半导体物理习题及答案(2)

3.比较并区别下述物理概念:电导迁移率，漂移迁移率和霍耳迁移率。

电导迁移率：

漂移迁移率：载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁移率越大；运动得慢，迁移率小

霍尔迁移率：Hall系数RH与电导率σ的乘积，即│RH│σ，具有迁移率的量纲，Hall迁移率μH实际上不一定等于载流子的电导迁移率μ, 因为载流子的速度

分布会影响到电导迁移率

4.什么是声子? 它对半导体材料的电导起什么作用?

声子是晶格振动的简正模能量量子，声子可以产生和消灭，有相互作用的声子数不守恒，声子动量的守恒律也不同于一般的粒子，并且声子不能脱离固体存

在。

电子在半导体中传输时若发生晶格振动散射，则会发出或者吸收声子，使电子动量发生改变，从而影响到电导率。

5.平均自由程，平均自由时间，散射几率

平均自由程：电子在受到两次散射之间所走过的平均距离；

平均自由时间：电子在受到两次散射之间运动的平均时间；

散射几率:用来描述散射的强弱，代表单位时间内一个载流子受到散射的次数。

6.几种散射机制同时存在，总的散射几率

总散射概率等于多种散射概率之和。

7.一块本征半导体样品,试描述用以增加其电导率的两个物理过程。

提高迁移率和和提高本征载流子浓度

8.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？

锗的少子浓度高。由电阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和锗本征载流子浓度的数量级差别，可以算出锗的少子浓度高。

9.硅电阻率与温度的关系图

10.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？

光学波散射：弹性散射，散射前后电子能量基本不变。主要在离子性晶体中起作用

声学波散射：非弹性散射，散射前后电子能量发生改变。主要在共价性晶体中起作用。

11.说明本征锗和硅中载流子迁移率随温度增加如何变化？

迁移率随温度的升高逐渐降低

12.电导有效质量和状态密度有效质量有何区别？它们与电子的纵向有效质量和横向有效质量的关系如何？

当导带底的等能面不是球面时，不同方向的电导的有效质量就不同，且态密度分布可能不同，通过把不同的电导有效质量进行加权平均，就可以换算得到状态密度的有效质量。

13.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？

进行霍尔系数测量和回旋共振法测有效质量。

14.解释多能谷散射如何影响材料的导电性。

多能谷之间有效质量不同导致迁移率不同，当电子从一能谷跃迁到另一能谷时，迁移率会减低，导致导电性降低。

15.解释耿氏振荡现象，振荡频率取决于哪些参数？

耿氏振荡来源于半导体内的负微分电导，振荡频率决定于外加电压和器件的长度。

16.半导体本征吸收与本征光电导

本征吸收：半导体吸收光子能量大于带隙的光子，使电子直接跃迁到导带。

又本征吸收产生的非平衡载流子的增加使半导体电导率增加。

17.光电导灵敏度与光电导增益因子

光电导灵敏度：单位光照度所引起的光电导

增益因子：铜一种材料由于结构不同，可以产生不同的光电导效果，用增益因子

来表示光电导的增强。

第五章

1. 区别半导体平衡状态和非平衡状态有何不同？什么叫非平衡载流子？什么叫非平衡载流子的稳定分布？

半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。处于非平衡态的半导体比平衡态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。

2. 掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何区别？试从物理模型上予以说明。

掺杂：增加浓度，

温度：增加本征载流子

光照：产生非平衡载流子，增加载流子数目

3. 在平衡情况下，载流子有没有复合这种过程？为什么着重讨论非平衡载流子的复合过程？

有，

4. 为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的标准而要引入准费米能级？费米能级和准费米能级有何区别？

当热平衡状态受到外界影响，遭到破坏, 使半导体处于非平衡状态,不再存在统一的费米能级,因为费米能级和统计分布函数都是指热平衡状态下。而分别就价带和导带中的电子来说,它们各自基本上处于平衡状态,导带和价带之间处于不平衡状态，准费米能级是不重合的。

5. 在稳定不变的光照下，半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的，但为什

么说半导体处于非平衡状态？

光照是外部条件，

6. 说明直接复合、间接复合的物理意义。

直接：电子在导带和价带之间的直接跃迁而引起的电子和空穴的复合消失过程间接复合：电子空穴通过禁带中的能级复合；

7. 区别: 复合效应和陷阱效应，复合中心和陷阱中心，俘获和复合，俘获截面和俘获几率。

复合效应：

陷阱效应：积累非平衡载流子的作用。相应的杂质和缺陷为陷阱中心

8. 非辐射复合主要有哪几种？

非辐射复合：表面复合；深能级复合；俄歇（Auger）复合；

9. 载流子的寿命

非平衡载流子浓度减少到1/e所经历的时间。

10. 扩散流密度与稳态扩散方程

单位时间通过单位面积的粒子数称为扩散流密度；

参考P165 5-81

11. 爱因斯坦关系的推导

P170-171

12. 连续性方程中各项的物理意义及其典型器件结构的解

第1项---由于扩散运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；

第2,3项---由于漂移运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；

第4项---由于其它某种因素单位时间单位体积中产生的空穴数(产生率)；

第5项---为由于存在复合过程单位时间单位体积中复合消失的空穴数；

第六章

1.平衡pn结有什么特点，画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向。

2.定性地画出正向偏置时pn结能带图；在图上标出准费米能级的位置，并与平衡时pn结能带图进行比较。

3.写出pn结整流方程,并说明方程中每一项的物理意义，对于较大的正向偏置和反向偏置，这个方程分别说明什么样的物理过程。

正向偏压, V>0, 正向电流密度随正向偏压指数增大。

反向电流密度为常数，不随偏压改变

4.反向电流由哪几部分构成的？在一般情况下什么是主要的？为什么反向电流和温度关系很大？

5.解释硅pn结的反向电流随反向电压增加而增大的原因。

6.为什么pn结的接触电位差不能通过万用表跨接在二极管两端的方法进行测量。

7.当pn结n型区的电导率远远大于p型区的电导率时，pn结电流主要是空穴流还是电子流？

8.说明pn结理想模型的基本假设, 在推导pn结电流–电压关系时,这些基本假设体现在哪些地方？

①小注入---即注入少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；

②突变耗尽层---即外加电压和接触电势差都落在耗尽层上，耗尽层中

的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是

电中性的。因此,注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动;

③通过耗尽层的电子和空穴电流为常量---耗尽层中没有载流子的产生

及复合作用;

④玻耳兹曼边界条件---即在耗尽层两端,载流子分布满足玻耳兹曼统

计分布.