半导体物理学刘恩科第七版课后习题解第五章习题及答案.doc

1、第五章习题1. 在一个 n型半导体样品中，过剩空穴浓度为 1013cm-3, 空穴的寿命为100us。计算空穴的复合率。2. 用强光照射 n型样品，假定光被均匀地吸收，产生过剩载流子，产生率为,空穴寿命为。（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载流子浓度。3. 有一块 n型硅样品，寿命是 1us，无光照时电阻率是 10cm。今用光照射该样品，光被半导体均匀的吸收，电子-空穴对的产生率是 1022cm-3s-1,试计算光照下样品的电阻率，并求电导中少数在流子的贡献占多大比例？scmpUsc3171031/0,/063得 ：解 ： 根 据 ？求 ：已 知 ： g

2、pdtpgAegdtpLLtL.00)2()(达 到 稳 定 状 态 时 ，方 程 的 通 解 ： 梯 度 ， 无 飘 移 。解 ： 均 匀 吸 收 ， 无 浓 度cms pqnqpnpqncmgpgpL/06.39.210 5016.0135:10.919 00362 光 照 后光 照 前光 照 达 到 稳 定 态 后4. 一块半导体材料的寿命=10us，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止 20us后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？5. n型硅中，掺杂浓度 ND=1016cm-3, 光注入的非平衡载流子浓度n= p=1014cm-3。计算无光照和有光照的电导率。%26

3、0.3806.3519 .,.32.0191610 pupcm的 贡 献主 要 是所 以 少 子 对 电 导 的 贡 献献少 数 载 流 子 对 电 导 的 贡。后 ， 减 为 原 来 的光 照 停 止 %5.13205.13)(20septtcmsqnupqnnccmcpKTi /16.235016.0:, /. /10.105,091 0034316 34无 光 照则设半 导 体 的 迁 移 率 ） 本 征空 穴 的 迁 移 率 近 似 等 于的 半 导 体 中 电 子 、注 ： 掺 杂有 光 照 136191400(/.2.2)50(:cmsnqpqnp6. 画出 p型半导体在光照（小注

4、入）前后的能带图，标出原来的的费米能级和光照时的准费米能级。EcEiEvEcEFEiEv EFpEFn光照前 光照后7. 掺施主浓度 ND=1015cm-3的 n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子n=p=1014cm-3。试计算这种情况下的准费米能级位置，并和原来的费米能级作比较。 TkEenpcmNnpcnFPioiniDi01415202315140 3/0).(/.0度强 电 离 情 况 ， 载 流 子 浓0.517eVPFE2n.89e.140TlkinDNTlokiEF平0.29eV1.54l0iPiPTlnkiEF0.291e1.5l0iniliF8. 在一块 p型半导体中，有一

5、种复合-产生中心，小注入时，被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程具有相同的概率。试求这种复合-产生中心的能级位置，并说明它能否成为有效的复合中心？9. 把一种复合中心杂质掺入本征硅内，如果它的能级位置在禁带中央，试证明小注入时的寿命= n+p。TkEenppnrrTkEernsnNoFitoititntoitittnt001,.小 注 入 ：由 题 知 ，从 价 带 俘 获 空 穴 向 导 带 发 射 电 子被 电 子 占 据复 合 中 心 接 复 合 理 论 ：解 ： 根 据 复 合 中 心 的 间不 是 有 效 的 复 合 中 心 。代 入 公 式很 小 。 ,1, ;

6、01tptno Fiitpn oipoitiNrrrTkEeTkEcTkEcnptpniTiFVCoFFceNenrprESi0001100110;)()(:根 据 间 接 复 合 理 论 得复 合 中 心 的 位 置本 征10. 一块 n 型硅内掺有 1016cm-3的金原子 ，试求它在小注入时的寿命。若一块p型硅内也掺有 1016cm-3的金原子，它在小注入时的寿命又是多少？11. 在下述条件下，是否有载流子的净复合或者净产生：（1）在载流子完全耗尽（即 n, p都大大小于 ni）半导体区域。（2）在只有少数载流子别耗尽（例如，p nni0npntpt npttnTiFrNprNrpE 1

