现代半导体器件习题答案.pdfVIP

思考题1 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。 因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率  k 和波矢 建立联系的，即 E h  h p n k c  上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率 和波矢 k 。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？  解：波函数 是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量 的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用  表示粒子的德布洛意  r,t 2        波的振幅，以 r,t  r,t  r,t 表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元  2 xyz 中检测到粒子的概率正比于 r,t xyz 。 1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3 所示，从能带的观点来看，半导体和 绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV) ，室温下本征激发的载流子近乎为零，所 以绝缘体室温下不能导电。半导体禁带宽度较小， 只有 1~2eV，室温下已经有一定数量的电子从价 带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的 导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在 一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有 良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载 流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，n0 p 0 ni 。对于某一确定 的半导体材料，其本征载流子浓度为n2 n p N N eEg kT i 0 0 C V 式中，NC，NV 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？ 解：当半导体中掺入施主杂质后，在其导带底的下方，距离导带底很近的范围内可以引入局 域化的量子态能级。该能级位于禁带中，称之为施主杂质能级。同理，当半导体中掺入受主 杂质后，在其价带顶的上方，距离价带顶很近的范围内也可引入局域化的受主杂质能级。 施主能级距离导带底很近，施主杂质电离后，施主能级上的电子跃迁进入导带，其结果 向导带提供传导电流的准自由电子；而受主能级距离价带顶很近，受主杂质电离后，价带顶 的电子跃迁进入受主能级，其结果向价带提供传导电流的空穴。 1.6 试比较N 型半导体与P 型半导体的异同。 解：对同种材料制作的不同型号的半导体来说，具有以下相同点：二者都具有相同的晶格结 构，相同的本征载流子浓度，都对温度很敏感。不同点是，N 型半导体所掺杂质是施主杂质， 主要是靠电子导电，电子是多数载流子，空穴是少数载流子：而P 型半导体所掺杂质是受 主杂质，主要靠空穴导电，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 1.7 从能带的角度说明杂质电离的过程。 解：杂质能级距离主能带很近，其电离能一般都远小于禁带宽度。因此，杂质能级与主能带 之间的电子跃迁也比较容易完成。以施主杂质为例，施主能级上的电子就