半导体物理试卷解答

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1、物理学院《半导体物理》试卷一、名词解释（3’Ｘ10）1空穴：价带顶电子激发到导带底后带顶附近出现的空的量子态称为空穴。波矢k态未被电子占据时，其它所有价带电子的导电行为，等效于一个带正电荷e，具有正有效质量mp的准粒子的导电行为。2间接带隙半导体：导带底与价带顶在不同k方向。或间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在k空间中不同位置。3.施主杂质、施主能级：解：施主杂质：Ⅴ族原子向晶体提供多余不配对电子（电子可动），并同时成为带正电离子（不可动正电中心）的杂质。或是在硅中掺入V族元素杂质（如磷P，砷As，锑Sb等）后，这些V族杂质替代了一部分硅原子的位置，但由

2、于它们的外层有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子，这样一个V族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，把这种杂质称为施主杂质；若在硅中掺入III族元素杂质，（如硼B，铝Al，镓Ga，铟In等），这些III族杂质原子在晶体中替代了一部分硅原子的位置，由于它们的最外层只有3个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，这样一个III族杂质原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，把这种杂质称为受主杂质。4缺陷能级杂质能级解：实际半导体材料晶格中，存在着偏离理想情况的各种现象。(1)原子并不

3、是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；(2)半导体材料并不是纯净的，而且含有若干杂质，即在半导体晶格存在着与组成半导体材料的元素不同的其它化学元素的原子；(3)实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷。（a）点缺陷，如空位，间隙原子；（b）线缺陷，如位错；（c）面缺陷，如层错，多晶体中的晶粒间界等。由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期性排列的原于所产生的周期性势场受到破坏，有可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态（即能级）--------杂质能级、缺陷能级。V族杂质在硅、锗中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为

4、施主杂质或n型杂质。它释放电子的过程叫做施主电离。施主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为正电中心，称为离化态。当电子得到能量△ED后，就从施主的束缚态跃迁到导带成为导电电子，所以电子被施主杂质束缚时的能量比导带底Ec低△ED。将被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级，记为ED。因为△ED<

5、挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量，称为受主杂质的电离能，用△EA(acceptor)表示。5电离施主浓度解：发生电离的施主杂质的量子态密度。6简并半导体解：发生载流子简并化的半导体称为简并半导体。7电离杂质散射解：施主杂质在电离后是一个带正电的离子，而受主杂质电离后则是负离子。在正离子有或负离子周围形成一个库仑势场，载流子将受到这个库仑场的作用，即电离杂质散射。9间接复合解：间接复合指的是非平衡载流子通过复合中心的复合。10积累层解：半导体表面附近多数载流子浓度大大增高的一个薄层即称为积累层。这一层的导电性比体内要好得多。积累层可采用外电场感应而形成（就像形成反型层——沟道

6、一样）。11禁带.解：价带------绝对零度时被电子占满的、能量最高的能带，其最高能态Ev称为价带顶。导带------绝对零度时未被价电子完全占据，或全空的能量最低的能带，最低能态Ec被称为导带底。禁带-------能带电子不能占据的能量区间，Eg=Ec-Ev12S—P3杂化：解：S--P3杂化--------由一个S原子轨道和三个P轨道杂化成四个SP3杂化轨道.每个杂化轨道具有1/4的S成份和3/4的P成份.轨道间夹角正好是109.5度,每个SP3杂化轨道分别指向正四面体的四个顶点.采用SP3杂化成键的分子呈正四面体形状如CH4CF4CCl4SiCl4SiH4等等.金刚

7、石中的碳原子,正式是这样的,位于中间的碳原子与四个顶角上的碳原子形成共价键,配位数为四.以金刚石为例，基态1S22S22P2一个原子跃迁→1S22S12Px12Py12Pz1→SP3杂化轨道(原子的)，即一个S态和3个P态波函数相结合→相邻原子的SP3杂化轨道形成共价键。（非极性键）13浅能级解：浅能级---------施主能级或受主能级，离导带底或价带顶很近。深能级---------施主能级或受主能级，离导带底或价带顶都很远的杂质。深能级不能向能带提供电子和空穴，对