shuō)明Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。 1-3、試指出空穴的主要特征。 1-4、簡(jiǎn)述Ge、Si和GaAS的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。 1-5、某一維晶體的電子能帶為

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其中E0=3eV，晶格常數(shù)a=5х10-11m。求： 能帶寬度； 能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。 題解： 解：在一定溫度下，價(jià)帶電子獲得足夠的能量（≥Eg）被激發(fā)到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的過(guò)程就是本征激發(fā)。其結(jié)果是在半導(dǎo)體中出現(xiàn)成對(duì)的電子-空穴對(duì)。如果溫度升高，則禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會(huì)有更多的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中。 解：電子的共有化運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致孤立原子的能級(jí)形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對(duì)變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。 解：空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來(lái)描述半滿帶中的大量電子的集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是準(zhǔn)粒子。主要特征如下： A、荷正電：+q； B、空穴濃度表示為p（電子濃度表示為n）； C、EP=-En D、mP*=-mn*。 解： 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（300K）= 1.428eV，Eg (0K) = 1.522eV； b）直接能隙結(jié)構(gòu)； c）Eg負(fù)溫度系數(shù)特性： dEg/dT = -3.95×10-4eV/K； 解： 由題意得：

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（2）

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答：能帶寬度約為1.1384Ev，能帶頂部電子的有效質(zhì)量約為1.925x10-27kg，能帶底部電子的有效質(zhì)量約為-1.925x10-27kg。

第二章、半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)

2-1、什么叫淺能級(jí)雜質(zhì)？它們電離后有何特點(diǎn)？

2-2、什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。

2-3、什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。

2-4、摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。

2-5、兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？

2-6、深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體有何影響？

2-7、何謂雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？

題解：

2-1、解：淺能級(jí)雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負(fù)電（電離受主）的離子，并同時(shí)向?qū)峁╇娮踊蛳騼r(jià)帶提供空穴。

2-2、解：半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電離子，并同時(shí)向?qū)峁╇娮樱@種雜質(zhì)就叫施主。施主電離成為帶正電離子（中心）的過(guò)程就叫施主電離。

施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在Si中摻P，P為Ⅴ族元素，本征半導(dǎo)體Si為Ⅳ族元素，P摻入Si中后，P的最外層電子有四個(gè)與Si的最外層四個(gè)電子配對(duì)成為共價(jià)電子，而P的第五個(gè)外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實(shí)的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子。這個(gè)過(guò)程就是施主電離。

n型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級(jí)位于禁帶上方

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2-3、解：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負(fù)電的離子，并同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負(fù)電的離子（中心）的過(guò)程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。

例如，在Si中摻B，B為Ⅲ族元素，而本征半導(dǎo)體Si為Ⅳ族元素，P摻入B中后，B的最外層三個(gè)電子與Si的最外層四個(gè)電子配對(duì)成為共價(jià)電子，而B(niǎo)傾向于接受一個(gè)由價(jià)帶熱激發(fā)的電子。這個(gè)過(guò)程就是受主電離。

p型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級(jí)位于禁帶下方

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2-4、解：在純凈的半導(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╳1010cm-3。當(dāng)在Si中摻入1.0╳1016cm-3 后，半導(dǎo)體中的電子濃度將變?yōu)?.0╳1016cm-3，而空穴濃度將近似為2.25╳104cm-3。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。

2-5、解：兩性雜質(zhì)是指在半導(dǎo)體中既可作施主又可作受主的雜質(zhì)。如Ⅲ-Ⅴ族GaAs中摻Ⅳ族Si。如果Si替位Ⅲ族As，則Si為施主；如果Si替位Ⅴ族Ga，則Si為受主。所摻入的雜質(zhì)具體是起施主還是受主與工藝有關(guān)。

2-6、解：深能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心或陷阱的作用。

淺能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起施主或受主的作用。

2-7、當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時(shí)，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補(bǔ)償。

利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中某個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。

第三章、 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布

3-1、對(duì)于某n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級(jí)在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之上。即EFn>EFi。

