1、一、名詞解釋?zhuān)ū敬箢}共5題每題4分，共20分）直接復(fù)合：導(dǎo)帶中的電子越過(guò)禁帶直接躍遷到價(jià)帶，與價(jià)帶中的空穴復(fù)合，這樣的復(fù)合過(guò)程稱(chēng)為直接復(fù)合。本征半導(dǎo)體：不含任何雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體，它的電子和空穴數(shù)量相同。3簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：半導(dǎo)體中電子分布不符合波爾茲滿(mǎn)分布的半導(dǎo)體稱(chēng)為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。過(guò)剩載流子：在光注入、電注入、高能輻射注入等條件下，半導(dǎo)體材料中會(huì)產(chǎn)生高于熱平衡時(shí)濃度的電子和空穴，超過(guò)熱平衡濃度的電子=n-n0和空穴P=P-P0稱(chēng)為過(guò)剩載流子。有效質(zhì)量、縱向有效質(zhì)量與橫向有效質(zhì)量答：有效質(zhì)量：由于半導(dǎo)體中載流子既受到外場(chǎng)力作用，又受到半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)作用。有效概括了半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)

2、的作用，使外場(chǎng)力和載流子加速度直接聯(lián)系起來(lái)。在直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的有效質(zhì)量后，可以很方便的解決電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。等電子復(fù)合中心等電子復(fù)合中心：在III-V族化合物半導(dǎo)體中摻入一定量與主原子等價(jià)的某種雜質(zhì)原子，取代格點(diǎn)上的原子。由于雜質(zhì)原子與主原子之間電性上的差別，中性雜質(zhì)原子可以束縛電子或空穴而成為帶電中心。帶電中心吸引與被束縛載流子符號(hào)相反的載流子，形成一個(gè)激子束縛態(tài)。這種激子束縛態(tài)叫做等電子復(fù)合中心。二、選擇題（本大題共5題每題3分，共15分）對(duì)于大注入下的直接輻射復(fù)合，非平衡載流子的壽命與（D）A.平衡載流子濃度成正比B.非平衡載流子濃度成正比C.平衡載流子濃度成反比D.非平衡載流子濃度成反比

3、有3個(gè)硅樣品，其摻雜情況分別是：甲.含鋁1x10-15cm-3乙.含硼和磷各1x10-17cm-3丙.含鎵1x10-17cm-3室溫下，這些樣品的電子遷移率由高到低的順序是（C）甲乙丙B.甲丙乙C.乙甲丙D.丙甲乙有效復(fù)合中心的能級(jí)必靠近（A）A.禁帶中部B.導(dǎo)帶C.價(jià)帶D.費(fèi)米能級(jí)4當(dāng)一種n型半導(dǎo)體的少子壽命由直接輻射復(fù)合決定時(shí)，其小注入下的少子壽命正比于（C）A.l/n0B.l/AnC.1/p0D.1/Ap5半導(dǎo)體中載流子的擴(kuò)散系數(shù)決定于其中的（A）A.散射機(jī)構(gòu)B.復(fù)合機(jī)構(gòu)C.雜質(zhì)濃變梯度D.表面復(fù)合速度6以下4種半導(dǎo)體中最適合于制作高溫器件的是（D）A.SiB.GeC.GaAsD.GaN

4、三、簡(jiǎn)答題（20分）1.請(qǐng)描述小注入條件正向偏置和反向偏置下的pn結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)情況，寫(xiě)出其電流密度方程，請(qǐng)解釋為什么pn結(jié)具有單向?qū)щ娦?？?0分）解：在p-n結(jié)兩端加正向偏壓VF,VF基本全落在勢(shì)壘區(qū)上，由于正向偏壓產(chǎn)生的電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反，勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，勢(shì)壘高度由平衡時(shí)的qVD下降到q（VD-VF），耗盡區(qū)變窄，因而擴(kuò)散電流大于漂移電流，產(chǎn)生正向注入。過(guò)剩電子在p區(qū)邊界的結(jié)累，使一x處的電子濃度由熱平衡值n0p上升并向p區(qū)內(nèi)部擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度Ln后,又基本恢復(fù)到n0p。在-x處電子濃度為n（-xTp）,同理，空穴向n區(qū)注入時(shí)，在n區(qū)一側(cè)xTn處的空穴濃度上升到p（xT

5、n），經(jīng)Lp后，恢復(fù)到p0n。反向電壓VR在勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生的電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向一致，因而勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)增強(qiáng)，空間電荷數(shù)量增加，勢(shì)壘區(qū)變寬，勢(shì)壘高度由qVD增高到q（VD+VR）.勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)增強(qiáng)，破壞了原來(lái)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡，漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，在區(qū)邊界處的空穴被勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)逐向p區(qū)，p區(qū)邊界的電子被逐向n區(qū)。當(dāng)這些少數(shù)載流子被電場(chǎng)驅(qū)走后，內(nèi)部少子就來(lái)補(bǔ)充，形成了反向偏壓下的空穴擴(kuò)散電流和電子擴(kuò)散電流。（6分）電流密度方程：j=jexp|半工1（2分）DsLIkT丿正向偏置時(shí)隨偏置電壓指數(shù)上升，反向偏壓時(shí)，反向擴(kuò)散電流與V無(wú)關(guān)，它正比于少子濃度，數(shù)值是很小的，因此可以認(rèn)為是單向?qū)?/p>

