半导体物理学

一、 填空题每空2分共30分

1. Si和Ge的导带中等能面是旋转椭球面根据回旋共振实验结果得到Si的导带极小值位于布里渊区的_[100]___方向上而Ge的导带极小值位于布里渊区的___[111]_方向上。

2. 按照半导体中杂质原子在半导体晶体中所处的位置半导体中的杂质可以分为_______间隙式杂质___和____替位式杂质______两种。

3. 浅能级杂质的电离能可以用类氢模型计算设Ge的电子有效质量为0.12m0相对介电常数为16则Ge中施主杂质的电离能为_____0.0064____eV。

4. 室温下k0T/q=0.025V已知Si的电子迁移率为1400cm2/(V·S)则该材料中的电子扩散系数为_______35cm2/s___。

5. 如果价带中的电子满足玻耳兹曼分布则价带中的空穴浓度表达式为_Nvexp[(Ev-EF)/k0T]____室温时半导体Si中掺入Al掺杂浓度为NAAl已基本全部电离在此条件下该半导体的电中性条件为____p0=NA____费米能级为VAVNNTkEln0。

6. 电阻率为5.0Ω·cm的n型Si其载流子浓度为1015cm-3则其电子迁移率为_____1250cm2/(vs)______。

7. pn结电容有两个来源根据其来源分别是__势垒电容___和__扩散电容_____。

8. pn结加反向偏压时流过pn结的电流比由扩散理论得到的理论值要大而且随反向偏压的增加而缓慢增加除扩散电流外该电流还包括___势垒区的产生电流___。

9. n型Si掺杂浓度为1015cm-3其功函数为4.31eV电子亲和势为4.15eV镍的功函数为4.50eV则镍与该n型Si紧密接触后半导体一边的电子势垒高度为___0.19__eV金属一边的电子势垒高度为____0.35__eV

二、简答题每题5分共20分

1. 说明长声学波对载流子产生散射的机制。 长纵声学波传播时引起原子分布的疏密变化在一个波长内一半处于压缩状态一半处于膨胀状态。而禁带宽度随原子间距而变化疏处禁带宽度变小密处变大。禁带宽度的改变反映出导带底和价带顶的升高或降低这时同处于导带底或价带顶的电子或空穴在半导体的不同地点其能量就有差别。所以纵波引起的能带起伏就其对载流子的作用来讲如同产生了一个附加的势场这一势场破坏了原来势场的严格周期性对载流子产生散射。

2. 何为间接复合并说明间接复合的四个过程。、 间接复合是非平衡载流子通过禁带中的复合中心的复合。 具体的四个过程为 复合中心俘获导带中的电子 复合中心向导带发射电子 复合中心俘获价带的空穴 复合中心向价带发射空穴。

3. 画图说明隧道二极管的正向电流电压特性并给出解释。 对于两边都是重掺杂的pn结n型半导体的费米能级进入了导带p型半导体的费米能级进入了价带。当加一较小的正向电压时n区能带相对p区升高qV这时结两边能量相等的量子态中p区价带的费米能级以上有空的量子态而n区导带费米能级以下有量子态被电子占据并且两边都是重掺杂的pn结势垒区很薄n区的电子可以隧穿进入p区形成电流。当n区导带底与p区的费米能级持平电流达到最大之后随电压升高两边能量相等的量子态数目减少电流减小产生负阻特性。

4. 说明pn结扩散电容的产生机制。 Pn结加正向电压时电子自n区一侧注入p区空穴由p区注入n区并在扩散区内形成少子的积累为了保持电中性各区的多子也会有相应的积累。当外电压变化时积累的电荷会随着变化产生扩散电容