3-2、試分別定性定量說(shuō)明：

在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；

對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，載流子濃度越高。

3-3、若兩塊Si樣品中的電子濃度分別為2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，試分別求出其中的空穴的濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置，并判斷樣品的導(dǎo)電類型。假如再在其中都摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導(dǎo)電類型又將怎樣？

3-4、含受主濃度為8.0×106cm-3和施主濃度為7.25×1017cm-3的Si材料，試求溫度分別為300K和400K時(shí)此材料的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置。

3-5、試分別計(jì)算本征Si在77K、300K和500K下的載流子濃度。

3-6、Si樣品中的施主濃度為4.5×1016cm-3，試計(jì)算300K時(shí)的電子濃度和空穴濃度各為多少？

3-7、某摻施主雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并Si樣品，試求EF=（EC+ED）/2時(shí)施主的濃度。

解：

3-1、證明：設(shè)nn為n型半導(dǎo)體的電子濃度，ni為本征半導(dǎo)體的電子濃度。

顯然

? ? ? ? ? ? ? nn> ni

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即

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得證。

3-2、解：

在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，則躍遷所需的能量越小，所以受激發(fā)的載流子濃度隨著禁帶寬度的變窄而增加。

由公式：

也可知道，溫度不變而減少本征材料的禁帶寬度，上式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而使得載流子濃度因此而增加。

（2）對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，受激發(fā)的載流子將因此而增加。由公式

可知，

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這時(shí)兩式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而導(dǎo)致載流子濃度增加。

3-3、解：由

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得：

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可見(jiàn)，

又因?yàn)?/p>

，則

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假如再在其中都摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)，那么將出現(xiàn)雜質(zhì)補(bǔ)償，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)閜型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。

答：第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為1.1x1010cm-3,費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.234eV處；第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為3.3x103cm-3,費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.331eV處。摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)后，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)閜型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。

3-4、解：由于雜質(zhì)基本全電離，雜質(zhì)補(bǔ)償之后，有效施主濃度

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則300K時(shí)，

電子濃度

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空穴濃度

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費(fèi)米能級(jí)為：

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在400K時(shí)，根據(jù)電中性條件

和

得到：

編輯切換為居中

費(fèi)米能級(jí)為：

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答：300K時(shí)此材料的電子濃度和空穴濃度分別為7.25 x1017cm-3和3.11x102cm-3，費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.3896eV處；400 K時(shí)此材料的電子濃度和空穴濃度分別近似為為7.248 x1017cm-3和1.3795x108cm-3，費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.08196eV處。

3-5、解：假設(shè)載流子的有效質(zhì)量近似不變，則

編輯切換為居中

編輯切換為居中

所以，由 ?

，有：

編輯切換為居中

答：77K下載流子濃度約為1.159×10-20cm-3，300 K下載流子濃度約為3.5×1019cm-3，500K下載流子濃度約為1.669×1014cm-3。

3-6、解：在300K時(shí)，因?yàn)镹D>10ni，因此雜質(zhì)全電離

n0=ND≈4.5×1016cm-3

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答： 300K時(shí)樣品中的的電子濃度和空穴濃度分別是4.5×1016cm-3和5.0×103cm-3。

3-7、解：由于半導(dǎo)體是非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，所以有電中性條件

n0=ND+

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答：ND為二倍NC。

第四篇半導(dǎo)體的導(dǎo)電性習(xí)題

4-1、對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體和一般摻雜半導(dǎo)體，為何前者的遷移率隨溫度的變化趨勢(shì)不同？試加以定性分析。

4-2、何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？

4-3、試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。

4-4、證明當(dāng)μn≠μp，且電子濃度

，空穴濃度

時(shí)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率有最小值，并推導(dǎo)

的表達(dá)式。

4-5、0.12kg的Si單晶摻有3.0×10-9kg的Sb，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試求出此材料的電導(dǎo)率。（Si單晶的密度為2.33g/cm3，Sb的原子量為121.8）

