第一篇：半導體物理習題與問題

第一章半導體中的電子狀態(tài)

例1.證明:對于能帶中的電子，K狀態(tài)和-K狀態(tài)的電子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解釋為什么無外場時，晶體總電流等于零。

解：K狀態(tài)電子的速度為：

（1）

同理，－K狀態(tài)電子的速度則為：

（2）

從一維情況容易看出：

（3）

同理有：

（4）（5）

將式（3）（4）（5）代入式（2）后得：

（6）

利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因為電子占據(jù)某個狀態(tài)的幾率只同該狀態(tài)的能量有關(guān)，即：E(k)=E(－k)故電子占有k狀態(tài)和-k狀態(tài)的幾率相同，且v(k)=－v(－k)故這兩個狀態(tài)上的電子電流相互抵消，晶體中總電流為零。

例2.已知一維晶體的電子能帶可寫成：

式中，a為晶格常數(shù)。試求：（1）能帶的寬度；

（2）能帶底部和頂部電子的有效質(zhì)量。解：（1）由E(k)關(guān)系

（1）

令

得：

當時，代入（2）得：

對應E(k)的極小值。

當時，代入（2）得：

（）對應E(k)的極大值。根據(jù)上述結(jié)果，求得

和

即可求得能帶寬度。

故：能帶寬度

（3）能帶底部和頂部電子的有效質(zhì)量：

習題與思考題： 什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說明之。試定性說明Ge、Si的禁帶寬度具有負溫度系數(shù)的原因。3 試指出空穴的主要特征。簡述Ge、Si和GaAs的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。5 某一維晶體的電子能帶為

其中E0=3eV，晶格常數(shù)a=5×10-11m。求：

（1）能帶寬度；

（2）能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。6 原子中的電子和晶體中電子受勢場作用情況以及運動情況有何不同？原子中內(nèi)層電子和外層電子參與共有化運動有何不同？ 7 晶體體積的大小對能級和能帶有什么影響？ 描述半導體中電子運動為什么要引入“有效質(zhì)量”的概念？用電子的慣性質(zhì)量描述能帶中電子運動有何局限性？ 一般來說，對應于高能級的能帶較寬，而禁帶較窄，是否如此？為什么？

10有效質(zhì)量對能帶的寬度有什么影響？有人說：“有效質(zhì)量愈大，能量密度也愈大，因而能帶愈窄。”是否如此？為什么？ 11簡述有效質(zhì)量與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系？

12對于自由電子，加速反向與外力作用反向一致，這個結(jié)論是否適用于布洛赫電子？

13從能帶底到能帶頂，晶體中電子的有效質(zhì)量將如何變化？外場對電子的作用效果有什么不同？

14試述在周期性勢場中運動的電子具有哪些一般屬性？以硅的本征激發(fā)為例，說明半導體能帶圖的物理意義及其與硅晶格結(jié)構(gòu)的聯(lián)系？ 15為什么電子從其價鍵上掙脫出來所需的最小能量就是半導體的禁帶寬度？

16為什么半導體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用具有正電荷和一定質(zhì)量的空穴來描述？

17有兩塊硅單晶，其中一塊的重量是另一塊重量的二倍。這兩塊晶體價帶中的能級數(shù)是否相等？彼此有何聯(lián)系？ 18說明布里淵區(qū)和k空間等能面這兩個物理概念的不同。

19為什么極值附近的等能面是球面的半導體，當改變存儲反向時只能觀察到一個共振吸收峰？

第二章 半導體中的雜質(zhì)與缺陷能級

例1.半導體硅單晶的介電常數(shù)＝11.8，電子和空穴的有效質(zhì)量各為＝0.97＝0.19和，＝0.16，＝0.53，利用類氫模型估計：

（1）施主和受主電離能;

（2）基態(tài)電子軌道半徑解：（1）利用下式求得

和。

因此，施主和受主雜質(zhì)電離能各為：

（2）基態(tài)電子軌道半徑各為：

式中, 是波爾半徑。

習題與思考題： 什么叫淺能級雜質(zhì)？它們電離后有何特點？ 什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出n型半導體。什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出p型半導體。摻雜半導體與本征半導體之間有何差異？試舉例說明摻雜對半導體的導電性能的影響。兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？ 深能級雜質(zhì)和淺能級雜質(zhì)對半導體有何影響？ 7 何謂雜質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x何在？ 說明雜質(zhì)能級以及電離能的物理意義。8為什么受主、施主能級分別位于價帶之上或?qū)е?，而且電離能的數(shù)值較?。?純鍺、硅中摻入Ⅲ族或Ⅴ族元素后，為什么使半導體電性能有很大的改變？雜質(zhì)半導體（p型或n型）應用很廣，但為什么我們很強調(diào)對半導體材料的提純？