6、電。（2分）2.在一維情況下，描寫(xiě)非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)方程為：叟=D學(xué)卩IE字卩p-坐+g，請(qǐng)說(shuō)明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)dtpdx2pdxpdxtpp所代表的物理意義。（10分）答：生在x處，t時(shí)刻單位時(shí)間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（2分）dtDd2p由于擴(kuò)散，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分）pdx2一咪1r罟由于漂移，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分）-由于復(fù)合，單位時(shí)間、單位體積中空穴的消失數(shù)；（2分）tpg由于其他原因，單位時(shí)間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。（2分）p四、計(jì)算題（共5小題，每題9分，共45分）1.設(shè)E-Ef分別為3k0T,分別用費(fèi)米分布

7、函數(shù)和玻爾茲曼分布函數(shù)計(jì)算電子占據(jù)該能級(jí)的概率。1f（E）二解：費(fèi)米分布函數(shù)為1+e（e-ef）/k0T，當(dāng)E-Ef等于3k0T時(shí)，f=0.047F0-E-Ef玻耳茲曼分布函數(shù)為fB（E）=ekoT，當(dāng)E-EF等于3k0T時(shí)，f=0.050上述結(jié)果顯示在費(fèi)米能級(jí)附近費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布有一定的差距。2.設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量E（k）和價(jià)帶極大值附近c(diǎn)能量E（k）分別為：v3h2k2h2k2h2(k-k)2h2k2E(k)二+厶和E(k)二4C3mmv6m000m為電子慣性質(zhì)量，k=1/（2a）；a0.314nm。試求:禁帶寬度；導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；解

8、：禁帶寬度Egmin根據(jù)dEc(k)=沁+2h2(k-G=0；可求出對(duì)應(yīng)導(dǎo)帶能量極小值E亠的kdk3m03值：kmin=4Th由題中EC式可得：E.=EC(K)lk=k.=k2；CminCmin4m10k=0；max并且Em產(chǎn)Ev(k)|k=khk2=；max6m0由題中EV式可看出，對(duì)應(yīng)價(jià)帶能量極大值Emax的k值為:Eg=E.-Eminh2k2h2,=i=max12m48ma2(6.62X10-27)200=0.64eV48X9.1X10-28X(3.14X10-8)2X1.6X10-11導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量mnTOC o 1-5 h zd2E2h22h28h2.d2E3c二+二；m=h2/

9、4二一mdk23mm3mndk280000價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量md2E6h2.d2E14二,m二h2/4二一一mdk2mndk26003、Si原子加到GaAs材料中，取代Ga原子成為施主雜質(zhì)或取代As原子成為受主雜質(zhì)。假定Si原子濃度為1011cm-3，其中5%取代As原子，95%取代Ga原子，并在室溫下全部離化。求：施主和受主雜質(zhì)濃度；電子和空穴濃度及費(fèi)米能級(jí)位置；導(dǎo)電類(lèi)型及電阻率。(n=1.6x106cm-3，”=8000cm2/VS,in卩=400cm2/VS)p解:(1)取代As的Si為受主雜質(zhì)，故受主雜質(zhì)濃度為N二1011x5%二5X109/cm3A取代Ga的Si為施主雜質(zhì)，故施主雜質(zhì)

10、濃度為N二1011x95%二9.5x1010/cm3D2)施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)全部電離，NDN所以n=NN二9.0X1010/cm3A0DAn2p=-i-0n0(1.6X106)29.0 x1010二28/cm3E-E因?yàn)閚=ne0in90 x1010E-E=KTin-0=0.026eVIn=0.284eVFiBn1.6x106i所以費(fèi)米能級(jí)在在禁帶中線上0.284eV處（3）NN易知此材料為n型半導(dǎo)體DA1P=qunn01.6X10-19X8500 x9.0 x101=817匕科4.在室溫下，本征Ge的電阻率為470.cm。試求:1）本征載流子的濃度，若摻入銻雜質(zhì)使每106個(gè)鍺原子中有一個(gè)雜質(zhì)

11、原子；2）計(jì)算室溫下電子濃度和空穴濃度。設(shè)雜質(zhì)全部電離，鍺原子的濃度為4.4x1022cm-3；3）試求該雜質(zhì)鍺材料的電阻率。（設(shè)u=3600cm2/V-s，u=1700cm2/V-s且np不隨雜質(zhì)變化。）解：（1）本征半導(dǎo)體的表達(dá)式為：丄=nq（u+u）Pinpn=%q(u+u)=47x1.602x10-19x(3600+1700)1=2.5x1013znp施主雜質(zhì)原子的濃度為N=(4.4x1022)x10-6=4.4x1016cm-3D因?yàn)殡s質(zhì)全部電離，故n0所以p=0n0(2.5X10134.4x1016其電阻率為P=4.4x1016x1.602x10-19x3600-1=3.94x10

12、-2(0cm)nnquin5.由電阻率為4G.cm的p型Ge和0.4Q.cm的n型Ge半導(dǎo)體組成一個(gè)p-n結(jié),計(jì)算在室溫（300K）時(shí)內(nèi)建電勢(shì)VD和勢(shì)壘寬度xD。已知在上述電阻率下，p區(qū)的空穴遷移率卩=1650cm2/V.S,n區(qū)的電子遷移率卩=3000cm2/V.S，Ge的p本征載流子濃度n二2.5x1013/cm3，真空介電常數(shù)s二8.85x10-12F/m,8二16.i0s（10分）解：11c=nqpnn=npnpq卩nnn=4.34x1015cm-30.4x1.6x10-19x36002分）11=pqpnp=pppqpppp=9.19x1014cm-34x1.6x10-19x17002分）KTnp1