解：

4-1、解：對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體，在低溫時(shí)，雜質(zhì)散射起主體作用，而晶格振動(dòng)散射與一般摻雜半導(dǎo)體的相比較，影響并不大，所以這時(shí)侯隨著溫度的升高，重?fù)诫s半導(dǎo)體的遷移率反而增加；溫度繼續(xù)增加后，晶格振動(dòng)散射起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致遷移率下降。對(duì)一般摻雜半導(dǎo)體，由于雜質(zhì)濃度較低，電離雜質(zhì)散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振動(dòng)散射，所以溫度越高，遷移率越低。

4-2、解：遷移率是單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子所獲得的漂移速率。影響遷移率的主要因素有能帶結(jié)構(gòu)（載流子有效質(zhì)量）、溫度和各種散射機(jī)構(gòu)。

4-3、解：Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系可以分為三個(gè)階段：

溫度很低時(shí)，電阻率隨溫度升高而降低。因?yàn)檫@時(shí)本征激發(fā)極弱，可以忽略；載流子主要來(lái)源于雜質(zhì)電離，隨著溫度升高，載流子濃度逐步增加，相應(yīng)地電離雜質(zhì)散射也隨之增加，從而使得遷移率隨溫度升高而增大，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。

溫度進(jìn)一步增加（含室溫），電阻率隨溫度升高而升高。在這一溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)已經(jīng)全部電離，同時(shí)本征激發(fā)尚不明顯，故載流子濃度基本沒(méi)有變化。對(duì)散射起主要作用的是晶格散射，遷移率隨溫度升高而降低，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而升高。

溫度再進(jìn)一步增加，電阻率隨溫度升高而降低。這時(shí)本征激發(fā)越來(lái)越多，雖然遷移率隨溫度升高而降低，但是本征載流子增加很快，其影響大大超過(guò)了遷移率降低對(duì)電阻率的影響，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。當(dāng)然，溫度超過(guò)器件的最高工作溫度時(shí)，器件已經(jīng)不能正常工作了。

4-4、證明：

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得證。

4-5、解：

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故材料的電導(dǎo)率為：

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答：此材料的電導(dǎo)率約為24.04Ω-1cm-1。

第五章、非平衡載流子習(xí)題

5-1、何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？

5-2、漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？

5-3、漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間有什么聯(lián)系？非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？

5-4、平均自由程與擴(kuò)散長(zhǎng)度有何不同？平均自由時(shí)間與非平衡載流子的壽命又有何不同？

5-5、證明非平衡載流子的壽命滿足

，并說(shuō)明式中各項(xiàng)的物理意義。

5-6、導(dǎo)出非簡(jiǎn)并載流子滿足的愛(ài)因斯坦關(guān)系。

5-7、間接復(fù)合效應(yīng)與陷阱效應(yīng)有何異同？

5-8、光均勻照射在6

的n型Si樣品上，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率為4×1021cm-3s-1，樣品壽命為8μs。試計(jì)算光照前后樣品的電導(dǎo)率。

5-9、證明非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體中的電子電流形式為

。

5-10、假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4μm內(nèi)的濃度差為2×1016cm-3，試計(jì)算空穴的擴(kuò)散電流密度。

5-11、試證明在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。

解：

5-1、解：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，附加的產(chǎn)生率使載流子濃度超過(guò)熱平衡載流子濃度，額外產(chǎn)生的這部分載流子就是非平衡載流子。通常所指的非平衡載流子是指非平衡少子。

熱平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體的載流子濃度是一定的，產(chǎn)生與復(fù)合處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)

，躍遷引起的產(chǎn)生、復(fù)合不會(huì)產(chǎn)生宏觀效應(yīng)。在非平衡狀態(tài)下，額外的產(chǎn)生、復(fù)合效應(yīng)會(huì)在宏觀現(xiàn)象中體現(xiàn)出來(lái)。

5-2、解：漂移運(yùn)動(dòng)是載流子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運(yùn)動(dòng)。前者的推動(dòng)力是外電場(chǎng)，后者的推動(dòng)力則是載流子的分布引起的。

5-3、解：漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間通過(guò)遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過(guò)愛(ài)因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即

