半导体物理作业(五)答案

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1、半导体物理作业（五）学号：姓名：1/5页第五章非平衡载流子1．基本概念1）什么是非平衡载流子？答：由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子，也称为非平衡载流子2）什么是小注入条件？答：一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多。对于n型半导体，Δn<

2、平衡态，因此存在导带费米能级和价带费米能级，称其为“准费米能级”4）什么是载流子的产生和复合？答：载流子的产生就是电子和空穴（载流子）被创建的过程；而载流子的复合就是电子和空穴（载流子）消失的过程。产生和复合会改变载流子的浓度，从而间接地影响电流。5）什么是间接复合？答：禁带中存在复合中心，电子与空穴的复合分为两步。第一步，电子由导带EC进入复合中心Et；第二步，电子由复合中心Et进入价带EV（或空穴被俘获）。6）什么是俄歇复合？答：载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合时，将多余的能量传给另一载流子，使此载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新

3、跃迁回低能级时，多余的能量以声子形2dp∂∂∂ΔppEp式放出。=−−+Dppppp2μμEg−dt∂∂∂xxxτp7）分别写出n型材料和p型材料的少子浓度随时间变化的连续性方程答：n型材料空穴浓度随时间变化的连续性方程2dp∂p∂p∂EΔp=D−μE−μp+g−p2pppdt∂x∂x∂xτpp型材料电子浓度随时间变化的连续性方程2dn∂n∂n∂EΔn=D−μE−μn+g−n2nnndt∂x∂x∂xτn13-32．在一个n型锗样品中，过剩空穴浓度为10cm，空穴的寿命为100μs。计算空穴的复合率。13Δp10173解：U===10/cm·s−6τ1001

4、0×半导体物理作业（五）学号：姓名：2/5页3．用强光照射n型样品，假如光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为gp，空穴寿命为τ。①写出光照下过剩载流子所满足的方程。②求出光照下达到稳定状态时的过剩载流子浓度。解：①均匀吸收，无浓度梯度，无外加电场，无漂移dpΔΔp=−+gpdtτdpΔΔp②稳定时=0−+=gpdtτΔ=pgτp4．有一块n型硅样品，寿命是1μs，无光照时的电阻率为10Ω·cm。今用光照射该22-3-1样品，光被半导体均匀吸收，电子-空穴对的产生率是10cms，试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数载流子的贡献占多大比例？解：光照达到

5、稳定后22-6163Δ=Δ=pngτ=10×10=10/cmp光照前1ρ==10Ω·cm0nqμ+pqμ00np1σ==0.1s/cm0ρ光照后16-19σ=+σμ0Δpq()np+μ=0.1+10×1.602×10×(1450+500)=3.22s/cm1ρ==0.31Ω·cmσ电导中少子的贡献Δpqμ16−19p10×1.602×10×500==25%σ3.225．一块半导体材料的寿命τ=10μs，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止20μs后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？tt20−Δp−−解：Δ=Δppeτ，=eτ=e10=1

6、3.5%0Δp016-3146．n型硅中，掺杂浓度ND=10cm，光注入的非平衡载流子浓度Δn=Δp=10cm-3。计算无光照和有光照时的电导率。10-3解：设T=300K，ni=1.5×10cm半导体物理作业（五）学号：姓名：3/5页22(1.510×10)16-3ni4-3n0=ND=10cm，p===2.25×10cm016n1001614-3n=n0+Δn=1.01×10，p=10cm无光照下-19164σ=+qn()00μμnpp=1.602×10×(10×1450+2.25×10×500)=2.32s/cm有光照下-191614σ=+qn()μ

7、μnpp=1.602×10×(1.01×10×1350+10×500)=2.35s/cm15-37．掺施主浓度ND=10cm的n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子Δn=Δp=14-310cm。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作比较。解：强电离情况：151415-3n=n0+Δn=10+10=1.1×10cm14-3p=p0+Δp≈10cm10-3ni=1.02×10cm（表3-2）EEFni−EEiF−pnne=kT0，ppe=kT0ii15n1.110×EEk−=Tln=×0.026ln=0.301eVFni010n1.0210×i

8、14p10EEkT−=ln=×0.026ln=0.239eViFp