半导体物理习题课分析.pptVIP

强反型 得证 9.5 一个P型半导体，在表面存在施主型表面态，他们均匀地分布在导带底和本征费米能级之间，表面态密度为Ns (cm-2eV-1)是常数，在表面态使半导体表面恰好为本征时，求出Ns与受主浓度Na之间的函数关系。 思路 表面恰好为本征半导体 电中性条件 10.1 室温下锗、硅和砷化镓的禁带宽度分别为0.67eV、1.12eV和1.43eV，计算相应的本征吸收长波限。 解：由本征吸收长波限的公式： 10.2 N型CdS正方形晶片，边长1mm，厚0.1mm，其长波吸收限为5100?，用强度为1mW/cm2的紫色光（λ=4096?）照射正方形表面，设量子产额β=1，光生空穴全部被陷，光生电子寿命tn=10-3s，电子迁移率100cm2/V?s，并假定光照能量全部被晶片吸收，试求出： 样品中每秒产生的电子-空穴对数； 样品中增加的电子数； 样品的电导增量ΔG； 样品上加50V电压时的光生电流。 解：每秒产生的电子-空穴对数=每秒吸收的光 子数×量子产率β。（其中b=1） 样品中每秒产生的电子-空穴对数？ 假设光照能量全部被晶片吸收，因此，每秒产生的 电子-空穴对数等于每秒入射到晶片的光子数。 每秒钟入射到晶片的能量为： 每个光子的能量为： 每秒产生的电子-空穴对数为： ②样品中增加的电子数？ 解：光生非平衡载流子的产生率等于每秒产生 的电子-空穴对数/晶片的体积，即： 稳态时，光照产生的非平衡电子的浓度为： 增加的电子数为： ③ 样品的电导增量ΔG？ 解：样品的电导率增量为： 电导增量，即光电导为： ④样品上加50V电压时的光生电流？ 解：光生电流为： 10.4 N型Ge晶体被切成具有矩形表面的薄片，其长和宽分别为l和w，厚度为2a（l,wa）。两个表面的表面复合速度相同，数值为s，假定与表面垂直的光均匀地贯穿样品，单位时间在单位体积内产生的电子-空穴对数G是常数（小注入），试求出沿样品长的方向的稳态光电导。 解：如图所示，假设垂直样品表面方向为x轴，原点位于沿样品厚度方向的中心处。则样品上表面的坐标可表示为x=a，样品下表面的坐标表示为x=-a。 2a x 0 稳态情况下少子空穴的连续性方程为： 少子空穴在x方向上相对于原点对称分布，求解连续 性方程可得： 由边界条件：表面处扩散流密度=复合率 上述两式代入（1）式可求出系数A。 （1） 于是少子空穴浓度分布为： 电导沿着 方向， 沿着该方向的微分电导为 电导沿着 方向的总电导可以看成是在S面中，各个微分电导并联，总电导等于他们的积分和。 * * * * * ( t = 0，Dp(t) = 0 ) (2)达到稳定时，过剩空穴浓度将不再随时间变化，即： 7.2 施主浓度Nd=1015 cm-3的N型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子Dn=Dp=1014 cm-3。试计算这种情况下准费米能级的位置，并与原来的费米能级作比较。 解：室温下，假设施主全部电离 即：Efn 在导带底之下约0.26 eV处，Efn与Ef 之差非常小，约为2.5 meV。 即：Efp 在价带顶之上约0.3 eV处，Efp与Ef 之差非常大，约为0.52 eV。 7.3 计算下列两种情况下的介电弛豫时间： 本征硅； 掺有1015 cm-3施主杂质的硅(硅的相对介电常数为12)。 解：(1)由介电弛豫时间公式可知: (本征硅) (N型掺杂半导体) (假设室温下施主杂质饱和电离) 7.4 一个N型硅样品，mp=430cm2/V?s，空穴寿命为5ms，在它的一个平面形表面有稳定的空穴注入，过剩空穴浓度Dp=1013cm-3，试计算: 从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度; 在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm-3？ 解：(1)由稳态连续性方程可知： Dp(0)为表面处过剩空穴浓度 表面向体内扩散引起的空穴电流密度为： 由爱因斯坦关系知： (2) 设x=x0处，Dp(x0)=1012 cm-3 7.6 一个均匀的P型样品，左半部被光照射，电子-空穴的产生率为G(G是与位置无关的常数)，试求出在整个样品中稳定电子浓度分别n(x),并画出曲线。设样品的长度很长和满足小注入条件。 解：两个区域内的稳态连续性方程分别为: 0 x x=0处，载流子浓度及电流密度连续： 7.7 如图所示，一个很长的N型半导体样品，其中心附近长度为2a的范围内被光照射，假定光均匀地穿透样品，电子-空穴对的产生率为G(G为常数)。试求出小注入情况下样品中稳态少子分布。 0 x -a a 解：三个区域内的稳态连续性方程分别为: x=±a处，载流子浓度及空穴流密度连续： 7.8 光照射如图所示的N型样品，假设光被均匀地吸收，电子-空穴对的产生率为G(小注入)。试在下述两种情况下求出稳态的过