5-4、答：平均自由程是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運(yùn)動(dòng)的平均路程。而擴(kuò)散長(zhǎng)度則是非平衡載流子深入樣品的平均距離。它們的不同之處在于平均自由程由散射決定，而擴(kuò)散長(zhǎng)度由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命來(lái)決定。

平均自由時(shí)間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時(shí)間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時(shí)間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時(shí)間越長(zhǎng)；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。

5-5、證明：

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則在單位時(shí)間內(nèi)減少的非平衡載流子數(shù)=在單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的非平衡載流子數(shù)，即

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在小注入條件下，τ為常數(shù)，解方程（1），得到

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式中，Δp（0）為t=0時(shí)刻的非平衡載流子濃度。此式表達(dá)了非平衡載流子隨時(shí)間呈指數(shù)衰減的規(guī)律。

得證。

編輯

aaa

5-6、證明：假設(shè)這是n型半導(dǎo)體，雜質(zhì)濃度和內(nèi)建電場(chǎng)分布入圖所示

E內(nèi)

穩(wěn)態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部是電中性的，

Jn=0

即

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對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

編輯切換為居中

這就是非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體滿足的愛(ài)因斯坦關(guān)系。

得證。

5-7、答：間接復(fù)合效應(yīng)是指非平衡載流子通過(guò)位于禁帶中特別是位于禁帶中央的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)Et而逐漸消失的效應(yīng)，Et的存在可能大大促進(jìn)載流子的復(fù)合；陷阱效應(yīng)是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)Et中，使在Et上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時(shí)有較大的變化，從引起Δn≠Δp，這種效應(yīng)對(duì)瞬態(tài)過(guò)程的影響很重要。此外，最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級(jí)在費(fèi)米能級(jí)附近。一般來(lái)說(shuō)，所有的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)都有某種程度的陷阱效應(yīng)，而且陷阱效應(yīng)是否成立還與一定的外界條件有關(guān)。

5-8、解：光照前

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光照后 Δp=Gτ=（4×1021）（8×10-6）=3.2×1017 cm-3

則

編輯切換為居中

答：光照前后樣品的電導(dǎo)率分別為1.167Ω-1cm-1和3.51Ω-1cm-1。

5-9、證明：對(duì)于非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體

編輯

由于

編輯

則

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同時(shí) 利用非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的愛(ài)因斯坦關(guān)系，所以

編輯

得證。

5-10、解：

編輯切換為居中

答：空穴的擴(kuò)散電流密度為7.15╳10-5A/m2。

5-11、證明：在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命

而 ?

編輯

所以

本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。

?得證。

第六篇-金屬和半導(dǎo)體接觸習(xí)題

6-1、什么是功函數(shù)？哪些因數(shù)影響了半導(dǎo)體的功函數(shù)？什么是接觸勢(shì)差？

6-2、什么是Schottky勢(shì)壘？影響其勢(shì)壘高度的因數(shù)有哪些？

6-3、什么是歐姆接觸？形成歐姆接觸的方法有幾種？試根據(jù)能帶圖分別加以分析。

6-4、什么是鏡像力？什么是隧道效應(yīng)？它們對(duì)接觸勢(shì)壘的影響怎樣的？

6-5、施主濃度為7.0×1016cm-3的n型Si與Al形成金屬與半導(dǎo)體接觸，Al的功函數(shù)為4.20eV，Si的電子親和能為4.05eV，試畫(huà)出理想情況下金屬-半導(dǎo)體接觸的能帶圖并標(biāo)明半導(dǎo)體表面勢(shì)的數(shù)值。

6-6、分別分析n型和p型半導(dǎo)體形成阻擋層和反阻擋層的條件。

6-7、試分別畫(huà)出n型和p型半導(dǎo)體分別形成阻擋層和反阻擋層的能帶圖。

6-8、什么是少數(shù)載流子注入效應(yīng)？

6-9、某Shottky二極管，其中半導(dǎo)體中施主濃度為2.5×1016cm-3，勢(shì)壘高度為0.64eV，加上4V的正向電壓時(shí)，試求勢(shì)壘的寬度為多少？

