成电半导体物理期末考试试卷A及参考答案(2)

dN(t)N(t t) N(t)

lim P N(t)； 解微分方程：N(t) t 0dt t

P t

N0 e P t；

其中N0是t=0时未遭散射的电子数；

∴t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为N0P e ∴平均自由时间

dt；

1

N0

0

N0P e P ttdt

t 1

；等于散射概率的倒数。 P

td p(t) te 2.非平衡载流子的寿命

d p(t) e

0

dtdt

t 的推导：

假定一束光在一块n型半导体内部均匀地产生非平衡载流子 n和 p，在t=0时，光照突然停止， p的变化应等于

d p(t) p(t) ； dt

小注入时， 是一恒量，与 p(t)无关，上述微分方程的通解为： p(t) Ce

非平衡载流子的复合率：

当t=0时， p(0) ( p)0，得C ( p)0，则 p(t) ( p)0 e ；

t

t

；

非平衡载流子的复合率：通常把单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。 3.推导在小注入条件下，当温度和掺杂一定时，寿命是一个常数： r n。

1

热平衡时，产生率等于复合率，n=n0，p=p0；

2

此时G R0 rn0p0 rni；

∴非平衡载流子的直接净复合率Ud

R G r(np ni2)；

由n n0 n，p p0 p， n p得：Ud r(n0 p0) p r( p)2；

p

1

∴非平衡载流子的寿命 U rn p p

d00 小注入条件下，即 p 当 p n0

n0 p0 ， rn1 p；n型材料，即n0 p0，

1

r n0

p0时， r p

1

4.深能级的最有效位置是禁带的中央；

5.俄歇复合：载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合是，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量以声子形式放出，这种复合称为俄歇复合。 6.陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应；

把具有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱；把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 最有效的深能级在费米能级上；

7.漂移运动的作用场是电场——迁移率；扩散运动的作用场是浓度场——扩散系数； 迁移率与散射有关； 8.爱因斯坦方程的推导：

一块处于热平衡状态的非均匀的n型半导体，其中施主杂质浓度随x增加而下降，电子和空穴浓度都是x的函数，设为n0(x)，p0(x)；

由于浓度梯度的存在，必然引起载流子沿x方向的扩散， 电子扩散产生的电流密度为(Jn)扩 qDn

dn0(x)dx

，空穴扩散产生的电流密度为(Jp)扩 qDp

dp0(x)

； dx

半导体内的静电场又产生漂移电流：(Jn)漂 n0(x)q n ，(Jp)漂 p0(x)q p ；

热平衡条件下：Jn (Jn)漂 (Jn)扩 0，Jp (Jp)漂 (Jp)扩 0；

n0(x)q n Dn

dn0(x)

； dx

又

E qV(x) Ec dV(x)

n0(x) Ncexp F， ； k0 Tdx

求导得：dx n0(x) k T dx；

dn(x)qdV(x)

Dn

n

k0 Tq

(对电子)；

Dp

p

k0 Tq

(对空穴)

第六章 p-n结

1. p-n结的能带图：

n、p型半导体的能带 平衡状态p-n结能带图 2.外加正向偏压时p-n结势垒的变化:

1.直接跃迁：为了满足选择定则，以使电子在跃迁过程中波矢保持不变，则原来在价带中状态A的电子只能跃迁到导带中的状态B。A与B在E(k)曲线上位于同一垂线上，这种跃迁称为直接跃迁； 间接跃迁：除了吸收光子外还与晶格交换能量的非直接跃迁，也称间接跃迁。 3.在四面体结构的共价晶体中，四个共价键是 sp3杂化 。

4.第III族元素铝、镓、铟和第V族元素磷、砷、锑组成的 III-V族化合物 。也是正四面体结构，四个共价键也是sp3杂化，但具有一定程度的离子性。是 闪锌矿 结构。 5. ZnS、GeS、ZnSe和GeSe等 Ⅱ-Ⅵ族化合物 都可以 闪锌矿型 和 纤锌矿型 两种方式结晶，也是以 正四面体结构 为基础构成的，四个混合共价键也是 sp3 杂化，也有一定程度的离子性。

6. Ge、Si的禁带宽度具有 负温度系数 。禁带宽度Eg随温度增加而减小( 负温度系数特性 ) 7.半导体与导体的最大差别： 半导体的电子和空穴均参与导电 。

半导体与绝缘体的最大差别： 在通常温度下，半导体已具有一定的导电能力 。

有效质量的大小取决于 晶体内电子与电子周围环境 的作用。 10． 回旋共振 的实验是用来测量 有效质量 的。 导体、半导体、绝缘体的能带

能带理论提出：一个晶体是否具有导电性，关键在于它是否有不满的能带存在。

导体——下面的能带是满带，上面的能带是半满带；或者上下能带重叠了一部分，结果上下能带都成了半满带 绝缘体——下面能带（价带）是满带，上面能带（导带）是空带，且禁带宽度比较大。

半导体——下面能带（价带）是满带，上面能带（导带）是空带，且禁带宽度比较小，数量级约在1eV左右。

当温度升高或者光照下，满带中的少量电子可能被激发到上面的空带中去。满带中少了一些电子，将出现一些

空的量子状态，称为空穴。在半导体中，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电。

金是一种很典型的复合中心，在制造高速开关器件时，常有意地掺入金以提高器件的速度。 5． 两性杂质：既能起施主作用，又能起受主作用的杂质，如III-V族化合物半导体中掺入的硅

15-3

2. 有一块掺磷的 n型硅，ND=10cm, 分别计算温度为① 300K ；② 500K ；③ 800K 时导带中电子浓度 。

10-314 -317-3

（已知硅的ni 300K=1.5×10cm， ni 500K=4×10cm， ni 800K=10cm） 解：

6-317 -3

3. 含受主浓度为8.0×10cm和施主浓度为7.25×10cm的Si材料，试求温度为300K时此材料的载流子浓度和

费米能级的相对位置。

10-3

（已知300K时硅的ni为1.5×10cm）

17 3

解：300K时，杂质补偿之后，有效施主浓度：ND ND NA 7.25 10cm

*

ni*

强电离区， ND

n0 300K ND 7.25 1017cm 3

n21.5 1010

p0(300K) i 3.11 102cm 3

17

n07.25 10

EF Ei k0Tln

ND7.25 1017

Ei 0.026eVln ni1.5 1010

2

2． 载流子的产生：本征激发 和 杂质电离 。

4． 费米分布函数：服从泡利不相容原理的电子遵循费米统计规律。 5． 费米分布函数f(E)的特性：

6．在热平衡状态下，非简并情况下，导带中的电子浓度：

*3/2

其中N 2(2 mnk0T) Ec EF cn0 Ncexp kT Ncf(Ec)h3

0 同理可得，价带中的空穴浓度（热平衡状态，非简并情况下）：

*3/2

EF Ev 其中N 2(2 mpk0T)

p0 Nvexp

Nvf(Ev)

k0T

v

h3

载流子浓度乘积：

n0p0 NcNvexp

31

Ec Ev

k0T

3/2

Eg

NcNvexp kT

0

m*m*

2.33 10 np

m 0 Eg

T3exp 0

N型半导体载流子的浓度（在过渡区）：

n0 1

n0 ND ND2 4ni …… 此处隐藏：2711字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……