1、1、什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說明之。解：在一定溫度下，價帶電子獲得足夠的能量（AEg）被激發(fā)到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的過程就是本征激發(fā)。其結(jié)果是在半導(dǎo)體中出現(xiàn)成對的電子-空穴對。如果溫度升高，則禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會有更多的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中。2、試指出空穴的主要特征。解：空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來描述半滿帶中的大量電子的集體運(yùn)動狀態(tài)，是準(zhǔn)粒子。主要特征如下:A、荷正電：+q;B、空穴濃度表示為p（電子濃度表示為n）;C、EP=-EnD、mP*=-mn*。3、試定性說明Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。解：電子的共有化運(yùn)動導(dǎo)致孤

2、立原子的能級形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運(yùn)動加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。4、簡述GeeSi和GaAS勺能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。解：1) Ge、Si:a）Eg（Si：0K）=；Eg（Ge：0K）=；b）間接能隙結(jié)構(gòu)c）禁帶寬度Eg隨溫度增加而減??；（ 2） GaAs：a）Eg（300K）=，Eg（0K）=；b）直接能隙結(jié)構(gòu)；c）Eg負(fù)溫度系數(shù)特性：dEg/dT=x10-4eV/K;5、什么叫淺能級雜質(zhì)？它們電離后有何特點(diǎn)？解：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)小于

3、本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負(fù)電（電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供空穴。6、什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。解：半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電離子，并同時向?qū)峁╇娮?，這種雜質(zhì)就叫施主。施主電離成為帶正電離子（中心）的過程就叫施主電離。施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在Si中摻P，P為V族元素，本征半導(dǎo)體Si為IV族元素，P摻入Si中后，P的最外層電子有四個與Si的最外層四個電子配對成為共價電子，而P的第五個外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實(shí)的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶成為

4、自由電子。這個過程就是施主電離。n型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級位于禁帶上方7、什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。解：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負(fù)電的離子，并同時向價帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負(fù)電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。例如，在Si中摻B,B為m族元素，而本征半導(dǎo)體Si為IV族元素，P摻入B中后，B的最外層三個電子與Si的最外層四個電子配對成為共價電子，而B傾向于接受一個由價帶熱激發(fā)的電子。這個過程就是受主電離。p型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級位于

5、禁帶下方8、摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說明摻雜對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。解：在純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。例如，在常溫情況下，本征Si中的電子濃度和空穴濃度均為X1010cm3。當(dāng)在Si中摻入X1016cm3后，半導(dǎo)體中的電子濃度將變?yōu)閄1016cm3,而空穴濃度將近似為X104cm3。半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。9、兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？解：兩性雜質(zhì)是指在半導(dǎo)體中既可作施主又可作受主的雜質(zhì)。如田V族GaAs中摻IV族Si。如果Si替位出族As,則Si為施主；如果Si替位V族Ga則Si為受

6、主。所摻入的雜質(zhì)具體是起施主還是受主與工藝有關(guān)。10、深能級雜質(zhì)和淺能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體有何影響？解：深能級雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心或陷阱的作用。淺能級雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起施主或受主的作用。11、何謂雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？解：當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補(bǔ)償。利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中某個區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。12、 對于某n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級之上。即EFnEFi。證明：設(shè)nn為n型半導(dǎo)體的電子濃度，ni為本征半導(dǎo)體的電子濃度。顯然nnni即得證。13、試分別定性定量說明：（ 1）

7、在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；（ 2） 對一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時，溫度越高，載流子濃度越高。解：（1）在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，則躍遷所需的能量越小，所以受激發(fā)的載流子濃度隨著禁帶寬度的變窄而增加。由公式也可知道，溫度不變而減少本征材料的禁帶寬度，上式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而使得載流子濃度因此而增加。（2）對一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時，溫度越高，受激發(fā)的載流子將因此而增加。由公式可知，這時兩式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而導(dǎo)致載流子濃度增加。14、若兩塊Si樣品中的電子濃度分別為x1010cm3和x1016cm3,試分別

8、求出其中的空穴的濃度和費(fèi)米能級的相對位置，并判斷樣品的導(dǎo)電類型。假如再在其中都摻入濃度為x1016cm3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導(dǎo)電類型又將怎樣？解：由得可見，又因?yàn)椋瑒t假如再在其中都摻入濃度為x1016cm3的受主雜質(zhì)，那么將出現(xiàn)雜質(zhì)補(bǔ)償，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)閜型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。答：第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為,費(fèi)米能級在價帶上方處；第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為，費(fèi)米能級在價帶上方處。摻入濃度為x1016cm3的受主雜質(zhì)后，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)閜型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。15、Si樣品中的施主濃度為x1016cm3,試計算300K時

9、的電子濃度和空穴濃度各為多少？解：在300K時，因?yàn)镹10ni,因此雜質(zhì)全電離n0=N）x1016cm3答：300K時樣品中的的電子濃度和空穴濃度分別是x1016cm3和x103cm-3。16、 對于重?fù)诫s半導(dǎo)體和一般摻雜半導(dǎo)體，為何前者的遷移率隨溫度的變化趨勢不同？試加以定性分析。解：對于重?fù)诫s半導(dǎo)體，在低溫時，雜質(zhì)散射起主體作用，而晶格振動散射與一般摻雜半導(dǎo)體的相比較，影響并不大，所以這時侯隨著溫度的升高，重?fù)诫s半導(dǎo)體的遷移率反而增加；溫度繼續(xù)增加后，晶格振動散射起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致遷移率下降。對一般摻雜半導(dǎo)體，由于雜質(zhì)濃度較低，電離雜質(zhì)散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振動散射，所以溫度越