10把不同種類的施主雜質(zhì)摻入同一種半導體材料中，雜質(zhì)的電離能和軌道半徑是否不同？把同一種雜質(zhì)摻入到不同的半導體材料中（例如鍺和硅），雜質(zhì)的電離能和軌道半徑又是否都相同？ 11何謂深能級雜質(zhì)？它們電離以后有說明特點？

12為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個施主或受主能級？ 13說明摻雜對半導體導電性能的影響。14說明半導體中淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)的作用有何不同？

15什么叫雜質(zhì)補償？什么叫高度補償?shù)陌雽w？雜質(zhì)補償有何實際應用？

第三章 半導體中載流子的統(tǒng)計分布

例1.有一硅樣品，施主濃度為，已知施主電離能雜質(zhì)電離時的溫度。解：令和，受主濃度為，試求的施主表示電離施主和電離受主的濃度，則電中性方程為：略去價帶空穴的貢獻，則得：式中： 對硅材料 由題意可知

（受主雜質(zhì)全部電離）,則

（1）

當施主有99%的N電離時，說明只有1%的施主有電子占據(jù)，即 ＝0.01。

＝198

，代入式（1）得：

去對數(shù)并加以整理即得到下面的方程： 用相關(guān)數(shù)值解的方法或作圖求得解為： T=101.例2.現(xiàn)有三塊半導體硅材料，已知室溫下（300K）它們的空穴濃度分別為：，，。

分別計算這三塊材料的電子濃度判斷這三塊材料的導電類型；

分別計算這三塊材料的費米能級的位置。解：（1）室溫時硅的根據(jù)載流子濃度積公式：，可求出

（2）, 即 即，故為p型半導體.，故為本征半導體.，即

(3)當T=300k時，由 得： 對三塊材料分別計算如下：，故為n型半導體.即 p型半導體的費米能級在禁帶中線下0.37eV處。

即費米能級位于禁帶中心位置。對n型材料有

即對n型材料，費米能級在禁帶中心線上0.35eV處。對于某n型半導體，試證明其費米能級在其本征半導體的費米能級之上。即EFn>EFi。2 試分別定性定量說明：

在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；

對一定的材料，當摻雜濃度一定時，溫度越高，載流子濃度越高。3 若兩塊Si樣品中的電子濃度分別為2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，試分別求出其中的空穴的濃度和費米能級的相對位置，并判斷樣品的導電類型。假如再在其中都摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導電類型又將怎樣？ 含受主濃度為8.0×106cm-3和施主濃度為7.25×1017cm-3的Si材料，試求溫度分別為300K和400K時此材料的載流子濃度和費米能級的相對位置。試分別計算本征Si在77K、300K和500K下的載流子濃度。6 Si樣品中的施主濃度為4.5×1016cm-3，試計算300K時的電子濃度和空穴濃度各為多少？ 某摻施主雜質(zhì)的非簡并Si樣品，試求EF=（EC+ED）/2時施主的濃度。半導體處于怎樣的狀態(tài)才能叫處于熱平衡狀態(tài)？其物理意義如何。9 什么叫統(tǒng)計分布函數(shù)？費米分布和玻耳茲曼分布的函數(shù)形式有何區(qū)別？在怎樣的條件下前者可以過渡到后者？為什么半導體中載流子分布可以用玻耳茲曼分布描述？

10說明費米能級的物理意義。根據(jù)費米能級位置如何計算半導體中電子和空穴濃度？如何理解費米能級是摻雜類型和摻雜程度的標志？

11證明，在時，對費米能級取什么樣的對稱形式？

這個條件把電子從費米能12在半導體計算中，經(jīng)常應用級統(tǒng)計過渡到玻耳茲曼統(tǒng)計，試說明這種過渡的物理意義。13寫出半導體的電中性方程。此方程在半導體中有何重要意義？ 14若n型硅中摻入受主雜質(zhì)，費米能級升高還是降低？若溫度升高當本征激發(fā)起作用時，費米能級在什么位置？為什么？

