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西电微电子习题

思考题和练习题

1. 金刚石结构晶胞的晶格常数为,计算(100)、(110)晶面的面间距和原子面密度。

a 2. 什么是有效质量,引入有效质量的意义何在?有效质量与惯性质量的区别是什么?

3. 综述元素半导体Si 、Ge 中的杂质及其作用。

4. 半导体中载流子在运动过程中为什么会遭到散射?半导体中的主要散射机构有哪些?

5.迁移率定义,它与哪些因素有关?

6.定性简述热平衡载流子和非平衡载流子的产生和运动规律的特点。

7. 说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同? 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么?

8. 设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k )和价带极大值附近能量E v (k )

分别为:E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h ?和E v (k)= 0226m k h -0

2

23m k h ; m 0为电子惯性质量,k 1=1/2a ;a =0.314nm 。试求:

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。

9. ①在室温下,锗的有效状态密度Nc=1.05×1019cm -3,Nv=5.7×1018cm -3,试求锗的载流

子有效质量m n *和m p *

计算77k时的Nc和Nv。已知300k时,Eg=0.67eV。77k时Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77k,锗的电子浓度为1017cm -3,假定浓度为零,而Ec-E D =0.01eV,求锗中施主浓度N D 为多少?

10. 掺有单一施主杂质的n 型半导体Si ,已知室温下其施主能级与费米能级之差为

,而测出该样品的电子浓度为D E F E T K 5.10316cm 102?×,由此计算: (a)该样品的离化杂质浓度是多少?

(b)该样品的少子浓度是多少?

(c)未离化杂质浓度是多少?

(d)施主杂质浓度是多少?

11. 室温下的Si ,实验测得340cm 104.5n ?×=,315D cm 105N ?×=

(a)该半导体是n 型还是p 型的?

(b)分别求出其多子浓度和少子浓度;

(c)样品的电导率是多少?

(d)计算该样品以本征费米能级为参考的费米能级位置;

Ei 12. 室温下硅的有效态密度319cm 108.2Nc ?×=,319cm 101.1Nv ?×=,eV 026.0T k 0=,禁带宽度,如果忽略禁带宽度随温度的变化

eV 12.1Eg =(a)计算三个不同温度下的本征载流子浓度;

K 473K 300K 77、、(b)纯硅电子和空穴迁移率是K 300Vs cm 13502和Vs cm 5002,计算此时的电阻率; (c)纯硅电子迁移率是K 473Vs cm 4202和Vs cm 5012,计算此时的样品电阻率。

13. 若硅中的施主杂质浓度是、施主杂质电离能317cm 101?×eV 012.0E D =Δ时,求施主杂质

43电离时所需要的温度是多少?

14. 现有一块掺磷(P)浓度为的n 型Si ,已知P 在Si 中的电离能316cm 106?×eV 044.0E D =Δ,

如果某一温度下样品的费米能级与施主能级重合,此时的导带电子浓度是多少,对应

的温度又是多少?

F E 15. 若锗中杂质电离能△E D =0.01eV,施主杂质浓度分别为N D =1014cm -3及1017cm -3,计算(1)99%

电离,(2)90%电离,(3)50%电离时温度各为多少?

16. 计算含有施主杂质浓度N D =9×1015cm -3及受主杂质浓度为1.1×1016cm -3的硅在300k 时

的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。

17. 300K 时,Ge 的本征电阻率为47Ω·cm ,如电子和空穴迁移率分别为3900cm 2/V ·S 和

1900cm 2/V ·S ,试求本征Ge 的载流子浓度。

18. 对于掺Sb 的半导体Si ,若T k E Ec 0F =?为简并化条件,试计算在室温下发生简并化的

掺杂浓度是多少?

19. 半导体电子和空穴迁移率分别是和n μp μ,证明当空穴浓度为21p n i 0)μμ(n p =时,电导率最小且)()(2p n 21p n i min μμμμσσ+=, i σ为本征电导率。

20. 掺有硼原子和磷原子的硅,室温下计算

315cm 103?×316cm 103.1?×(a)热平衡态下多子、少子浓度,费米能级位置(为参考);

Ei (b)样品的电导率0σ;

(c)光注入312cm 103p n ?×==ΔΔ的非平衡载流子,是否小注入,为什么?

(d)附加光电导σΔ;

(e)光注入下的准费米能级和(为参考);

FN E FP E Ei (f)画出平衡态下的能带图,标出等能级的位置,在此基础上再画出光注入时的和,说明为什么和偏离的程度是不同的;

Ei E Ev Ec F 、、、FN E FP E FN E FP E F E (g)光注入时的样品电导率σ。

21. n 型硅中,掺杂浓度N D =1016cm -3,光注入的非平衡载流子浓度Δn=Δp=1014cm -3。计算

无光照和有光照时的电导率。

22. 掺施主杂质的N D =1015cm -3n 型硅,由于光的照射产生了非平衡载流子Δn=Δp=

1014cm -3。试计算这种情况下准费米能级的位置,并和原来的费米能级做比较。

23. 用Eg h ≥ν的光分别照射两块n 型半导体,假定两个样品的空穴产生率都是,空穴寿

命都是p g p τ。如果其中一块样品均匀地吸收照射光,而另一块样品则在光照表面的极薄区 域内照射光就被全部吸收,写出这两个样品在光照稳定时非平衡载流子所满足的方程并指 出它们的区别。

24. 一块电阻率为3Ω·cm 的n 型硅样品,空穴寿命s p μτ5=,再其平面形的表面处有稳定

的空穴注入,过剩空穴浓度,计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度,以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于10313010)(?=Δcm p 12cm -3?