半导体物理学(第七版)完整答案.pdf

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1、第一章习题1．设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量(k)和价带极大值附近能量(k)分别为：h2k2h2(kk)2h2k23h2k2E（K）=1,E(k)1C3mmV6mm0000m为电子惯性质量，k,a0.314nm。试求：01a（1）禁带宽度;（2）导带底电子有效质量;（3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解：（1）导带：22k22(kk)由103mm003得：kk41d2E222282又因为：c0dk23mm3m0003所以：在kk处，Ec取极小值4价带

2、：dE62kV0得k0dkm0d2E62又因为V0,所以k0处，E取极大值dk2mV032k2因此：EE(k)E(0)10.64eVgC41V12m01/5423(2)m*mnCd2E80Cdk23kk142m(3)m*0nVd2E6Vdk2k01(4)准动量的定义：pk3所以：p(k)(k)k07.951025N/s3k041kk412.晶格常数为0.25的一维晶格，当外加102，107的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。解：根据：fq

3、Ehk得tktqE(0)at8.27108s11.61019102(0)at8.271013s21.61019107补充题1分别计算（100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：2/54（a）(100)晶面（b）(110)晶面（c）(111)晶面补充题23/54一维晶体的电子能带可写为E（k)2(7coska1cos2ka)，ma288式

4、中a为晶格常数，试求（1）布里渊区边界；（2）能带宽度；（3）电子在波矢k状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量m*；n（5）能带顶部空穴的有效质量m*p解：（1）由dE(k)0得kndka（0，1，2…）进一步分析k(2n1)，E（k）有极大值，a22E（k)MAXma2k2n时，E（k）有极小值a所以布里渊区边界为k(2n1)a(2)能带宽度为E（k)E(k)22MAXMINma2(3）电子在波矢k状态的速度v1dE(sinka1sin2ka)dkma4（4）电子的有效质量2mm*

5、nd2E1(coskacos2ka)dk22能带底部k2n所以m*2man4/54(5)能带顶部k(2n1)，a且m*m*，pn所以能带顶部空穴的有效质量m2m*p3半导体物理第2章习题1.实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。（2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。（3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。2.以掺入中为例，说明什么是施

6、主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体。有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个原子形成共价键，还剩余一个电子，同时原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个原子取代一个原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而原子形成一个不能移动的正电中心。这个过程叫做施主杂质的电离过程。能够施放电子而在导带中产生电子5/54并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。3.以掺入中为例，说明什么是受主杂

7、质、受主杂质电离过程和p型半导体。有3个价电子，它与周围的四个原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在晶体的共价键中产生了一个空穴，而原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个原子取代一个原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而原子形成一个不能移动的负电中心。这个过程叫做受主杂质的电离过程，能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主型杂质的半导体叫P型半导体。4.以在中的行为为例，说明族杂质在

8、族化合物中可能出现的双性行为。取代中的原子则起施主作用；取代中的原子则起受主作用。导带中电子浓度随硅杂质浓度的增加而增加，当硅杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。硅先取代原子起施主作用，随着硅浓度的增加，硅取