半导体物理学例题2011.pdf

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半导体物理学例题2011

一、填空 1. 化合物半导体的禁带宽度一般随平均原子系数的增加 而变窄其离子键成分随着构成元素电负性差别的增大 而增加。 2. 在半导体硅中杂质磷起施主 作用;Al起受主作用, 同时含磷和铝,但铝浓度高的Si是 型半导体。 P 3. II-VI族化合物半导体中的非金属原子空位起 施主 作 用, ZnS 难以通过掺杂改变其导电类型, 是因为其 中的 硫 空位形成能较低。 4. 电子的直接跃迁是指其始态和末态没有 准动量变化 的跃迁;符合这种跃迁要求的能带是 直接禁带 。 5. 一种半导体E(k) 曲线的导带底曲率大于其价带顶曲率, 由此知其电子有效质量 小 于空穴有效质量,其本征 费米能级位于禁带中间偏 上 。 6、GaN比GaAs 的禁带宽度 ;这与N 比As 的电负性 有关 宽 强 砷化镓中替代镓位的硅原子起 主作用;这样的砷化镓是 型 施 n 半导体。 7、氮在GaP 中替代磷原子的位臵后起电子陷阱作用,而在碳化 硅中起 施 主作用。 8、硅的导带底在其简略布里渊区100方向的边界附近,其价 带顶在简略布里渊区的中心 ,因而其能带结构属间接跃迁型。 简并 高 9、E -E ≥0的半导体叫 半导体,其施主浓度 于导带 F C 底等效态密度。 10、半导体中费米能级随着温度的升高向禁带中部 移动,随着 杂质浓度的提高向禁带 边沿移动 二、示意画出金属和未掺杂半导体的能带结构简图,注明绝对 零度时的费米能级位臵及电子填充情况。 导带 EF EF 价电子 价电子 内层电子 内层电子 金属 半导体 三、用E(k) 曲线示意地反映硅和砷化镓能带结构的主要特征。 硅能带结构的主要特征: 价带二度简并,分轻重 空穴两带;间接禁带;导带 极小值位于[100]方向的 布里渊区边界旁。 砷化镓能带结构的主要 特征:价带二度简并,分 轻重空穴两带:直接禁带: 至少画出一个子能谷. E(k) 曲线在极值处的曲 率大小可不追究. 四、完美晶体和含适当杂质的实际晶体之间在能带结构上的主要 区别是什么?为什么Zn 在硅中产生两条深浅不同的受主能级,在 砷化镓中只产生一条受主能级? 完美晶体的禁带中不含任何电子的允许状态,而含适当含量 的杂质或缺陷一般会在禁带中引入电子或空穴可以占据的允 许能级。 II族元素Zn 只有两个价电子,取代硅原子的位臵后需要从价 带接受两个电子才能与四个最近邻硅原子形成饱和的共价结 合,但接受第一个电子后就成为负离子,第二个电子被接受 时要受到负离子(或说已接受的第一个电子)的库仑排斥作 用,其电离能比接受第一个时要大,因而引入两条深浅不同 的受主能级。Zn 在砷化镓中取代镓位,只需要接受一个电 子就能与四个最近邻砷原子形成饱和的共价结合,因而只产 生一条受主能级。 五、已知室温下硅的本征载流子密度n =1.51010 cm-3 ,试求掺 i 磷浓度为1.51013 cm-3 ,掺硼浓度

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