10、高，遷移率越低。17、何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？解：遷移率是單位電場強(qiáng)度下載流子所獲得的漂移速率。影響遷移率的主要因素有能帶結(jié)構(gòu)（載流子有效質(zhì)量）、溫度和各種散射機(jī)構(gòu)。18、試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。解：Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系可以分為三個階段：（ 1） 溫度很低時，電阻率隨溫度升高而降低。因?yàn)檫@時本征激發(fā)極弱，可以忽略；載流子主要來源于雜質(zhì)電離，隨著溫度升高，載流子濃度逐步增加，相應(yīng)地電離雜質(zhì)散射也隨之增加，從而使得遷移率隨溫度升高而增大，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。（ 2） 溫度進(jìn)一步增加（含室溫），電阻率隨溫度升高而升高。在這一溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)已經(jīng)全部電離

11、，同時本征激發(fā)尚不明顯，故載流子濃度基本沒有變化。對散射起主要作用的是晶格散射，遷移率隨溫度升高而降低，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而升高。（ 3） 溫度再進(jìn)一步增加，電阻率隨溫度升高而降低。這時本征激發(fā)越來越多，雖然遷移率隨溫度升高而降低，但是本征載流子增加很快，其影響大大超過了遷移率降低對電阻率的影響，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。當(dāng)然，溫度超過器件的最高工作溫度時，器件已經(jīng)不能正常工作了。19、何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？解：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時，附加的產(chǎn)生率使載流子濃度超過熱平衡載流子濃度，額外產(chǎn)生的這部分載流子就是非平衡載流子。通常所指的非平衡載流子是指非平衡少子。熱平衡

12、狀態(tài)下半導(dǎo)體的載流子濃度是一定的，產(chǎn)生與復(fù)合處于動態(tài)平衡狀態(tài)，躍遷引起的產(chǎn)生、復(fù)合不會產(chǎn)生宏觀效應(yīng)。在非平衡狀態(tài)下，額外的產(chǎn)生、復(fù)合效應(yīng)會在宏觀現(xiàn)象中體現(xiàn)出來。20、漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動有什么不同？解：漂移運(yùn)動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動，而擴(kuò)散運(yùn)動是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運(yùn)動。前者的推動力是外電場，后者的推動力則是載流子的分布引起的。21、 漂移運(yùn)動與擴(kuò)散運(yùn)動之間有什么聯(lián)系？非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？解：漂移運(yùn)動與擴(kuò)散運(yùn)動之間通過遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫

13、度成反比關(guān)系。即22、 平均自由程與擴(kuò)散長度有何不同？平均自由時間與非平衡載流子的壽命又有何不同？答：平均自由程是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運(yùn)動的平均路程。而擴(kuò)散長度則是非平衡載流子深入樣品的平均距離。它們的不同之處在于平均自由程由散射決定，而擴(kuò)散長度由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命來決定。平均自由時間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時間越長；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。23、證明非平衡載流子的壽命滿足，并說明式中各項(xiàng)的物理意義。證明：則在單位時間內(nèi)減少的非平衡載流子數(shù)=在單位時間內(nèi)復(fù)合的非平衡

14、載流子數(shù)，即在小注入條件下，。為常數(shù)，解方程(1),得到式中，p(0)為t=0時刻的非平衡載流子濃度。此式表達(dá)了非平衡載流子隨時間呈指數(shù)衰減的規(guī)律。得證。24、導(dǎo)出非簡并載流子滿足的愛因斯坦關(guān)系。證明：假設(shè)這是n型半導(dǎo)體，雜質(zhì)濃度和內(nèi)建電場分布入圖所示E內(nèi)穩(wěn)態(tài)時，半導(dǎo)體內(nèi)部是電中性的，Jn=0即對于非簡并半導(dǎo)體這就是非簡并半導(dǎo)體滿足的愛因斯坦關(guān)系。得證。25、間接復(fù)合效應(yīng)與陷阱效應(yīng)有何異同？答：間接復(fù)合效應(yīng)是指非平衡載流子通過位于禁帶中特別是位于禁帶中央的雜質(zhì)或缺陷能級E而逐漸消失的效應(yīng)，E的存在可能大大促進(jìn)載流子的復(fù)合；陷阱效應(yīng)是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級Et中，使在Et上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時有較大的變化，從引起n?Ap,這種效應(yīng)對瞬態(tài)過程的影響很重要。此外，最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級在費(fèi)米能級附近。一般來說，所有的雜質(zhì)或缺陷能級都有某種程度的陷阱效應(yīng)，而且陷阱效應(yīng)是否成立還與一定的外界條件有關(guān)。26、光均勻照射在6的n型Si樣品上，電子-空穴對的產(chǎn)生率為4X1021cm3s-1,樣品壽命為8s。試計算光照前后樣品的電導(dǎo)率。解：光照前光照后p=Gp=(4X1021)(8X10-6)=x1017cm-3則答：光照前后樣品的電導(dǎo)率分別為Q-1