半导体物理学(刘恩科)第七版完整课后题答案.pdf

第一章习题 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： Ec= （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） 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： 得 补充题 1 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： （a）(100) 晶面 （b）(110) 晶面 （c ）(111) 晶面 补充题 2 一维晶体的电子能带可写为 ， 式中 a 为 晶格常数，试求 （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 ； （5）能带顶部空穴的有效质量 解：（ 1）由 得 （n=0，1，2…） 进一步分析 ，E （k）有极大值， 时， E （k ）有极小值 所以布里渊区边界为 (2) 能带宽度为 (3 ）电子在波矢 k 状态的速度 （4）电子的有效质量 能带底部 所以 (5) 能带顶部 ， 且 ， 所以能带顶部空穴的有效质量 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