《半导体物理》习题答案第二章半导体中的杂质和缺陷能级.pdf

《《半导体物理》习题答案第二章半导体中的杂质和缺陷能级.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体物理习题第2章半导体中的杂质和缺陷能级1、实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：实际半导体跟理想半导体的主要区别在于其中总含有一定数量的杂质和缺陷，这些杂质和缺陷在其禁带中引入相应的能级，使其热平衡载流子密度偏离本征态（即非零温度下的理想半导体中n0=p0=ni，而实际半导体中n0≠p0≠ni）。4．以Si在GaAs中的行为为例说明IV族杂质在III－V族化合物中可能出现的双性行为。答：由于III－V族化合物半导体的两种构成元素的价电子数分别为3和5，因而价电子数为4的IV族杂质占据III族原子位置时多余一个电子而具有施主行为，占据V族原子位置时则欠缺一个电子而具有受

2、主行为。以硅为例，当SI替代Ga原子时起施主作用，替代As原子时起受主作用。7．InSb的相对介电常数r=17，电子有效质量mn*=0.015m0（m0为电子惯性质量）求①施主杂质电离能；②施主的弱束缚电子基态轨道半径。解：①利用氢原子基态电子的电离能4mqEEE013.6eV01228h0可将计算浅施主杂质电离能的类氢模型表示为*4*mqmEnn0ED22228hmrr00带入InSb的相关数据mn*=0.015m0和r=17，即得13.6E0.0150.012eVD17②利用氢原子基态电子的轨道半径20h12r52.910m02m

3、q0可将浅施主杂质弱束缚电子的基态轨道半径表示为20rohm1712-8rr52.910=610m=60nmnr*2*0mqm0.015nn补充1、在硅晶体的深能级图中添加铒(Er)、钐(Sm)、钕(Nd)及缺陷深中心（双空位、E中心、A第2章中心）的能级。（略）补充2、参照上列GaN中常见杂质及缺陷的电离能参数表（或参考书表2-4）回答下列问题：1）表中哪些杂质属于双性杂质？2）表中还有哪些杂质可能跟这些杂质一样起双重作用，未发现其双重作用的可能原因是什么？3）Mg在GaN中起施主作用的电离能为什么比Si、C施主的电离能大，且有两个不同值？4）Ga取N位属何

4、种缺陷，有可能产生几条何种能级，其他能级观察不到的可能原因是什么？5）还能不能对此表提出其他问题？试提出并解答之。答：1）按表中所列，Si、C、Mg皆既为施主亦为受主，因而是双性杂质。2）既然II族元素Mg在N位时能以不同电离能0.26eV和0.6eV先后释放其两个价电子，那么表中与Mg同属II族元素的Be、Zn、Cd、Hg似也有可能具有类似能力，I族元素Li更有可能在N位上释放其唯一的外层电子而起施主作用。现未发现这些杂质的施主能级，原因可能是这些元素释放一个电子的电离能过大，相应的能级已进入价带之中。3）Mg在GaN中起施主作用时占据的是N位，因其外层电子数2比被其置换的N原子

5、少很多，因此它有可能释放其价电子，但这些电子已为其与最近邻Ga原子所共有，所受之约束比Si、C原子取代Ga原子后多余的一个电子所受之约束大得多，因此其电离能较大。当其释放了第一个电子之后就成为带正电的Mg离子，其第二个价电子不仅受共价环境的约束，还受Mg离子的约束，其电离能更大，因此Mg代N位产生两条深施主能级。4）Ga取N位属反位缺陷，因比其替代的N原子少两个电子，所以有可能产生两条受主能级，目前只观察到一条范围在价带顶以上0.59eV1.09eV的受主能级，另一能级观察不到的原因可能是其二重电离（接受第二个共价电子）的电离能太大，相应的能级已进入导带之中。（不过，表中所列数据

6、变化范围太大，不合情理，怀疑符号有误，待查。）5）其他问题例如：为什么C比Si的电离能高？答：因为C比Si的电负性强。Li代Ga位应该有几条受主能级？答：Li比Ga少两个价电子，应该有两条受主能级。……….