材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第三章习题参考解答

材料物理导论(熊兆贤)课后习题答案

第三章 材料的电学

1.解：

查12, Si 的 E 1 . eV E D E c E D

g

E E DF Ec Ei ED (EF Ei)

1.12 ED EF 0.29 0.05 0.22eV

2

NDnD ND f(ED)

1(ED EF)/kT10.22 1.6 10 191 e 1 23

221.38 10 300 4.06 1011/cm3

2.解：

n0 ND 1.5 1015/cm3(多子)；

ni2 ni ND 93

p 1.13 10/cm(少子)。0 ND

3.解：

ND NA, 补偿后P型半导体

又 N较少且T在室温， 杂质几乎完全电离

p NA ND 1.1 1016 9 1015 2 1015/cm3

ni2(1.3 1010)2

8.45 104/cm3 n p 15

2 10

N

对于P型半导体，有EF EV kTlnV

NA

NV取1.0 10 代入可得E

F19

/cm3，NA取2 1015/cm3

EV 3.53 10 20J 0.22eV

4.解：

D

低温区，忽略本征激发，仅考虑杂质电离有n0 n

1 (

18

令n /cm3D 0.9ND ND 1.32 10

2ND

8ND ED/kT1/2

e)NC

则有ND 1.32 1018/cm3时可保持强电离。

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5.解：nD

NDE EF

,当exp( D) 1时

DFkT01 exp( )2k0T

ED EF

)k0T

ND

代入上式Nc

nD 2NDexp(

杂质饱和电离 EF Ec k0Tln nD 2ND(

NDN

)exp( ED/k0T),令D_ 2(D)exp( ED/k0T)NcNc

nD D_ND,D_为未电离的施主杂质占总数的百分比将Nc 2(2 mdnkT)3/2/ 代入

ED1D_(2 k0mdn)3/2

（)() (3/2)lnT ln() T 125K3

k0TND

6.解：

i

1

niq( n p) i

1 iq( n p)

1

2.29 1013/cm3

19

47 1.6 10 (3900 1900)

ni

7.解：

103 300K时Si的ni 1.3 10/cm

i niq( n p) 1.3 1010 1.6 10 19 (1350 500) 3.85 10 6 1 cm 1

又 本征Si的密度Ni 5 1022/cm3,则nD 5 1016/cm3

n nDq n 5 1016 1.6 10 19 1350 10.8 1 cm 1

n 10.8/3.85 10 6 2.8 106 i

8.解：

4.5 10 5500 p NA 6.02 1023/() 1.17 1016/cm3 10.82.33 11 1.34 cm16 19 pq p1.17 10 1.6 10 400

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9.解：

q n nmn0.1 0.26 9.1 10 31 10 4

n n 1.48 10 17s 19 qmn1.6 10

s d n n E n 0.1 104 10 4 1.48 10 17 1.48 10 18m

10.解：

111

15 0.781 cm 19 nq 10 1.6 10 8000 n

l1R 0.781 1.3 S0.6

11.解： 10 i

19

对Si，mdn（电子有效质量） 0.26m0 0.26 9.1 10 31kg(1) nq ,

1.6 10

19

V3kT3kT

,V NA q /EEmdnmdn

3 1.38 10 23 30032 1 1

/(10 10) 3.65 m

0.26 9.1 10 31

E NAq

3kT

3.65 105A m 2 36.5A cm 2

mdn

(2)同理，400K时，

4.12 1 m 1

i 4.23 105A m 2 42.3A cm 2

NA 3 1015/cm3

12.解：

480cm2 V 1 s 1

(1) ni nA, p 又查得

p

(pq ) 1 (3 1015 1.6 10 19 480) 1 4.34 cm

(2)p

NA ND 1.3 1016 1.0 1016 0.3 1016/cm3

1 (pq ) (0.3 1016 1.6 10 19 480) 1 4.34 cm

(3)n 1.3 1016 1 1017 1.0 1016 10.3 1016/cm3

又 n 1350cm2 V 1 s 1

1 (10.3 1016 1.6 10 19 1350) 1 0.045 cm (pq )

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13.解：

(1 )证： ni2 np(由题中n nip/n,p nin/p可知)ni2ni2 nq n pq p nq n q p q n pq p

npni2d

令 0 q n 2q p 0 n ni p/ n

n dn

d 令 0 p ni n/ p dp

d2 d2 又 2 02 0. 当n ni p/ n及p ni n/ p时， 有最小值。

dndp

且 min 2niq p n

16 19

) (2 780 39.94 1 cm 1min 2 1.6 10 1.6 10

min

又 n p P型半导体的 max为最大。

14.解：

max

1

0.025 cm

1 23 m k0T 热

22

23

3k0T3 1.381 10 3005 17 1

2.29 10m s 2.29 10cm s热

m 0.26 9.1 10 31

4 1

E 10V/cmd(漂) n E 1500 10 1.5 10cm s d 热

E 104V/cmd(漂)' 1500 104 1.5 107cm s 1,d 热

4q32 mkT

n

强场时

4q( E)32 mkT

n

32 m nkT

4qE

q 32 kT3 42

4Emm4 10 10nn

2 1.381 10 23 300

0.26 9.1 10 31

0.2488m2 v 1 s 1 2488cm2 v 1 s 1

d nE 2488 104 2.488 107cm s 1

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15.解：

113kT13 1.381 10 23 30026 1

d 热 10 2.29 10cm s 1010m 100.26 9.1 10 31n

1 m 1.0 10 4cm

1.0 10 4平均自由时间 4.363 10 11s6

d2.29 10

1

2.29 1010s 1

dd m n电场强度E

q

平均碰撞次数P

d m 2.29 104 0.26 9.1 10 31 10 6n l 电压U E l 7.761 10 4V 19 11

q 1.6 10 4.363 10

16.解：

(1) A'e W/kT

WWlge11

lg lgA' lge lgA' ( ) A B W Bk/lge

kTkTT

1 9 A B 500 (2) B 3000

6 A 1B 1000

W ( 3000) 1.381 10 23/lge 9.540 10 20J 0.596eV

17.解：

m 100, m 0.9; 气 d 1, 气 d 0.1

2

m m( d) d d0.9 100 (2 1) 0.1 1

33 m 85.92

212 0.9( ) 0.1 m( d) d

330033 m

18.解：

1C d2.4 10 12 0.5 10 2

(1)相对电容率 r 3.39 12 4 0A8.854 10 1 4 10

2.4 10 12 0.5 10 2 13 1 (2)损耗因子 '' 'tan 0.02 6.0 10F m

1 4 10 4

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19.解：

ln x1ln 1 x2ln 2 ln5.4

21

ln6.2 ln 2 2 4.096 4.133

20.解： e,A 8 e,B

e 4 0R3 R3,RA 2RB 电子极化率

21.解：

麦克斯韦电磁场理论V 折射率n

C

,

C

n V

由于SiC属于非铁磁性物质 ＝1 n ,n2

22.从结构上解释，为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘？

答：玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。这是由于二价离子与玻璃中氧离子结合比较牢固，能镶入玻璃网络结构，以致堵住迁移通道，使碱金属离子移 …… 此处隐藏：3072字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……