復習思考題與自測題1.原子中的電子和晶體中電子受勢場作用情況以及運動情況有何不同,原子中內層電子和外層電子參與共有化運動有何不同。答：原子中的電子是在原子核與電子庫倫相互作用勢的束縛作用下以電子云的形式存在，沒有一個固定的軌道；而晶體中的電子是在整個晶體內運動的共有化電子，在晶體周期性勢場中運動。當原子互相靠近結成固體時，各個原子的內層電子仍然組成圍繞各原子核的封閉殼層,和孤立原子一樣;然而，外層價電子則參與原子間的相互作用，應該把它們看成是屬于整個固體的一種新的運動狀態(tài)。組成晶體原子的外層電子共有化運動較強，其行為與自由電子相似，稱為準自由電子，而內層電子共有化運動較弱，其行為與孤立原子的電子相似。2.描述半導體中電子運動為什么要引入"有效質量"的概念,用電子的慣性質量描述能帶中電子運動有何局限性。答：引進有效質量的意義在于它概括了半導體內部勢場的作用，使得在解決半導體中電子在外力作用下的運動規(guī)律時，可以不涉及半導體內部勢場的作用。慣性質量描述的是真空中的自由電子質量，而不能描述能帶中不自由電子的運動，通常在晶體周期性勢場作用下的電子慣性運動，成為有效質量3.一般來說,對應于高能級的能帶較寬,而禁帶較窄,是否如此，為什么？答：不是，能級的寬窄取決于能帶的疏密程度，能級越高能帶越密，也就是越窄；而禁帶的寬窄取決于摻雜的濃度，摻雜濃度高，禁帶就會變窄，摻雜濃度低，禁帶就比較寬。4.有效質量對能帶的寬度有什么影響，有人說:"有效質量愈大,能量密度也愈大,因而能帶愈窄.是否如此，為什么？答：有效質量與能量函數對于K的二次微商成反比，對寬窄不同的各個能帶，1（k）隨k的變化情況不同，能帶越窄，二次微商越小，有效質量越大，內層電子的能帶窄，有效質量大；外層電子的能帶寬，有效質量小。5.簡述有效質量與能帶結構的關系；答：能帶越窄，有效質量越大，能帶越寬，有效質量越小。6.從能帶底到能帶頂,晶體中電子的有效質量將如何變化？外場對電子的作用效果有什么不同；答：在能帶底附近，電子的有效質量是正值，在能帶頂附近，電子的有效質量是負值。在外電F作用下，電子的波失K不斷改變，ff=h dt dk ,其變化率與外力成正比，因為電子的速度與k有關，既然k狀態(tài)不斷變化，則電子的速度必然不斷變化。7.以硅的本征激發(fā)為例,說明半導體能帶圖的物理意義及其與硅晶格結構的聯系，為什么電子從其價鍵上掙脫出來所需的最小能量就是半導體的禁帶寬度?答：沿不同的晶向，能量帶隙不一樣。因為電子要擺脫束縛就能從價帶躍遷到導帶，這個時候的能量就是最小能量，也就是禁帶寬度。2.為什么半導體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用具有正電荷和一定質量的空穴來描述?答：空穴是一個假想帶正電的粒子，在外加電場中，空穴在價帶中的躍遷類比當水池中氣泡從水池底部上升時，氣泡上升相當于同體積的水隨氣泡的上升而下降。把氣泡比作空穴，下降的水比作電子，因為在出現空穴的價帶中，能量較低的電子經激發(fā)可以填充空穴，而填充了空穴的電子又留下了一個空穴。因此，空穴在電場中運動，實質是價帶中多電子系統在電場中運動的另一種描述。因為人們發(fā)現，描述氣泡上升比描述因氣泡上升而水下降更為方便。所以在半導體的價帶中，人們的注意力集中于空穴而不是電子。3.有兩塊硅單晶,其中一塊的重量是另一塊重量的二倍.這兩塊晶體價帶中的能級數是否相等，彼此有何聯系？答：相等，沒任何關系4.為什么極值附近的等能面是球面的半導體,當改變磁場方向時只能觀察到一個共振吸收峰。答：各向同性。5.金剛石晶體結構和閃鋅礦晶體結構的晶向對物理性質的影響。6.典型半導體的帶隙。一般把禁帶寬度等于或者大于2.3ev的半導體材料歸類為寬禁帶半導體，主要包括金剛石，SiC，GaN,金剛石等。26族禁帶較寬，46族的比較小，如碲化鉛，硒化鉛（0.3ev），35族的砷化鎵（1.4ev）。第二章1.說明雜質能級以及電離能的物理意義。為什么受主、施主能級分別位于價帶之上或導帶之下,而且電離能的數值較??？答：被雜質束縛的電子或空穴的能量狀態(tài)稱為雜質能級，電子脫離雜質的原子的束縛成為導電電子的過程成為雜質電離，使這個多余的價電子掙脫束縛成為導電電子所需要的能量成為雜質電離能。雜質能級離價帶或導帶都很近，所以電離能數值小。2.純鍺,硅中摻入III或Ⅴ族元素后,為什么使半導體電學性能有很大的改變？雜質半導體(p型或n型)應用很廣,但為什么我們很強調對半導體材料的提純?答：因為摻入III或Ⅴ族后，雜質產生了電離，使得到導帶中得電子或價帶中得空穴增多，增強了半導體的導電能力。