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课后习题答案
1.1
为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学
中又是用什么方法来描述的？
解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。
在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率?和波矢k建立联系的，即
E?h???? h?p?n??kc上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率?和波矢k。
1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？
解：波函数?是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用??r,t?表示粒子的德布洛意波的振幅，以
??r,t????r,t????r,t?表示波的强度，那么，t时刻在r附近的小体
2积元?x?y?z中检测到粒子的概率正比于??r,t?2?x?y?z。
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1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。
解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不
能导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。
1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？
解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，n0?p0?ni。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为ni2?n0p0?NCNVeEgkT
式中，NC，NV以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。
1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
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解：当半导体中掺入施主杂质后，在其导带底的下方，距离导带底很近的范围内可以引入局域化的量子态能级。该能级位于禁带中，称之为施主杂质能级。同理，当半导体中掺入受主杂质后，在其价带顶的上方，距离价带顶很近的范围内也可引入局域化的受主杂质能级。
施主能级距离导带底很近，施主杂质电离后，施主能级上的电子跃迁进入导带，其结果向导带提供传导电流的准自由电子；而受主能级距离价带顶很近，受主杂质电离后，价带顶的电子跃迁进入受主能级，其结果向价带提供传导电流的空穴。
1.6 试比较N型半导体与P型半导体的异同。
解：对同种材料制作的不同型号的半导体来说，具有以下相同点：二者都具有相同的晶格结构，相同的本征载流子浓度，都对温度很敏感。不同点是，N型半导体所掺杂质是施主杂质，主要是靠电子导电，电子是多数载流子，空穴是少数载流子：而P型半导体所掺杂质是受主杂质，主要靠空穴导电，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
1.7 从能带的角度说明杂质电离的过程。
解：杂质能级距离主能带很近，其电离能一般都远小于禁带宽度。因此，杂质能级与主能带之间的电子跃迁也比较容易完成。以施主杂质为例，施主能级上的电子就是被该施主原子束缚着的电
微电子器件刘刚前三章课后答案解析
