半导体物理习题与问题(3)

13写出半导体的电中性方程。此方程在半导体中有何重要意义？ 14若n型硅中掺入受主杂质，费米能级升高还是降低？若温度升高当本征激发起作用时，费米能级在什么位置？为什么？

15如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？

16为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？

17当温度一定时，杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定？试把强N、弱N型半导体与强P、弱P半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较。

18如果向半导体中重掺施主杂质，就你所知会出现一些什么效应？

第四章半导体的导电性

例1.室温下，本征锗的电阻率为47掺入锑杂质，使每

，试求本征载流子浓度。若

个锗原子中有一个杂质原子，计算室温下电子

，试

浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子的浓度为求该掺杂锗材料的电阻率。设变化。

。

， 且认为不随掺杂而

解：本征半导体的电阻率表达式为：

施主杂质原子的浓度 故

其电阻率

例2.在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度度

；设室温下本征锗材料的电阻率

，

，求所加的电场强度。

，受主杂质浓

，假设电，若流过

子和空穴的迁移率分别为样品的电流密度为

解：须先求出本征载流子浓度

又

联立得:

故样品的电导率：

即: E=1.996V/cm

习题与思考题：

1 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。

2 何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？ 3 试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。 4 证明当μn≠μp，且电子浓度

，空穴浓度

时半导体的电导率有最小值，并推导σmin的表达式。

5 0.12kg的Si单晶掺有3.0×10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。（Si单晶的密度为2.33g/cm3，Sb的原子量为121.8）

6 试从经典物理和量子理论分别说明散射的物理意义。

7 比较并区别下述物理概念：电导迁移率、霍耳迁移率和漂移迁移率。 8 什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？

9 强电场作用下，迁移率的数值与场强E有关，这时欧姆定律是否仍然正确？为什么？

10半导体的电阻系数是正的还是负的？为什么？

11有一块本征半导体样品，试描述用以增加其电导率的两个物理过程。

12如果有相同的电阻率的掺杂锗和硅半导体，问哪一个材料的少子浓度高？为什么？

13光学波散射和声学波散射的物理机构有何区别？各在什么样晶体中起主要作用？

14说明本征锗和硅中载流子迁移率温度增加如何变化？

15电导有效质量和状态密度有何区别？它们与电子的纵有效质量和横有效质量的关系如何？

16对于仅含一种杂质的锗样品，如果要确定载流子符号、浓度、迁移率和有效质量，应进行哪些测量？

17解释多能谷散射如何影响材料的导电性。

18为什么要引入热载流子概念？热载流子和普通载流子有何区别？

第五章 非平衡载流子

例1.某p型半导体掺杂浓度

光的照射下产生非平衡载流子,其产生率

,少子寿命

,在均匀

, 试计算室温

时光照情况下的费米能级并和原来无光照时的费米能级比较。设本征载流子浓度

.

解: (1)无光照时,空穴浓度

说明无光照时,费米能级在禁带中线下面0.35eV处。 （2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为：

上面两式说明，

在

之下，而

在

之上。且非平衡态时空穴的

准费米能级和和原来的费米能级几乎无差别，与电子的准费米能级相差甚远，如下图所示。

光照前 光照后

习题与思考题 ：

1 何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 2 漂移运动和扩散运动有什么不同？

3 漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？

4 平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？

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