1. 电子的共有化运动 答：
原子组成晶体后，由于原子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去。因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。 2. 有效质量（电子）及意义 答：
11d2E ?2*mnhdk2意义：在于它概括了内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。 3. 简并半导体及简并化条件 答：
当杂质浓度超过一定数量后，载流子开始简并化的现象称为重掺杂，这种半导体即称为简并半导体。也可从能带的角度理解简并半导体，即费米能级EF进入价带顶或者导带低的半导体进入了简并化。 半导体的简并化条件为Ec－EF≤0。
4. 何为施主杂质和施主电离，试用能带图表示施主杂质电离的过程。 答：
Ⅴ族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子，并形成正电中心，称它们为施主杂质。
电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离。
标明Ec、 EV1分；ED1分；电子电离的箭头方向。
5.定性分析非简并半导体中电阻率随温度变化的关系。
ρCABT
答： ??qm*1AT32?BNiT32,??11或?? nq?npq?pAB段温度很低，本征激发可以忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温
度升高而增加，散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而降低。
BC段温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不十分明显，载流子基本上不随温度变化，晶格震动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大。
C段，温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，这是，本征激发称为矛盾的主要方面，杂质半导体的电阻率随温度升高而急剧下降。
6.一块均匀的n型半导体受到光照（小注入），在内部均匀产生非平衡载流子。画出热平衡状态下的能带图，标出EC、EV、EF、Ei能级的位置，并在此基础上
pnpEEE画出光注入时的En和，说明为什么和FFFF偏离EF的程度是不同的。
答：
小注入时，p0???n??n0，显然有n?n0，且n?n0，因而
EnF比EF更靠近导带，但偏离EF很小。这时，注入的空穴浓
n?p??p0，所以EpF比EF更靠近价带，且比EF更显著的偏离了
EF。
7.分别说明理想pn结在正、反偏压下势垒区宽度、势垒区高度的变化及载流子的运动情况，并定性解释pn结的整流特性。 答：
理想pn结在正向偏压下势垒区宽度减小，势垒区高度降低，载流子表现为扩散运动；理想pn结在反向偏压下势垒区宽度增加，势垒区高度增高，载流子表现为漂移运动。
通过pn结的总电流就是通过边界pp?的电子扩散电流与通过边界nn?的空穴扩散电流之和。当正向偏压时，由于载流子的扩散运动，在pp?和nn?处分别形成电子和空穴的积累，形成扩散电流，正向偏越大，扩散电流越大，因此，在正向偏压下，理想pn结的电流随正向偏压的增加增加；当反向偏压时，pn结中的总电流是通过势垒区边界nn?和pp?附近的少数载流子扩散电流之和。因为少子浓度低，当反向偏压很大时，边界处的少子可以认为是0，这时少子的浓度梯度不随电压变化，因此扩散流也不随电压变化，所以在反向偏压下，pn结的电流较小并
且趋于不变。 8.pn结的空间电荷区
答：
当pn结相互接触时，在pn结附近的这些电离施主和电离受主所带电荷称为空间电荷，它们所存在的区域称为空间电荷区。
9.画出热平衡时pn结的能带图，并标明势垒区中载流子的漂移运动和扩散运动的方向，及势垒高度和势垒宽度。 答：
10. MIS结的反型层及形成条件 答：
随着外加电压VG的增大，表面处禁带中央Ei可以下降到EF以下，即出现反型层。或表面处少数载流子浓度ni超过体内多数载流子浓度即为反型。 形成条件：VG>VT（或Vs≥2VB）
计算题
1. 设n型硅的施主浓度分别为1.5×1014及1012cm-3，试计算500 K时电子和空穴浓度n0和p0。并指出哪一种掺杂更接近本征激发。（500 K，ni = 3.5×1014cm-3）
解：由题意可得
2?ND?ND?4ni2?n0??2?2n?p?i0?n0???12
当T?500K时，ni?3.5?1014cm?3
?1?ND?2?ND
?1.5?1014cm?314?3??n0?4.3?10cm??
13?3??p0?2.8?10cm?10cm12?314?3??n0?3.5?10cm?? 14?3??p0?3.5?10cm由此可见第二种掺杂更接近本征激发。
2.以施主杂质电离90%作为强电离的标准，求掺砷的n型锗在300K时，以杂质电离为主的饱和区掺杂的浓度范围。已知300K下，NC?1.05?1019cm?3，施主电离能为0.0127eV， ni?2.4?1013cm?3。 解：
??ED?DN?ND???C?exp????2??k0T??? ?NC?1.05?1019cm?3???ED?0.0127eV?17?3室温时：??ND?3.22?10cm
k0T?0.026eV??D??10%?ND?10ni?2.4?1014cm?3
?2.4?1014cm?3?ND?3.22?1017cm?3
3.若设一个硅突变结，其两边杂质浓度分别为NA?1017/cm3，
ND?4.5?1015/cm3，求其接触电势差、势垒高度和势垒宽度。若结上加10V反
偏电压时，求势垒区的宽度。
注：300K硅ni?1.02?1010cm?3，k0?1.38?10?23J/K，q?1.6?10?19C，
?0?8.85?10?14F/cm，?r?11.9。
解：
（1）因为NA??ND，因此pn结为突变结。
k0TNAND1017?4.5?1015接触电势差：VD?ln?0.026ln?0.76V ?2分?2210qni1.02?10??势垒高度：qVD?1.6?10?19?0.76?1.21?10?19J＝0.76eV ?2分? 势垒宽度：XD＝2?r?0VD?4.7?10?5cm ?2分?qND2?r?0?VD?V?2?11.9?8.85?10?14??0.76?10??4??1.77?10cm （2）XD?qND1.6?10?19?4.5?1015
4.室温下，掺磷的n型硅，掺杂的浓度为ND?1015cm-3，已知磷的电离能为0.044eV。
求：（1）热平衡时电子浓度和空穴浓度；
（2）费米能级EF相对于禁带中部能级Ei的位置； （3）半导体的电导率。
注：300K下硅ni?1.02?1010cm?3，k0?1.38?10?23J/K，q?1.6?10?19C，
NC?2.8?1019cm?3，
NV?1.1?1019cm?3，
?n?1000cm2/V?S，
?P?500cm2/V?S。
解：
?D?NC???ED??0.1?2.8?1019??0.044?17?3?????exp??2.58?10cm（1）ND?? ?exp?????kT??220.026??????0??在300K下强电离的范围是10ni?1.02?1011cm?3?ND?2.58?1017cm?3
ND?1015cm?3为强电离
?热平衡时电子浓度n0?ND?1015cm?3
ni2?1.02?1010???1.04?105cm?3 ?热平衡时空穴浓度p0?15n0102
半导体物理复习思考题.doc
