Microsoft Word - 第2章 思考题与习题

思考题与习题 

2.1 温度为 300K 的本征硅半导体载流子浓度为 ni =1.45´ 1010cm - 3 ，禁带宽度为 1.12eV，计

- 3 

算掺入 1015cm 硼原子后硅中电子和空穴的浓度以及费米能级。

解：空穴浓度为 p=Na+n»Na = 1015cm - 3 

2 

n i 

=2.10´ 105cm - 3 电子浓度为 n=N a 

P 型半导体的费米能级为 Ef=Ei - kTln(

N a 

n i 

15 

N 10 a 

Ef-Ei =-kTln()=-(0.0259ev)ln(=- 0.29ev 

ni 1.45´ 1010 

Ei =

EC+ E V 

= 0.56ev 2

E f 距离导带 E C 0.85ev E f 距离价带 E v 0.27ev 

EC-Ef =0.56+0.29= 0.85ev Ef-Ev =0.56-0.29= 0.27ev

- 3 

2.2 温度为 300K 的本征硅半导体掺入 2´ 1016cm 的砷原子，计算掺杂后硅半导体电子和空

穴的浓度以及费米能级。

解：电子浓度为 n=Nd+ni»Nd =2´ 1016cm - 3 

2 

n i 

=1.05´ 104cm - 3 空穴浓度为 n=N d 

n 型半导体的费米能级为 Ef=Ei + kTln(

N a 

) n i 

16 

N d 2´ 10 

Ef-Ei =kTln(=(0.0259ev)ln(= 0.366ev 10 

ni 1.45´ 10

Ei =

EC+ E V 

= 0.56ev 2

E f 距离导带 E C 0.194ev E f 距离价带 E v 0.926ev 

EC-Ef =0.56-0.366= 0.194ev Ef-Ev =0.56+0.366= 0.926ev

2.3 某半导体光电器件的长波限为 13um，试求其杂质电离能 D E i 。 解：依题意，由杂质吸收条件，则杂质吸收的长波限 lL  £ E i 

所以杂质电离能 DEi £ =1.24/13=0.095ev 

L 

2.4 已知本征硅材料的禁带宽度 Eg = 1.02eV ，求该半导体材料的本征吸收长波限。 解：由 lL  £

hc1.24 

= EgE g 

1.24 

= 1.216( um ) 1.02

又 E g =1.2 eV，则 lL  =

2.5 GaAs 在 EC 边缘的有效状态密度 Nc =4.7´ 1017cm - 3 ，在 EV 边缘的有效状态密度 

Nv =7´ 1018cm - 3 ，带隙 Eg = 1.42ev ，计算在 300K 时的本征浓度与固有电阻率，同时确

3/2 定费米能级的位置。假设 N c 和 N v 与 T 成正比，求在 100℃时本征浓度是多少。如果 - 3 GaAs 晶体均匀掺杂 1018cm 的锑原子， 请确定此时晶体费米能级的位置以及此时晶体的

电阻率，GaAs 的漂移迁移率如下图所示。

掺杂浓度与漂移迁移率的关系（ m e 表示电子， m h 表示空穴）

- 3 掺杂浓度（ cm ） 2-1- 1 m e (cmVs)

0 15 

10 16 10 17 10 18 10 

8500         8000 400          380 

7000          4000        2400 310 

220         160 

m h (cm2V-1s-1 )

解： 

E g 

ni=(NcNv )1/2 exp(2kB T 

1.42eV 17-318 -3 1/2 

ù =é(4.7´10cm)(7´10cm)exp[ëû 2(8.6174´ 10-5eVK- 1 )(300K) =2.223´ 1012m - 3 

- 3 

=2.223´ 106cm

s=eni(me+ m h ) 

=(1.608´10-19C)(2.223´106cm-3)(8500cm2V-1s-1+ 400cm2V-1s- 1 ) 

-1=3.17´10-9W cm - 1 

1 

=3.16´108 W cm s

N (4.7´ 1017cm- 3 ) -5- 1 c 

又 Ec-EFi=kB Tln(=(8.617´10eVK)(300K)ln[= 0.675eV 

ni (2.223´106cm- 3 )

r =

ni(T)=[ Nc(300K)Nv (300K)]

17

-3

1/2 

3/2 

E g æT ö

exp(ç÷

2kB T è300Kø

3/2 

18

- 3

1/2 

1.42eV æ373Kö

ni (373K)=[(4.7´10cm)(7´10cm)]´ç÷ exp[-5- 1 

300K 28.6174´ 10eVK( 373K ) èø =6.61´ 108cm - 3 

2.6 在微弱辐射作用下光电导材料的光电导灵敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻的形状

制造成蛇形？

解：在微弱辐射作用下，半导体的光电导为 

g =

hq mt

j e, l 2 

hvl

可见此时半导体材料的光电导与入射辐射通量 j e,l 成线性关系。半导体材料在弱辐射作 用下的光电灵敏度为 S g =

dghq mtl

= 2 

dj hcl e, l

可见， S g 为与材料性质有关的常数，与光电导材料两电极间长度l的平方成反比。为了 提高光电导器件的光电灵敏度 S 一般就将光敏电阻的形状制造成蛇形。还有就是增大 g ，了受光面积，也提高了光电灵敏度。 2.7 光生伏特效应的主要特点是什么？

解：光 …… 此处隐藏：1502字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……