半导体器件物理复习纲要

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1、第一章半导体物理基础能带：1-1什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？1-2试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。1-3、试指出空穴的主要特征及引入空穴的意义。1-4、设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量Ev(k)分别为：和；m0为电子惯性质量，；a＝0.314nm，，，。试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量。题解：1-1、解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥Eg）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。如果温度升高，则禁带

2、宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。1-2、解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。1-3、准粒子、荷正电：+q；、空穴浓度表示为p（电子浓度表示为n）；、EP=-En（能量方向相反）、mP*=-mn*。空穴的意义：引入空穴后，可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量空穴来描述，使问题简化。1-4、①禁带宽度Eg根据＝＋＝0；可求出对应导带能量极小

3、值Emin的k值：kmin＝，由题中EC式可得：Emin＝EC(K)

4、k=kmin=；由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax＝0；并且Emin＝EV(k)

5、k=kmax＝；∴Eg＝Emin－Emax＝＝＝＝0.64eV②导带底电子有效质量mn9；∴③价带顶电子有效质量m’，∴掺杂：2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？2-4、何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？题解：2-1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施

6、主）或带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。2-2、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。施主电离前不带电，电离后带正电。2-3、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。受主电离前带不带电，电离后带负电。2-4、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最后电离，这就是杂质补偿。利用杂质补偿效应，可以根据需要

7、改变半导体中某个区域的导电类型，制造各种器件。载流子统计分布：3-1、定性说明：在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高；3-2、Si样品中的施主浓度为4.5×1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？题解：3-1、解：在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，则跃迁所需的能量越小，所以受激发的载流子浓度随着禁带宽度的变窄而增加。3-2、解：在300K时，因为ND>10ni，因此杂质全电离n0=ND≈4.5×1016cm-3答：300K时样品中的的电子浓度和空穴浓度分别是4.5×1016cm-3和5.0×103c

8、m-3。 9半导体的导电性 4-1、何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？4-2、室温下Si本征载流子浓度为1.5×1010cm-3，电子和空穴的迁移率分别为1350cm2/s·v和500cm2/s·v。(1)本征Si材料在室温下的电导率σi。(2)Si原子密度为5×1022cm-3，掺入十万分之一的As后，设室温下杂质全部电离，计算掺杂半导体的电导率σ。设电子迁移率不受掺杂影响。题解：4-1、解：迁移率是单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。4-2、(1)由(2)已知硅原子密度为5×1022cm-

9、3，则掺入As的浓度为因为杂质全部电离所以忽略空穴对电导率的贡献掺杂半导体的电导率为非平衡载流子：5-1、何谓非平衡载流子？5-2、漂移运动和扩散运动有什么不同？5-3、间接复合效应与陷阱效应有何异同？5-4、假设Si中空穴浓度是线性分布，在4µm内的浓度差为2×1016cm-3，试计算空穴的扩散电流密度。题解：5-1、解：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子。5-2、解：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