15如何理解分布函數(shù)與狀態(tài)密度的乘積再對能量積分即可求得電子濃度？

16為什么硅半導體器件比鍺器件的工作溫度高？

17當溫度一定時，雜質(zhì)半導體的費米能級主要由什么因素決定？試把強N、弱N型半導體與強P、弱P半導體的費米能級與本征半導體的費米能級比較。

18如果向半導體中重摻施主雜質(zhì)，就你所知會出現(xiàn)一些什么效應？

第四章半導體的導電性

例1.室溫下，本征鍺的電阻率為47摻入銻雜質(zhì)，使每，試求本征載流子濃度。若

個鍺原子中有一個雜質(zhì)原子，計算室溫下電子，試濃度和空穴濃度。設(shè)雜質(zhì)全部電離。鍺原子的濃度為求該摻雜鍺材料的電阻率。設(shè)變化。

。，且認為不隨摻雜而解：本征半導體的電阻率表達式為：

施主雜質(zhì)原子的濃度 故

其電阻率

例2.在半導體鍺材料中摻入施主雜質(zhì)濃度度；設(shè)室溫下本征鍺材料的電阻率，求所加的電場強度。，受主雜質(zhì)濃，假設(shè)電，若流過子和空穴的遷移率分別為樣品的電流密度為 解：須先求出本征載流子濃度

又

聯(lián)立得:

故樣品的電導率：

即: E=1.996V/cm

習題與思考題： 1 對于重摻雜半導體和一般摻雜半導體，為何前者的遷移率隨溫度的變化趨勢不同？試加以定性分析。何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。4 證明當μn≠μp，且電子濃度，空穴濃度時半導體的電導率有最小值，并推導σmin的表達式。0.12kg的Si單晶摻有3.0×10-9kg的Sb，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試求出此材料的電導率。（Si單晶的密度為2.33g/cm3，Sb的原子量為121.8）試從經(jīng)典物理和量子理論分別說明散射的物理意義。比較并區(qū)別下述物理概念：電導遷移率、霍耳遷移率和漂移遷移率。8 什么是聲子？它對半導體材料的電導起什么作用？ 強電場作用下，遷移率的數(shù)值與場強E有關(guān)，這時歐姆定律是否仍然正確？為什么？

10半導體的電阻系數(shù)是正的還是負的？為什么？

11有一塊本征半導體樣品，試描述用以增加其電導率的兩個物理過程。

12如果有相同的電阻率的摻雜鍺和硅半導體，問哪一個材料的少子濃度高？為什么？

13光學波散射和聲學波散射的物理機構(gòu)有何區(qū)別？各在什么樣晶體中起主要作用？ 14說明本征鍺和硅中載流子遷移率溫度增加如何變化？

15電導有效質(zhì)量和狀態(tài)密度有何區(qū)別？它們與電子的縱有效質(zhì)量和橫有效質(zhì)量的關(guān)系如何？

16對于僅含一種雜質(zhì)的鍺樣品，如果要確定載流子符號、濃度、遷移率和有效質(zhì)量，應進行哪些測量？

17解釋多能谷散射如何影響材料的導電性。

18為什么要引入熱載流子概念？熱載流子和普通載流子有何區(qū)別？

第五章 非平衡載流子

例1.某p型半導體摻雜濃度

光的照射下產(chǎn)生非平衡載流子,其產(chǎn)生率,少子壽命,在均勻, 試計算室溫時光照情況下的費米能級并和原來無光照時的費米能級比較。設(shè)本征載流子濃度

.解:(1)無光照時,空穴濃度

說明無光照時,費米能級在禁帶中線下面0.35eV處。（2）穩(wěn)定光照后，產(chǎn)生的非平衡載流子為：

上面兩式說明，在之下，而

在之上。且非平衡態(tài)時空穴的準費米能級和和原來的費米能級幾乎無差別，與電子的準費米能級相差甚遠，如下圖所示。

光照前 光照后

習題與思考題 ： 何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？ 2 漂移運動和擴散運動有什么不同？ 漂移運動與擴散運動之間有什么聯(lián)系？非簡并半導體的遷移率與擴散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？平均自由程與擴散長度有何不同？平均自由時間與非平衡載流子的壽命又有何不同？ 5 證明非平衡載流子的壽命滿足理意義。，并說明式中各項的物6 導出非簡并載流子滿足的愛因斯坦關(guān)系。7 間接復合效應與陷阱效應有何異同？ 光均勻照射在6Ωcm的n型Si樣品上，電子-空穴對的產(chǎn)生率為4×1021cm-3s-1，樣品壽命為8μs。試計算光照前后樣品的電導率。9 證明非簡并的非均勻半導體中的電子電流形式為。

10假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4μm內(nèi)的濃度差為2×1016cm-3，試計算空穴的擴散電流密度。

11試證明在小信號條件下，本征半導體的非平衡載流子的壽命最長。12區(qū)別半導體平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)有何不同？什么叫非平衡載流子？什么叫非平衡載流子的穩(wěn)定分布？

