半导体物理作业与答案

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1、3．试用掺杂半导体的能带图解释说明右图中N型硅中载流子浓度随温度的变化过程。并在图上标出低温弱电离区，中间电离区，强电离区，过渡区，高温本征激发区。第四章：半导体的导电性1．半导体中有哪几种主要的散射机构，它们跟温度的变化关系如何？并从散射的观点解释下图中硅电阻率随温度的变化曲线。（1）电离杂质的散射温度越高载流子热运动的平均速度越大，可以较快的掠过杂质离子不易被散射P正比NiT（-3/2）（2）晶格振动的散射随温度升高散射概率增大（3）其他散射机构1.中性杂质散射在温度很低时，未电离的杂志的书目比电离杂质的数目大的多，这种中性杂质

2、也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂志散射都很微弱的情况下，才引起主要的散射作用2.位错散射位错线上的不饱和键具有中心作用，俘获电子形成负电中心，其周围将有电离施主杂质的积累从而形成一个局部电场，称为载流子散射的附加电场3.等同能谷间散射对于Ge、Si、导带结构是多能谷的。导带能量极小值有几个不同的波矢值。对于多能谷半导体，电子的散射将不只局限于一个能谷内，可以从一个能谷散射到另一个，称为谷间散射AB段温度很低本征激发可忽略，载流子主要有杂志电离提供，随温度升高增加散射主要由电离杂质决定，迁移

3、率随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降BC段温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而下增大C段温度继续升高，本征激发很快增加，大量的本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度升高极具的下降，表现出同本征半导体相似的特征第六章：pn结1证明：平衡状态下(即零偏)的pn结EF=常数平衡时Jn，Jp＝0，所以EF为常数2.推导计算pn结接触电势差的表达式。假设：P区：Ec=EcpEv=Evpno

4、=npopo=ppoN区：Ec=EcnEv=Evnno=nnopo=pno同质pn结平衡时ppo=NA,nno=ND3.画出pn结零偏，正偏，反偏下的能带图4.画出pn结零偏，正偏，反偏下的载流子分布图5.理想pn结的几个假设条件是什么，推导理想pn结的电流电压方程，并画图示出。小注入条件注入的少子浓度比平衡多子浓度小得多突变耗尽层条件注入的少子在p区和n区是纯扩散运动通过耗尽层的电子和空穴电流为常量不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用玻耳兹曼边界条件在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分pp’处注入的非平衡少数载流子浓度：在PP’边界

5、处，x=-xp,qV=Efn-Efp,pp’边界注入的非平衡少数载流子浓度为非平衡少数载流子浓度是电压的函数。同理，nn’边界注入的非平衡少数载流子浓度为非平衡少数载流子浓度是电压的函数。稳态时，非平衡少数载流子的连续性方程方程的通解为：外加正向偏压下，非平衡少数载流子在两边扩散区的分布小注入时，耗尽层外的扩散区不存在电场，在X=Xn处，空穴扩散电流密度为同理6.由图所示，试说明影响pn结电流电压特性偏离理想方程的各种因素。表面效应势垒区中的产生及复合大注入条件串联电阻效应势垒区的电流产生热平衡时通过复合中心产生的电子空穴对来不及复

6、合就被电场驱走了，即产生率大于了复合率，出现势垒驱的产生电流。所以反向电压电流不是饱和的。势垒区的复合电流正向电压下n区注入p的电子和p区注入n区的空穴在势垒区一部分复合，构成势垒区复合电流大注入情况是指正向电压较大时，注入的非平衡少子少子浓度接近或超过该区的多子浓度的情况。7.计算理想突变pn结耗尽层内的内建电场、电势分布函数，并画图示出。势垒区电荷密度分布：r(X)=-qNA-xp

7、2=qNAxp/εε0=qNDxn/εε0势垒区的电场为：再次积分，得到到势垒区中各点的电势为：考虑边界条件：V(-xp)=0V(xn)=VD8.说明pn结势垒电容，扩散电容的来源并计算推导理想pn结势垒电容、扩散电容的表达式。当pn结加正向偏压时，势垒区的电场随正向偏压的增加而减弱，势垒区宽度变窄，电荷量减少，pn结上外加电压的变化，引起电子和空穴势垒区的存入和取出作用导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化和一个电容充放电过程相似。势垒区：XD=xp+xp整个半导体满足电中性条件：qNAxp=qNDxp=QNAxp=NDxp无外

8、加电压时单位面积的电荷量有外加电压时对p+n或n+p,电容简化为扩散电容正向偏压时有空穴从p区注入n区于是在势垒区与n区边界n区一侧一个扩三长度，形成了非平衡空穴和电子的积累，由于扩散区电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应称为pn