7、)()( 0010所 以 ：因 为 ： sNr rAuSip srrincmNtn nt pt 916810167316 .03.61.5.0 决 定 了 其 寿 命 。对 少 子 电 子 的 俘 获 系 数中 ，型 。决 定 了 少 子 空 穴 的 寿 命对 空 穴 的 俘 获 系 数中 ，型 产 生复 合 率 为 负 ， 表 明 有 净载 流 子 完 全 耗 尽 ，00,)1()()12112prnNUpnrritpnit 产 生复 合 率 为 负 ， 表 明 有 净结 ，（ 反 偏 ，只 有 少 数 载 流 子 被 耗 尽0)(),)2()120112prnrNUnprnritnipt1

8、2. 在掺杂浓度 ND=1016cm-3，少数载流子寿命为 10us的 n型硅中，如果由于外界作用，少数载流子全部被清除，那么在这种情况下，电子-空穴对的产生率是多大？（E t=Ei） 。复 合复 合 率 为 正 ， 表 明 有 净（ 0)()(,)3)()(112112pnrrUpnrrnNnitipint03160342160,/5.,pncmnpciDiTkEvTkEv iccpnintpint neNeprrrNUoviviC000T112112)()(scmprnrptipt iiopnt 39640022/15.15.U13. 室温下，p 型半导体中的电子寿命为=350us，电子的

9、迁移率 un=3600cm-2/(Vs)。试求电子的扩散长度。14. 设空穴浓度是线性分布，在 3us内浓度差为 1015cm-3,up=400cm2/(Vs)。试计算空穴扩散电流密度。15. 在电阻率为 1cm 的 p型硅半导体区域中，掺金浓度 Nt=1015cm-3,由边界稳定注入的电子浓度（ n） 0=1010cm-3,试求边界 处电子扩散电流。cmqTkDLqTknnnnnon18.010356260：解 ： 根 据 爱 因 斯 坦 关 系241500/5.036cmAxpTkqdxpDJPsNrncmSip gnxExDttnt ppp8158315206.03.61: 遇 到 复

10、合 中 心 复 合 的 复 合 中 心内 部 掺 有由 于根 据 少 子 的 连 续 性 方 程16. 一块电阻率为 3cm 的 n型硅样品，空穴寿命 p=5us,在其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩浓度（p）=10 13cm-3。计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度，以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm-3？0,22nPDdx达 到 稳 定 分 布无 产 生 率无 电 场 nnLxxDBeAn ,)(:方 程 的 通 解 为0000002)()(,)(: TkqDnqLndxJenx nnoLnx 边 界 条 件 pDqLpdxpqDJexcmpdDpLpp 0031

11、2,)()(0,)1(边 界 条 件 ： 性 方 程 为过 剩 空 穴 所 遵 从 的 连 续17. 光照 1cm 的 n型硅样品，均匀产生非平衡载流子，电子-空穴对产生率为 1017cm-3s-1。设样品的寿命为 10us ，表面符合速度为 100cm/s。试计算：（1）单位时间单位表面积在表面复合的空穴数。（2）单位时间单位表面积在离表面三个扩散长度中体积内复合的空穴数。18. 一块掺杂施主浓度为 21016cm-3的硅片，在 920oC下掺金到饱和浓度，然后经氧化等处理，最后此硅片的表面复合中心 1010cm-2。0ll1013220ppLxeppLxppxppgcexpsDgdx0 002)( )()(解 之 ：边 界 条 件 ： pxpp Lxpppp LcDs esgxsLCP000)(.11)(复 合 的 空 穴 数单 位 时 间 在 单 位 表 示 积由 边 界 条 件 得 计算体寿命，扩散长度和表面复合速度。如果用光照射硅片并被样品均匀吸收，电子-空穴对的产生率是 1017cm-3s-1，试求表面的空穴浓度以及流向表面的空穴流密度是多少？