《北京大學(xué) 半導(dǎo)體物理課件課后習(xí)題答案1 考研專業(yè)課真題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《北京大學(xué) 半導(dǎo)體物理課件課后習(xí)題答案1 考研專業(yè)課真題（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.請簡述你對半導(dǎo)體物理課程的認(rèn)識、期待和要求 答：略 2.從微電子學(xué)科技術(shù)中里程碑式的發(fā)明事件出發(fā)，談?wù)勀銓ξ㈦娮涌茖W(xué)研究發(fā)展及創(chuàng)新的認(rèn)識和體會 答：略 3.什么是原胞？什么是晶體學(xué)晶胞？簡述晶體的基本特性及表征形式。 答： 原胞是構(gòu)成晶體的最小重復(fù)單元 晶體學(xué)晶胞是指能夠最大限度反映晶格對稱性的最小晶體結(jié)構(gòu)單元 晶體的基本特性主要有以下三個：周期性、對稱性、方向性 其中原胞和晶胞都可表征周期性，對稱性用晶胞來表征，方向性由晶向和晶面表征 4.簡述Si晶體中的原子結(jié)合及其晶體結(jié)構(gòu)特征，并討論兩者的內(nèi)部關(guān)聯(lián)性 答： Si晶體中Si原子依靠共價鍵結(jié)合成正四面體的

2、金剛石結(jié)構(gòu)，Si原子的電子組態(tài)為(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)2,在形成共價鍵的過程中，3s態(tài)的一個電子躍遷到3p態(tài)，最外層的四個未配對的電子（1個3s態(tài)電子和3個3p態(tài)電子）進行SP3雜化形成四個完全等價的雜化軌道，與相鄰原子的價電子形成共價鍵，四個共價鍵在空間方向完全等價，具有正四面體的結(jié)構(gòu)特征，成鍵Si原子處于正四面體中心，其他四個與之成鍵的原子處在正四面體的四個頂點上，所形成的共價鍵鍵角109。28‘。因此，Si晶體具有以正四面體為基礎(chǔ)構(gòu)成的金剛石結(jié)構(gòu)。金剛石結(jié)構(gòu)可看作由兩個面心立方沿對角線1/4套構(gòu)而成，其中Si原子與最近鄰的4個原子所處的環(huán)境不同，因此，Si晶體格

3、子為復(fù)式格子。 5.證明在立方晶體中Miller指數(shù)相同的晶向和晶面互相垂直 答： 設(shè)晶向的Miller指數(shù)為[hkl],晶面的Miller指數(shù)為(h，k，l),立方晶體的晶格長數(shù)a，則晶面在xyz軸上的截距分別為a/h,a/k,a/l,則晶面為，即hx＋ky＋lz＝a，可以得到晶面的法向量方向為（h，k，l），與晶向平行，因此在立方晶體中Miller指數(shù)相同的晶向和晶面互相垂直。 6.簡述有效質(zhì)量近似所包含的物理意義和引入有效質(zhì)量的作用 答：把晶體的在周期勢場作用下運動的電子和空穴，等效看成一個自由運動的準(zhǔn)粒子，則該準(zhǔn)粒子具有的質(zhì)量稱為有效質(zhì)量。有效質(zhì)量是描述半導(dǎo)體中自由

4、導(dǎo)電的準(zhǔn)粒子（電子和空穴）的特征量，實際概括了晶體勢場及其各載流子間的相互作用，這樣，在計算電子或空穴運動狀態(tài)時，可以簡化處理，使運算簡單。 7．有一維晶體的電子能帶可以寫成其中a是晶格常數(shù)，試求： 1）電子在波矢k狀態(tài)的速度 2）能帶底部和頂部的有效質(zhì)量 解： 1）對于一維晶體 2） coska [-1,1],有coska＝－1時原式取最大值，ka＝(2m+1),mZ,在能能帶頂，能帶頂有效質(zhì)量為：

5、 coska＝1時原式取最小值，ka＝2m,mZ,在能能帶底，能帶底有效質(zhì)量為： 8．設(shè)有兩種半導(dǎo)體，兩者的價帶頂空穴的有效質(zhì)量有以下關(guān)系m1＝3m2，定性畫出兩者E-k關(guān)系圖. 解：，其中越大，則越小，開口越大，定性有以下E－k圖： Ek k m1 m2 9.從能帶論出發(fā)，簡述半導(dǎo)體能帶的基本特征，利用能帶論分析討論為什么金屬和半島體的電導(dǎo)率是不同的溫度依賴性 答：根據(jù)能帶理論，晶