6-10、試根據(jù)能帶圖定性分析金屬-n型半導(dǎo)體形成良好歐姆接觸的原因。

題解：

6-1、答：功函數(shù)是指真空電子能級(jí)E0與半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)EF之差。影響功函數(shù)的因素是摻雜濃度、溫度和半導(dǎo)體的電子親和勢(shì)。

接觸勢(shì)則是指兩種不同的材料由于接觸而產(chǎn)生的接觸電勢(shì)差。

6-2、答：金屬與n型半導(dǎo)體接觸形成阻擋層，其勢(shì)壘厚度隨著外加電壓的變化而變化，這就是Schottky勢(shì)壘。影響其勢(shì)壘高度的因素是兩種材料的功函數(shù)，影響其勢(shì)壘厚度的因素則是材料（雜質(zhì)濃度等）和外加電壓。

6-3、答：歐姆接觸是指其電流-電壓特性滿足歐姆定律的金屬與半導(dǎo)體接觸。形成歐姆接觸的常用方法有兩種，其一是金屬與重?fù)诫sn型半導(dǎo)體形成能產(chǎn)生隧道效應(yīng)的薄勢(shì)壘層，其二是金屬與p型半導(dǎo)體接觸構(gòu)成反阻擋層。其能帶圖分別如下：

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6-4、答：金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，半導(dǎo)體中的電荷在金屬表面感應(yīng)出帶電符號(hào)相反的電荷，同時(shí)半導(dǎo)體中的電荷要受到金屬中的感應(yīng)電荷的庫(kù)侖吸引力，這個(gè)吸引力就稱為鏡像力。

能量低于勢(shì)壘頂?shù)碾娮佑幸欢◣茁蚀┻^(guò)勢(shì)壘，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。隧道穿透的幾率與電子的能量和勢(shì)壘厚度有關(guān)。

在加上反向電壓時(shí)，上述兩種效應(yīng)將使得金屬一邊的勢(shì)壘降低，而且反向電壓越大勢(shì)壘降得越低，從而導(dǎo)致反向電流不飽和。

6-5、解：金屬與半導(dǎo)體接觸前、后能帶圖如圖所示

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則

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答：半導(dǎo)體的表面勢(shì)為 –0.0942 V。

6-6、解：

金屬與n半導(dǎo)體接觸形成阻擋層的條件是Wm>Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

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金屬與n半導(dǎo)體接觸形成反阻擋層的條件是Wm<Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

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金屬與p半導(dǎo)體接觸形成阻擋層的條件是Wm<Ws,其接觸后的能帶圖如圖

所示：

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金屬與p半導(dǎo)體接觸形成反阻擋層的條件是Wm>Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

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6-8、答：當(dāng)金屬與n型半導(dǎo)體形成整流接觸時(shí)，加上正向電壓，空穴從金屬流向半導(dǎo)體的現(xiàn)象就是少數(shù)載流子注入效應(yīng)。它本質(zhì)上是半導(dǎo)體價(jià)帶頂附近的電子流向金屬中金屬費(fèi)米能級(jí)以下的空能級(jí)，從而在價(jià)帶頂附近產(chǎn)生空穴。小注入時(shí)，注入比（少數(shù)載流子電流與總電流直之比）很??；在大電流條件下，注入比隨電流密度增加而增大。

6-9、解：

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答：勢(shì)壘的寬度約為4.2×10-3m。

6-10、解：當(dāng)金屬和半導(dǎo)體接觸接觸時(shí)，如果對(duì)半導(dǎo)體的摻雜很高，將會(huì)使得勢(shì)壘區(qū)的寬度變得很薄，勢(shì)壘區(qū)近似為透明，當(dāng)隧道電流占主要地位時(shí)，其接觸電阻很小，金屬與半導(dǎo)體接觸近似為歐姆接觸。加上正、反向電壓時(shí)的能帶圖如下圖所示：

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第六篇 -半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)題解

1. 解釋什么是表面積累、表面耗盡和表面反型？

2. 在由n型半導(dǎo)體組成的MIS結(jié)構(gòu)上加電壓Vg，分析其表面空間電荷層狀態(tài)隨VG變化的情況，并解釋其C－V曲線。

3.試述影響平帶電壓VFB的因素。

7-1、解：

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aaa

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aaa

又因?yàn)??

