1、一、名词解释（本大题共 5 题 每题 4 分，共 20 分）1. 直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。2.本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体，它的电子和空穴数量相同。3简并半导体：半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导体称为简并半导体。过剩载流子：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下，半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子n=n-n 0 和空穴p=p-p0 称为过剩载流子。4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周期性
2、势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用，使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后，可以很方便的解决电子的运动规律。 5. 等电子复合中心等电子复合中心：在 III- V 族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。二、选择题（本大题共 5 题 每题 3 分，共 15 分）1对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ）A. 平衡载流子浓度成正比
3、B. 非平衡载流子浓度成正比C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比2有 3 个硅样品，其掺杂情况分别是：甲含铝 110-15cm-3 乙.含硼和磷各 110-17cm-3 丙.含镓 110-17cm-3室温下，这些样品的电子迁移率由高到低的顺序是（C ）甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙3有效复合中心的能级必靠近( A )A. 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级 4当一种 n 型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿命正比于（C ）A.1/n0 B.1/n C.1/p0 D.1/p5半导体中载流子的扩散系数决定于其中的( A )A.散射
4、机构 B. 复合机构 C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度6以下 4 种半导体中最适合于制作高温器件的是（ D ）A. Si B. Ge C. GaAs D. GaN三、简答题（20 分）1请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的 pn 结中载流子的运动情况，写出其电流密度方程，请解释为什么 pn 结具有单向导电性？ （10 分）解：在 p-n 结两端加正向偏压 VF, VF 基本全落在势垒区上，由于正向偏压产生的电场与内建电场方向相反，势垒区的电场强度减弱，势垒高度由平衡时的 qVD 下降到 q(VD-VF)， 耗尽区变窄，因而扩散电流大于漂移电流，产生正向注入。过剩电子在 p 区边界的结累，使
5、 xTp 处的电子浓度由热平衡值 n0p 上升并向 p 区内部扩散，经过一个扩散长度 Ln 后，又基本恢复到 n0p。在-x Tp 处电子浓度为 n(-xTp)，同理，空穴向 n 区注入时，在 n 区一侧 xTn 处的空穴浓度上升到p(xTn)，经 Lp 后，恢复到 p0n。反向电压 VR 在势垒区产生的电场与内建电场方向一致，因而势垒区的电场增强，空间电荷数量增加，势垒区变宽，势垒高度由 qVD 增高到 q(VD+VR).势垒区电场增强增强，破坏了原来载流子扩散运动和漂移运动的平衡，漂移运动大于扩散运动。这时，在区边界处的空穴被势垒区电场逐向 p 区，p 区边界的电子被逐向 n 区。当这些少
6、数载流子被电场驱走后，内部少子就来补充，形成了反向偏压下的空穴扩散电流和电子扩散电流。 （6 分）电流密度方程： （2 分）exp1DsBqVjkT正向偏置时随偏置电压指数上升，反向偏压时，反向扩散电流与 V 无关，它正比于少子浓度，数值是很小的，因此可以认为是单向导电。 （2 分）2. 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为： ，请说明上述等式两边各个单项2ppppEDgtxx所代表的物理意义。 （10 分）答： 在 x 处，t 时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（2 分）t由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（2 分）pD由于漂移，单位时间、单位体
7、积中空穴的积累数；（2ppEx分）由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（2 分）p由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。 （2 分）g四、计算题（共 5 小题，每题 9 分，共 45 分）1.设 E - EF 分别为 3k0T，分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。解：费米分布函数为 TkEFef0/)(1)(,当 EE F 等于 3k0T 时，f0.047玻耳兹曼分布函数为 kBof)(,当 EEF 等于 3k0T 时，f0.050上述结果显示在费米能级附近费米分布和玻耳兹曼分布有一定的差距。2. 设晶格常数为 a 的一维晶格，导带极小值附近能量 E
8、c（k）和价带极大值附近能量 Ev（k）分别为：和 ；22100()()3Chkm 22103()6vhkEmm0 为电子惯性质量，k 11/(2a)；a0.314nm。试求：禁带宽度；导带底电子有效质量；价带顶电子有效质量；解：禁带宽度 Eg根据 0；可求出对应导带能量极小值 Emin 的dkEc)(023mh12)(kk 值：k min ，14由题中 EC 式可得：E min EC(K)|k=kmin= ；2104kmh由题中 EV 式可看出，对应价带能量极大值 Emax 的 k 值为：k max0；并且 EminE V(k)|k=kmax ；0216khEgE min Emax 021m
9、2048a 0.64eV 1282876.).3(1.946导带底电子有效质量 mn； m n 0202233hhdkEC0283/mdkEhC价带顶电子有效质量 m， 0226hdkV02 61/dkhVn3、 Si 原子加到 GaAs 材料中，取代 Ga 原子成为施主杂质或取代 As 原子成为受主杂质。假定 Si 原子浓度为 ，其中 5%取代 As 原子，95%取代 Ga130cm原子，并在室温下全部离化。求：施主和受主杂质浓度；电子和空穴浓度及费米能级位置；导电类型及电阻率。 （n i=1.6106cm-3， n=8000cm2/VS, p=400cm2/VS ） 解：（1）取代 As
10、的 Si 为受主杂质，故受主杂质浓度为取代 Ga 的 Si 为施主杂质，故施主杂质19305%0/ANcm浓度为 1103.5/D（2）施主杂质和受主杂质全部电离， 所以DAN?10309./DAnNcm2623010()8/.inp因为 0FiBEKTie10069.ln.26ln.284FiieVeV所以费米能级在在禁带中线上 0.284eV 处 （3） 易知此材料为 n 型半导体DAN?19100187.685.n cmqu?4. 在室温下，本征 Ge 的电阻率为 47 。试求：c1) 本征载流子的浓度，若掺入锑杂质使每 个锗原子中有一个杂质原子；62) 计算室温下电子浓度和空穴浓度。设
11、杂质全部电离，锗原子的浓度为；234.10cm3) 试求该杂质锗材料的电阻率。 （设 ， 且2360/nucmVs2170/pucmVs不随杂质变化。 ）解：（1）本征半导体的表达式为： 1()inpq()inpqu119 1347.60236072.50cm 施主杂质原子的浓度为 261634.10.DNcm因为杂质全部电离，故 16304.0DnNc所以 2132 1306.5.4inp其电阻率为 1161914.0.2360ninqu 2.940cm5. 由电阻率为 4 的 p 型 Ge 和 0.4 的 n 型 Ge 半导体组成一个 p-n 结，cm.cm.计算在室温（300K）时内建电势 VD 和势垒宽度 xD。已知在上述电阻率下，p区的空穴迁移率 n 区的电子迁移率 ，Ge,./16502Sp SVcn./302的本征载流子浓度 ，真空介电常数i（10 分）,/085.120smF解： （2 分）1531914.00.463nnnq cmq （2 分）143p 191 7pp （3 分）23151422193.804.0.lnln0.676DiKTV Vq（31/ 114152 429058.506.7.409.3 7.2sDADcmNxq 分）