13摻雜、改變溫度和光照激發(fā)均能改變半導體的電導率，它們之間有何區(qū)別？試從物理模型上予以說明。

14在平衡情況下，載流子有沒有復合這種運動形式？為什么著重討論非平衡載流子的復合運動？

15為什么不能用費米能級作為非平衡載流子濃度的標準而要引入準費米能級？費米能級和準費米能級有何區(qū)別？

16在穩(wěn)定不變的光照下，半導體中電子和空穴濃度也是保持恒定不變的，但為什么說半導體處于非平衡狀態(tài)？ 17說明直接復合、間接復合的物理意義。18區(qū)別：復合效應和陷阱效應，復合中心和陷阱中心，俘獲和復合，俘獲截面和俘獲幾率。

第六章 金屬和半導體接觸

例1.設(shè)p型硅（如圖7－2），受主濃度(1)室溫下費米能級的位置和功函數(shù)

；，試求：

EV

(2)不計表面態(tài)的影響，該p型硅分別與鉑和銀接觸后是否形成阻擋層？

若能形成阻擋層，求半導體一邊勢壘高度。

已知：硅電子親合能

;

解：（1）室溫下，可認為雜質(zhì)全部電離，若忽略本征激發(fā)則

得：，功函數(shù)

（2）不計表面態(tài)的影響。對p型硅，當半導體，使得半導體表面勢

時，金屬中電子流向，使得能帶向下，空穴附加能量彎，形成空穴勢壘。所以，p型硅和銀接觸后半導體表面形成空穴勢壘，即空穴阻擋層。又因鉑接觸后不能形成阻擋層。

（3）銀和p-Si接觸形成的阻擋層其勢壘高度：，所以，p型硅和例2.施主濃度的n型硅（如圖），室溫下功函數(shù)是多少？若不考慮表面態(tài)的影響，它分別同Al、Au、Mo接觸時，是形成阻擋層還是反阻擋層？硅的電子親合能取4.05eV。設(shè)。，解：設(shè)室溫下雜質(zhì)全部電離： 則

即

n-Si 的功函數(shù)為：

已知：，，故二者接觸形成反阻擋層。顯然，故Au 與n-Si接觸，Mo與n-Si接觸均形成阻擋層。

習題與思考題： 什么是功函數(shù)？哪些因數(shù)影響了半導體的功函數(shù)？什么是接觸勢差？ 什么是Schottky勢壘？影響其勢壘高度的因數(shù)有哪些？ 什么是歐姆接觸？形成歐姆接觸的方法有幾種？試根據(jù)能帶圖分別加以分析。什么是鏡像力？什么是隧道效應？它們對接觸勢壘的影響怎樣的？ 施主濃度為7.0×1016cm-3的n型Si與Al形成金屬與半導體接觸，Al的功函數(shù)為4.20eV，Si的電子親和能為4.05eV，試畫出理想情況下金屬-半導體接觸的能帶圖并標明半導體表面勢的數(shù)值。6 分別分析n型和p型半導體形成阻擋層和反阻擋層的條件。7 試分別畫出n型和p型半導體分別形成阻擋層和反阻擋層的能帶圖。什么是少數(shù)載流子注入效應？ 某Shottky二極管，其中半導體中施主濃度為2.5×1016cm-3，勢壘高度為0.64eV，加上4V的正向電壓時，試求勢壘的寬度為多少？ 10試根據(jù)能帶圖定性分析金屬-n型半導體形成良好歐姆接觸的原因。

11金屬和半導體的功函數(shù)是如何定義的？半導體的功函數(shù)與哪些因素有關(guān)？

12說明金屬–半導體接觸在什么條件下能形成接觸勢壘（阻擋層）？分析n型和p型半導體形成阻擋層和反電阻率的條件？ 13分別畫出n型和p型半導體與金屬接觸時的能帶圖？

14半導體表面態(tài)是怎樣影響勢壘高度的？分別討論受主型表面態(tài)和施主型表面態(tài)的影響。

15什么叫歐姆接觸？實現(xiàn)半導體–金屬的歐姆接觸有幾種方法？簡要說明其物理原理。

16應該怎樣制作n型硅和金屬鋁接觸才能實現(xiàn)（1）歐姆接觸；（2）整數(shù)接觸。

17試比較p–n結(jié)和肖特基結(jié)的主要異同點。指出肖特基二極管具有哪些重要特點。

18為什么金屬–半導體二極管（肖特基二極管）消除了載流子注入后的存貯時間？

19為什么對輕摻雜的p型半導體不能用四探針方法測量其電阻率？對輕摻雜的n型半導體如何分析其物理過程。20什么叫少數(shù)載流子注入效應？

21鏡像力和隧道效應是如何影響金屬–半導體接觸勢壘的？ 22比較擴散理論和熱電子反射理論在解決肖特基二極管整流特性時其主要區(qū)別在什么地方？

23金屬與重摻雜的半導體接觸能夠形成歐姆接觸，說明其物理原理。

第七章 半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)

