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电子科技大学半导体物理期末考试试卷A试题答案

一、选择题（每题2分，共20分）

1.半导体的导电机制主要依靠的是：

A.电子和空穴

B.电子和离子

C.空穴和离子

D.自由电子

答案：A

2.以下哪种材料是典型的本征半导体？

A.硅

B.锗

C.砷化镓

D.所有上述都是

答案：D

3.N型半导体中，多数载流子是：

A.电子

B.空穴

C.离子

D.空穴和电子

答案：A

4.在PN结中，当正向偏置时，下列哪项现象会发生？

A.PN结变宽

B.PN结变窄

C.电流减小

D.电流不变

答案：B

5.下列哪种半导体材料适用于制作太阳能电池？

A.硅

B.锗

C.砷化镓

D.碳化硅

答案：A

二、填空题（每题2分，共20分）

6.半导体的导电能力介于________和________之间。

答案：导体，绝缘体

7.在掺杂半导体中，掺杂剂可以是________或________。

答案：施主，受主

8.PN结的伏安特性曲线中，正向偏置时，电流随电压________增加。

答案：指数

9.半导体材料中，电子的迁移率通常比空穴的迁移率________。

答案：高

10.半导体激光器的发光原理是________。

答案：电子与空穴的复合

三、计算题（每题10分，共30分）

11.已知某硅半导体在室温下的本征载流子浓度为\(n_i=1.5\times10^{10}\)cm^3，电子迁移率为\(\mu_n=1500\)cm^2/Vs，空穴迁移率为\(\mu_p=500\)cm^2/Vs。求该硅半导体的电导率。

解答：

电导率\(\sigma=q(n_i\mu_n+p_i\mu_p)\)

其中，\(q\)为电子电荷，\(q=1.6\times10^{19}\)C。

因此，\(\sigma=1.6\times10^{19}\times(1.5\times10^{10}\times1500+1.5\times10^{10}\times500)\)

计算得\(\sigma=360\Omega^{1}\cdotm^{1}\)

12.一个理想的PN结在室温下的反向饱和电流为\(I_s=10^{14}\)A。当施加正向偏压\(V=0.7\)V时，求通过PN结的电流。

解答：

利用公式\(I=I_se^{\frac{qV}{kT}}\)

其中，\(k\)为玻尔兹曼常数，\(k=1.38\times10^{23}\)J/K。

\(T\)为绝对温度，\(T=300\)K（室温）。

\(qV\)为\(1.6\times10^{19}\times0.7\)J。

计算得\(I\approx10^{3}\)A或1mA。

13.一个硅太阳能电池的开路电压为\(0.6\)V，短路电流为\(20\)mA。求该太阳能电池的填充因子。

解答：

填充因子\(FF=\frac{V_{OC}\timesI_{SC}}{P_{max}}\)

其中，\(P_{max}\)为最大输出功率，\(P_{max}=V_{OC}\timesI_{SC}\)

因此，\(FF=\frac{0.6\times20\times10^{3}}{0.6\times20\times10^{3}}=1\)

四、论述题（每题15分，共30分）

14.试述PN结的形成过程及其伏安特性。

解答：

（此处应详细描述PN结的形成过程，包括P型和N型半导体的接触、电中性条件的破坏、耗尽层的形成、内建电场的产生等。接着描述PN结的伏安特性，包括正向偏置和反向偏置下的电流变化、反向饱和电流、正向导通电压等。）

15.论述半导体超晶格的特性和其在光电子器件中的应用。

解答：

（此处应详细描述超晶格的结构特点、能带结构及其对电子态的影响。接着讨论超晶格在光电子器件中的应用，如半导体激光器、光检测器等，以及其优势。）