6、體中電子的能量允許值呈帶狀分布，能帶間存在禁帶。全滿和全空的能帶對晶體的導(dǎo)電性沒有貢獻。對于半導(dǎo)體，在0k時，各能帶被電子填充的狀況是，能量較低的能帶是被電子完全填充的，而能量較高的能帶則是完全沒有被電子填充的兩種情形，其中，被完全填充的能量最高的帶稱為價帶，未被電子填充的能量最低的帶稱為導(dǎo)帶。而對于金屬，在0k時，被電子填充的能量最高的能帶是部分填充的。因此，在0K時，金屬具有導(dǎo)電性，半導(dǎo)體不具有導(dǎo)電性。 在T>?0k時，半導(dǎo)體中的電子因熱運動而具有能量，由于能量的漲落部分價帶電子能躍遷到導(dǎo)帶中，這樣就出現(xiàn)了導(dǎo)帶不全空，價帶不全滿的情形，從而使得半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，溫度越高，電子的平均能量

7、也越高，能躍遷至導(dǎo)帶的電子也越多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強。而對電子來說，熱運動導(dǎo)致了晶格的熱振動，晶格的振動引起了電子的散射，使電子的運動方向隨時發(fā)生了變化。 電子運動方向發(fā)生變化，說明電子與晶格之間發(fā)生了能量和動量的交換，可以把電子與晶格之間的相互作用, 看成是電子與聲子之間的相互碰撞，溫度升高，金屬中的自由電子數(shù)目沒有多大變化，而金屬離子振動加強，電子和聲子的相互作用加強，電子散射加強，因而電阻率增大，導(dǎo)電能力減弱。 10．假設(shè)，在理想半導(dǎo)體Si中摻入五價雜質(zhì)P，其中4個價電子與周圍4個Si原子形成共價鍵，第5個未成鍵的價電子與P原子實存在庫侖相互作用，并形成陷阱能級態(tài)，用類氫原子模型

8、說明，該陷阱能級低于Si晶體導(dǎo)帶底，定性畫出電阻率隨溫度變化曲線，并給出說明 答：若第5個價電子與P原子實無庫侖相互作用而能自由運動，則其能量可看作位于Si晶體導(dǎo)帶底，在處于P原子實的作用下，采用類氫模型，電子與P原子相互吸引，能量降低，因而陷阱能級低于Si晶體導(dǎo)帶底，電子在類氫模型中電勢為負(fù)，總能量為 則電子躍遷至導(dǎo)帶的電離能為－E，當(dāng)不考慮遷移率隨溫度變化時，有如下曲線： T

9、 由于陷阱電子的電離能比Si的禁帶寬度小得多，在T較小時，缺陷能級中的電子開始電離至導(dǎo)帶中，隨溫度較快的減小，達到一定溫度T時，陷阱能級中的電子幾乎全部電離至導(dǎo)帶，而Si由于禁帶寬度比雜質(zhì)電離能大得多，躍遷至導(dǎo)帶的電子很少，載流子數(shù)目變化很小，電阻率隨溫度變化緩慢減小，T達到較高時，Si價帶中電子大量躍遷至導(dǎo)帶中，載流子數(shù)目急劇增加，電阻率迅速下降。 當(dāng)考慮遷移率隨溫度的變化時，有如下曲線： A C B T AB段，溫度較低，載流子濃度隨溫度升高而增加，電離雜質(zhì)散射起主要作用，遷移率也隨溫度升高而增大，所以，電阻率隨溫度升高而下降。 BC段，溫度較高，雜質(zhì)已全部電離，載流子濃度變化很小，格振動散射起主要作用，遷移率隨溫度升高而降低，所以，電阻率隨溫度升高而增大。 C段，溫度繼續(xù)升高，本征激發(fā)發(fā)生，載流子濃度隨溫度迅速增加，雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率將隨溫度的升高而急劇地下降，表現(xiàn)出與本征半導(dǎo)體相似的溫度特征。