成电半导体物理期末考试试卷A及参考答案(3)

电子的连续性方程： n 2n n n

Dn

x nE

nn

G

右侧第一项为扩散流密度不均匀引起的载流子变化；第二项为载流子浓度不均匀引起的积累；第三项为不均匀电场导致漂移速度随空间位置变化引起的积累，第四项为复合率；第五项为产生率。 按复合释能的方式分为辐射复合（发射光子）、发射声子和俄歇效应。

强N型区：寿命是与载流子浓度无关的常数，仅取决复合中心对空穴的俘获几率。 强P型区：寿命与载流子浓度无关, 是由复合中心对电子的俘获几率决定的常数 最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级附近。 简答题：

1. 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？

答：平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均路程。而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。它们的不同之处在于平均自由程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。

平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。 2. 漂移运动和扩散运动有什么不同？漂移运动与扩散运动之间有什么联系？

答：不同：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度底的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布不匀。

联系：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。而迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温度成反比关系。即：

D

16-3

（本题最好看一下）2.某N型半导体掺杂浓度 ND＝10cm，少子寿命10µs，在均匀光的照射下产生非平衡载流子，产生

18 -3-110-3

率为10cms，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ni＝10cm 解：无光照：n0

EF

qk0T

ND niexp(

Ei EF

)

k0T

NA1016

Ei k0Tln Ei 0.026ln10eV Ei 0.3592eV

ni10

稳定光照后：

n n0 n niexp(

E Ei

)k0T

nF

EFn Ei k0Tln

n1016 1013

Ei 0.026lneV Ei 0.3594eVni1010

Ei EFp

)k0T

同理：

p p0 p ni2/n0 p 104 1013 p niexp(

p

EFp Ei k0Tln

ni

Ei 0.026ln

1013

eV Ei 0.18eV1010

5 p-n结的电容主要包括 势垒电容 和 扩散电容 两部分。

6 单边突变结势垒区宽度主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度，为什么？

（势垒区内正，负电荷总量相等，掺杂浓度低的，相应的电离杂质浓度也低，需要更大的体积才能获得同样的总量，因此势垒区宽度要宽得多）

2 金属和半导体接触时还可形成非整流接触，即欧姆接触。 3 整流特性首要条件：接触必须形成半导体表面的阻挡层 1.1 半导体

通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带

晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。 1.6 直接带隙材料

如果晶体材料的导带底和价带顶在k空间处于相同的位置，则本征跃迁属直接跃迁，这样的材料即是所谓的直接带隙材料。

1.6 间接带隙材料

如果半导体的导带底与价带顶在k空间中处于不同位置，则价带顶的电子吸收能量刚好达到导带底时准动量还需要相应的变化

2.1 杂质电离能

杂质电离能是杂质电离所需的最少能量，施主型杂质的电离能等于导带底与杂质能级之差，受主型杂质的电离能等于杂质能级与价带顶之差。 浅能级杂质的作用：

（1）改变半导体的电阻率

（2）决定半导体的导电类型。 深能级杂质的特点和作用：

（1）不容易电离，对载流子浓度影响不大

（2）一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。 （3）能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低。

（4）深能级杂质电离后成为带电中心，对载流子起散射作用， 使载流子迁移率减少，导电性能下降。 3.2 费米能级

费米能级不一定是系统中的一个真正的能级，它是费米分布函数中的一个参量，具有能量的单位，所以被称为费米能级。它标志着系统的电子填充水平，其大小等于增加或减少一个电子系统自由能的变化量。 3.6 简并半导体

当费米能级位于禁带之中且远离价带顶和导带底时，电子和空穴浓度均不很高，处理它们分布问题时可不考虑包利原理的约束，因此可用波尔兹曼分布代替费米分布来处理在流子浓度问题，这样的半导体被称为非简并半导体。反之则只能用非米分布来处理载流子浓度问题，这种半导体为简并半导体。

4.2 散射

在晶体中运动的载流子遇到或接近周期性势场遭到破坏的区域时，其状态会发生不同程度的随机性改变，这种现象就是所谓的散射。 4.6强电场效应

实验发现，当电场增强到一定程度后，半导体的电流密度不再与电场强度成正比，偏离了欧姆定律，场强进一步增加时，平均漂移速度会趋于饱和，强电场引起的这种现象称为强电场效应。 4.6载流子有效温度Te：

当有电场存在时，载流子的平均动能比热平衡时高，相当于更高温度下的载流子，称此温度为载流子有效温度。 4.6热载流子：

在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量大于晶格系统的能量，将这种不再处于热平衡状态的载流子称为热载流子。

产生非平衡载流子的过程称为非平衡载流子的注入。 7.1 接触电势差

两种具有不同功函数的材料相接触后，由于两者的费米能级不同导致载流子的流动，从而在两者间形成电势差，称该电势差为接触电势差。

7.1 电子亲和能 导带底的电子摆脱束缚成为自由电子所需的最小能量。 霍尔效应 将通有x方向电流的晶体置于z方向的磁场中，则在洛仑磁力作用下在y方向会产生附加电场，这种现象被称为霍尔效应。

霍尔角 在磁场作用下，半导体中的电流可能与电场不在同一方向上，两者间的夹角称为霍尔角。