《半导体物理学》习题库

第1章 思考题和习题

1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？

2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。

4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。

5. 证明本征半导体的本征费米能级Ei位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。

7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：

（a） 计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。 （b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？

8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级EFN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级EFP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。 10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。 11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：

（a） 光注入△n=△p=3×1012 cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？

1

（b） 附加光电导率△σ为多少？

（c） 画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(Ei为参考)的位置示意图。

（d） 画出平衡下的能带图，标出EC、EV、EFP、Ei能级的位置，在此基础上再画出光注入时，EFP’和EFN’，并说明偏离EFP的程度是不同的。

12. 室温下施主杂质浓度ND=4×1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s，μp=400 cm2/V·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？

第2章 思考题和习题

1．简述ＰＮ结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。

2．画出平衡ＰＮ结，正向ＰＮ结与反向ＰＮ结的能带图，并进行比较。

3．如图２-６９所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。

4．仍如图２-６９为例试分析PN结加反向偏压时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。

5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及

2

少子浓度分布式，并给予比较。

6. 用平衡PN结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差UD表达式。

7．简述正反向PN结的电流转换和传输机理。

8．何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。

9．写出正、反向电流_电压关系表达式，画出PN结的伏安特性曲线，并解释pN结的整流特性特性。

10．推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。

11．推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。

12．什么叫PN结的击穿与击穿电压，简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。 13．如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？ 14．如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？ 15．如何减小PN结的表面漏电流？

16．什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容？

17．什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？提高二极管开关速度的途径有哪些？

18．以N型硅片为衬底扩硼制备PN结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度ND=1×1015/cm3，在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩

3

散系数D=1.5×10-12cm2/s，扩散时间t=30min，扩散结深Xj=2.7μm。试求：①扩散层表面杂质浓度Ns？②结深处的浓度梯度aj？③接触电势差UD？

19. 有两个硅PN结，其中一个结的杂质浓度

ND?5?10cm1715?3,NA?5?10cm17?3;另一个结的ND?5?10cm19?3，

NA?5?10cm，求室温下两个PN结的接触电动势差。并解释为什么

?3杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。

NA?10cm，ND?10cm。20. 计算一硅PN结在300K时的内建电场，

18?315?321. 已知硅PN

16?316?32?5?,?,?21s，N10cmN10cmcmDnAD结：

2?7DP?10cms，?P??n?5?10s,截面积A?2?10?4cm2，求

①理想饱和电流J0？

②外加正向电压为0.5V时的正向电流密度J？ ③电子电流与空穴电流的比值？并给以解释。

?????22. 仍以上题的条件为例，假设

gnp,计算4V反向偏压时的产

生电流密度。

23.最大电场强度（T=300K）？求反型电压300V时的最大电场强度。

20?424. 对于一个浓度梯度为10cm的硅线性缓变结，耗尽层宽度为

0.5?m。计算最大电场强度和结的总电压降。

19?315?3?32?

?,?A?1?,计算N10cmN10cm10cmADP25. 一硅N结，其，面积

反向偏压U分别等于5V和10V的么势垒电容CT、空间电荷区宽度XM和最大电场强度EM。

?

P26. 计算硅N结的击穿电压，其ND?10cm（利用简化式）。

16?3 4

27. 在衬底杂质浓度ND?5?10cm的N型硅晶片上进行硼扩散，形成

PN18?3?,结深Xj?5?m。试求结深处的N10cmS结,硼扩散后的表面浓度

16?3浓度梯度aj，施加反向偏压5V时的单位面积势垒电容和击穿电压UB。

?P28. 设计一N突变结二极管。其反向电压为130V，且正向偏压为

0.7V时的正向电流为

?72.2mA。并假设?p0?10s。

15?3?

29. 一硅PN结，ND?10cm，求击穿时的耗尽层宽度，若N区减小

到5?m计算击穿电压并进行比较。

18?315?3?,?N10cmN10cmAD30. 一个理想的硅突变结，求①计算250K、

300K、400K、500K下的内建电场UD，并画出UD对温度T的关系曲

线。②用能带图讨论所得结果。③求300K下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。

第3章 思考题和习题

1. 画出PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。

2. 画出正偏置的NPN晶体管载流子输运过程示意图，并解释电流传输和转换机理。

3. 解释发射效率γ0和基区输运系数β

＊

0

的物理意义。

4. 解释晶体管共基极直流电流放大系数α０，共发射极直流电流放大系数β０的含义，并写出α０、β０、γ0和β

＊0

的关系式。

5. 什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？两者在工作原理上有什么不同？

6. 画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论

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