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aaa

7-3、解：

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aaa

表面積累：當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面出現(xiàn)多子積累時(shí)，這就是表面積累，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

表面耗盡：當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面載流子濃度幾乎為零時(shí)，這就是表面耗盡，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

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（3）當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面的少子濃度比多子濃度多時(shí)，這就是表面反型，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

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7-3、解：理想MIS結(jié)構(gòu)的高頻、低頻電容-電壓特性曲線如圖所示；

其中AB段對(duì)應(yīng)表面積累，C到D段為表面耗盡，GH和EF對(duì)應(yīng)表面反型。

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7-4、解：使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)加在金屬電極上的柵電壓就是開(kāi)啟電壓。

這時(shí)半導(dǎo)體的表面勢(shì)

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7-5、答：當(dāng)MIS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體能帶平直時(shí)，在金屬表面上所加的電壓就叫平帶電壓。平帶電壓是度量實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)與理想MIS結(jié)構(gòu)之間的偏離程度的物理量，據(jù)此可以獲得材料功函數(shù)、界面電荷及分布等材料特性參數(shù)。

7-6、解：影響MIS結(jié)構(gòu)平帶電壓的因素分為兩種：

（1）金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差。例如，當(dāng)Wm<Ws時(shí)，將導(dǎo)致C-V特性向負(fù)柵壓方向移動(dòng)。如圖

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恢復(fù)平帶在金屬上所加的電壓就是

（2）界面電荷。假設(shè)在SiO2中距離金屬- SiO2界面x處有一層正電荷，將導(dǎo)致C-V特性向負(fù)柵壓方向移動(dòng)。如圖：

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恢復(fù)平帶在金屬上所加的電壓就是：

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在實(shí)際半導(dǎo)體中，這兩種因素都同時(shí)存在時(shí)，所以實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)的平帶電壓為

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一、選擇填空（含多項(xiàng)選擇）

1. 與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（）

A. 比半導(dǎo)體的大 ? ? B. 比半導(dǎo)體的小 ? ? C. 與半導(dǎo)體的相等

2. 室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為1014cm－3，同時(shí)摻有濃度為1.1×1015cm－3的磷，則電子濃度約為（），空穴濃度為（），費(fèi)米能級(jí)（）；將該半導(dǎo)體升溫至570K，則多子濃度約為（），少子濃度為（），費(fèi)米能級(jí)（）。（已知：室溫下，ni≈1.5×1010cm－3，570K時(shí)，ni≈2×1017cm－3）

? A. 1014cm－3 ? ? ? ?B. 1015cm－3 ? ? ? ? C. 1.1×1015cm－3

D. 2.25×1015cm－3 ? E. 1.2×1015cm－3 ? ?F. 2×1017cm－3

G. 高于Ei ? ? ? ? H. 低于Ei ? ? ? ? I. 等于Ei

3. 施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供（）。

? A. 空穴 ? ? ? B. 電子

4. 對(duì)于一定的半導(dǎo)體材料，摻雜濃度降低將導(dǎo)致禁帶寬度（），本征流子濃度（），功函數(shù)（）。

? A. 增加 ? ? ?B. 不變 ? ? ?C. 減少

5. 對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，較少摻雜濃度，將導(dǎo)致（）靠近Ei。

? A. Ec ? ? B. Ev ? ? C. Eg ? ? ?D. Ef

6. 熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體中電子濃度與空穴濃度之積為常數(shù)，它只與（）有關(guān)，而與（）無(wú)關(guān)。

? A. 雜質(zhì)濃度 ? ? B. 雜質(zhì)類型 ? ? C. 禁帶寬度 ? ? ?D. 溫度

7. 表面態(tài)中性能級(jí)位于費(fèi)米能級(jí)以上時(shí)，該表面態(tài)為（）。

A. 施主態(tài) ? ? ? ? B. 受主態(tài) ? ? ? ?C. 電中性

8. 當(dāng)施主能級(jí)Ed與費(fèi)米能級(jí)Ef相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的（）倍。