極微量的雜質和缺陷，能夠對半導體材料的物理性質和化學性質產生決定性的影響，，當然，也嚴重影響著半導體器件的質量。3.把不同種類的施主雜質摻入同一種半導體材料中,雜質的電離能和軌道半徑是否不同?把同一種雜質摻入到不同的半導體材料中(例如鍺和硅),雜質的電離能和軌道半徑又是否都相同？答：不相同4.何謂深能級雜質，它們電離以后有什么特點？答：雜質電離能大，施主能級遠離導帶底，受主能級遠離價帶頂。特點：能夠產生多次電離，每一次電離相應的有一個能級。5.為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個施主或受主能級？答：因為金是深能級雜質，能夠產生多次電離，每一次電離相應的有一個能級，因此，金在硅鍺的禁帶往往能引入若干個能級。6.說明摻雜對半導體導電性能的影響。答：在純凈的半導體中摻入雜質后，可以控制半導體的導電特性。摻雜半導體又分為n型半導體和p型半導體。例如，在常溫情況下，本征Si中的電子濃度和空穴濃度均為1.5╳1010cm-3。當在Si中摻入1.0╳1016cm-3后，半導體中的電子濃度將變?yōu)?.0╳1016cm-3，而空穴濃度將近似為2.25╳104cm-3。半導體中的多數載流子是電子，而少數載流子是空穴。7.說明半導體中淺能級雜質和深能級雜質的作用有何不同？答：深能級雜質在半導體中起復合中心或陷阱的作用。淺能級雜質在半導體中起施主或受主的作用8.什么叫雜質補償，什么叫高度補償的半導體，雜質補償有何實際應用。答：當半導體中既有施主又有受主時，施主和受主將先相互抵消，剩余的雜志最后電離，這就是雜質補償，若施主電子剛好填充受主能級，雖然雜質很多，但不能向導帶和價帶提供電子和空穴，這種現象稱為雜質的高度補償。利用雜質補償效應，可以根據需要改變半導體中某個區(qū)域的導電類型，制造各種器件。9.什么是半導體的共摻雜答：摻入兩種或兩種元素以上10.用氫原子模型計算雜質電離能第三章1.半導體處于怎樣的狀態(tài)才能叫處于熱平衡狀態(tài)，其物理意義如何？載流子激發(fā)和載流子復合之間建立起動態(tài)平衡時稱為熱平衡狀態(tài)，這時電子和空穴的濃度都保持一個穩(wěn)定的數值，處在這中狀態(tài)下的導電電子和空穴稱為熱平衡載流子。2.什么是能量狀態(tài)密度能帶中能量E附近每單位能量間隔內的量子態(tài)數。3.什么叫統計分布函數，費米分布和玻耳茲曼分布的函數形式有何區(qū)別？在怎樣的條件下前者可以過渡到后者，為什么半導體中載流子分布可以用玻耳茲曼分布描述？統計分布函數描述的事熱平衡狀態(tài)下電子在允許的量子態(tài)如何分布的一個統計分布函數。當E-EF>>kT時，前者可以過度到后者。4.說明費米能級的物理意義，根據費米能級位置如何計算半導體中電子和空穴濃度，如何理解費米能級是摻雜類型和摻雜程度的標志。費米能級的意義：當系統處于熱平衡狀態(tài)，也不對外界做功的情況下，系統增加一個電子所引起的系統自由能的變化，等于系統的化學能。n型摻雜越高，電子濃度越高，EF就越高。5.在半導體計算中,經常應用這個條件把電子從費米能級統計過渡到玻耳茲曼統計,試說明這種過渡的物理意義。E-EF>>kT時，量子態(tài)為電子占據的概率很小，適合于波爾茲曼分布函數，泡利原理失去作用，兩者統計結果變得一樣了。6.寫出半導體的電中性方程，此方程在半導體中有何重要意義？電子濃度等于空穴濃度。意義：平衡狀態(tài)下半導體體內是電中性的。7.半導體本征載流子濃度的表達式及其費米能級載流子濃度：ni=n0p0=(NcNv)1/2exp(-Eg/2kT)費米能級：Ei=Ef=（EcEv）/2(3kT/4)*ln(mp/mn)8.若n型硅中摻入受主雜質,費米能級升高還是降低？若溫度升高當本征激發(fā)起作用時,費米能級在什么位置，為什么？費米能級降低了。費米能級在本征費米能級以上。9.如何理解分布函數與狀態(tài)密度的乘積再對能量積分即可求得電子濃度？根據公式和常識，必然是這樣。10.為什么硅半導體器件比鍺器件的工作溫度高？硅的禁帶寬度比鍺大，且在相同溫度下，鍺的本征激發(fā)強于硅，很容易就達到較高的本征載流子濃度，使器件失去性能。11.當溫度一定時,雜質半導體的費米能級主要由什么因素決定？試把強n,弱n型半導體與強p,弱p半導體的費米能級與本征半導體的費米能級比較。決定因素：摻雜濃度，摻雜能級，導帶的電子有效態(tài)密度等。費米能級比較：強n>弱n>本征>弱p>強p12.如果向半導體中重摻施主雜質,就你所知會出現一些什么效應？費米能級深入到