第一章
1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近
能量EV(k)分别为：
h2k2h2(k?k1)2h2k213h2k2 Ec= ?,EV(k)??3m0m06m0m0m0为电子惯性质量，k1??a ,a?0.314nm。试求：（1）禁带宽度;
（2）导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;
（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）
导带：2?2k2?2(k?k1)由??03m0m03k14d2Ec2?22?28?2又因为：2????03m0m03m0dk得：k?所以：在k?价带：dEV6?2k???0得k?0dkm0d2EV6?2又因为???0,所以k?0处，EV取极大值m0dk2?2k123因此：Eg?EC(k1)?EV(0)??0.64eV412m0
3k处，Ec取极小值4(2)m*nC?2?2dECdk23?m0 83k?k141 / 35
(3)m*nV?2?2dEVdk2??k?01m06(4)准动量的定义：p??k所以：?p?(?k)3k?k14
3?(?k)k?0??k1?0?7.95?10?25N/s4
2. 晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m，107 V/m的电场时，试分别
计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 解：根据：f?qE?h??k?k 得?t?
?qE?t?(0??t1??a)?8.27?10?8s
?1.6?10?19?102?(0??a)?107?t2? 补充题1
?1.6?10
?19?8.27?10?13s分别计算Si（100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度
（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）
Si在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：
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（a）(100)晶面 （b）(110)晶面
（c）(111)晶面
11?4? 22142（100）：24?2??6.78?10atom/cmaa(5.43?10?8)2
112?4??2? 42?4?9.59?1014atom/cm2（110）：2a?a2a2
114??2??241422 111（）：4??7.83?10atom/cm33a2a?2a
2
补充题2
?271(?coska?cos2ka)， 一维晶体的电子能带可写为E（k)?28ma8式中a为 晶格常数，试求
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（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；
（3）电子在波矢k状态时的速度；
* （4）能带底部电子的有效质量mn；
（5）能带顶部空穴的有效质量m*p
解：（1）由
dE(k)n? ?0 得 k?dka1，
2…）
（n=0，
进一步分析k?(2n?1)?a ，E（k）有极大值，
E（k)MAX2?2? ma2k?2n?a时，E（k）有极小值
所以布里渊区边界为k?(2n?1)?a
(2)能带宽度为E（k)MAX?E(k)MIN(3）电子在波矢k状态的速度v?（4）电子的有效质量
2?2? 2ma1dE?1?(sinka?sin2ka) ?dkma4?2mm?2?
1dE(coska?cos2ka)22dk*n能带底部 k?2n?* 所以mn?2m a(2n?1)?， a(5)能带顶部 k?且mp??mn，
**所以能带顶部空穴的有效质量mp?
*2m 34 / 35
半导体物理第2章习题
1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？
答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。 （3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
2. 以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。
As有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个Ge原子形成共价键，还剩余一个电子，同时As原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个As原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而As原子形成一个不能移动的正电中心。这个过程叫做施主杂质的电离过程。能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。 3. 以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体。
Ga有3个价电子，它与周围的四个Ge原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge晶体的共价键中产生了一个空穴，而Ga原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个Ga原子取代一个Ge原子，其效果是形成一个负电中
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半导体物理学(刘恩科)第七版课后答案分解