? ?A. 1 ? ? ? ?B. 1/2 ? ? ? C. 1/3 ? ? ? D. 1/4

9. 最有效的復(fù)合中心能級(jí)位置在（）附近；最有利陷阱作用的能級(jí)位置在（）附近，常見(jiàn)的是（）的陷阱

? ?A. Ea ? B. Ed ? ?C. E ? D. Ei ? E. 少子 ? F. 多子

10. 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生（）電流，漂移運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)生（）電流。

A. 漂移 ? ? ? B. 隧道 ? ? ? C. 擴(kuò)散

11. MIS結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，其表面的導(dǎo)電類型與體材料的（），若增加摻雜濃度，其開(kāi)啟電壓將（）。

? ?A. 相同 ? ? ? B. 不同 ? ? ? C. 增加 ? ? ? D. 減少

二、思考題

1. 簡(jiǎn)述有效質(zhì)量與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

為什么半導(dǎo)體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用帶有正電荷和具有一定質(zhì)量的空穴來(lái)描述？

3. 分析化合物半導(dǎo)體PbS中S的間隙原子是形成施主還是受主？S的缺陷呢？

說(shuō)明半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)、深能級(jí)雜質(zhì)的作用有何不同？

5. 為什么Si半導(dǎo)體器件的工作溫度比Ge半導(dǎo)體器件的工作溫度高？你認(rèn)為在高溫條件下工作的半導(dǎo)體應(yīng)滿足什么條件？

工廠生產(chǎn)超純Si的室溫電阻率總是夏天低，冬天高。試解釋其原因。

試解釋強(qiáng)電場(chǎng)作用下GaAs的負(fù)阻現(xiàn)象。

穩(wěn)定光照下，半導(dǎo)體中的電子和空穴濃度維持不變，半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)下嗎？為什么？

愛(ài)因斯坦關(guān)系是什么樣的關(guān)系？有何物理意義？

怎樣才能使得n型硅與金屬鋁接觸才能分別實(shí)現(xiàn)歐姆接觸和整流接觸？

1. 答案：（A）

2. 答案：（B），（D），（G），（F），（F），（I）

3. 答案：（B），（A），（A，B）

4. 答案：（B，A），（B，C），（C）

5. 答案：（D）

6. 答案：（C,D），（A,B）

7. 答案：（A）

8. 答案：（C）

9.答案：（C），（E）

10. 答案：（C），（A）

11. 答案：（B），（C）

《半導(dǎo)體物理》重點(diǎn)難點(diǎn)

第一章 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài) 1、Si和GaAs的晶體結(jié)構(gòu) 2、Ge、Si和GaAs的能帶結(jié)構(gòu) 3、本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、空穴 第二章 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷 l、本征激發(fā)與本征半導(dǎo)體的特征 2、雜質(zhì)半導(dǎo)體與雜質(zhì)電離

第三章 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布 1、熱平衡態(tài)時(shí)非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中載流子的濃度分布 2、費(fèi)米能級(jí)EF的相對(duì)位置。

第四章 半導(dǎo)體中的導(dǎo)電性 1、遷移率 2、散射——影響遷移率的本質(zhì)因素 3、電導(dǎo)率 4、弱電場(chǎng)下電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論

第五章 非平衡載流子 1、非平衡載流子的產(chǎn)生 2、非平衡載流子的復(fù)合 3、非平衡載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 4、擴(kuò)散方程 5、愛(ài)因斯坦關(guān)系 6、連續(xù)性方程 第六章 金屬和半導(dǎo)體接觸 1、阻擋層與反阻擋層的形成

2、肖特基勢(shì)壘的定量特性 3、歐姆接觸的特性 4、少子的注入

第七章 半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu) 1、表面電場(chǎng)效應(yīng) 2、理想與非理想MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性 3、Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)4、表面電導(dǎo)