例1.設(shè)在金屬與n型半導體之間加一電壓，且n-Si接高電位，金屬接低電位，使半導體表面層內(nèi)出現(xiàn)耗盡狀態(tài)。

(1)求耗盡層內(nèi)電勢V(x)；

(2)若表面勢盡層厚度。設(shè)，；外加電壓5V, 施主濃度，求耗解：（1）根據(jù)耗盡層近似，即假設(shè)空間電荷層的電子都已全部耗盡，電荷全由已電離的施主雜質(zhì)構(gòu)成，設(shè)摻雜是均勻的，則空間電荷層的電荷密度，故泊松方程可寫為： 設(shè)

為耗盡層寬度，則因半導體內(nèi)部場強為零，有：

設(shè)體內(nèi)電勢為0，即 中時，即為。，積分上式得；式（2）當加電壓為時，表面勢由Vs提高為Vs＋V，所以，外加電壓為V后，例2.試導出使表面恰為本征時表面電場強度，表面電荷密度和表面層電容的表示式（設(shè)p型硅情形）。

解：

當表面恰為本征時，即Ei在表面與EF重合 所以 Vs=VB

設(shè)表面層載流子濃度仍遵守經(jīng)典統(tǒng)計。則

表面恰為本征 故

但

取對數(shù)即得：

F函數(shù)：p型硅，且

故，因此：

習題與思考: 解釋什么是表面積累、表面耗盡和表面反型？ 在由n型半導體組成的MIS結(jié)構(gòu)上加電壓VG，分析其表面空間電荷層狀態(tài)隨VG變化的情況，并解釋其C－V曲線。3 試述影響平帶電壓VFB的因素。4 什么是空間電荷區(qū)？如何才能在半導體表面形成正的空間電荷區(qū)和負的空間電荷區(qū)？ 說明表面勢的物理意義，如何才能保證

和

？ 為什么半導體的表面會發(fā)生彎曲？說明能帶向上彎和向下彎的條件？ 能帶彎曲以后形成電子勢壘還是空穴勢壘，如何判斷之。在能帶圖上討論n型半導體和表面空間電荷的關(guān)系。半導體表面積累、耗盡、本征和反型的物理意義是什么？分析n型半導體和p型半導體形成上述幾種狀態(tài)的條件，以圖示意之。9 為什么二氧化硅層下面的p型硅表面有自行變?yōu)閚型半導體的傾向？

10分別對n型襯底和p型襯底MOS結(jié)構(gòu)，畫出在外加偏壓條件下MOS結(jié)構(gòu)中對應于載流子在積累、耗盡、強反型時能帶和電荷分布圖。11畫出MOS結(jié)構(gòu)的等效電路，寫出MOS的電容表達式（包括歸一化電容的表達式）。

設(shè)在實際MOS結(jié)構(gòu)中存在可動離子，固定電荷和金–半功函數(shù)差，說明每種情況對MOS結(jié)構(gòu)C–V特性的影響。

12在忽略界面態(tài)影響情況下，可以用什么實驗方法測量MOS結(jié)構(gòu)氧化層中固定電荷與可動電荷，說明試驗方法及有關(guān)公式。

13用耗盡近似方法推導半導體表面耗盡層的表面勢，厚度和空間表面電荷的表示式。14何謂異質(zhì)結(jié)？異質(zhì)結(jié)如何分類？試以鍺和砷化鎵為例，說明異質(zhì)結(jié)的表示法。

15何謂突變異質(zhì)結(jié)和緩變異質(zhì)結(jié)？它們與同質(zhì)的突變p–n結(jié)和緩變p–n結(jié)有何區(qū)別？

16以晶格常數(shù)為a的金剛石結(jié)構(gòu)為例，計算（111），（110），（100）的懸掛鍵密度，并比較其大小。

17如何區(qū)分界面的原子面密度和懸掛鍵面密度，是否原子面密度大的懸掛鍵面密度一定大？

18比較異質(zhì)結(jié)與同質(zhì)結(jié)的不同。根據(jù)異質(zhì)結(jié)的獨特性質(zhì)，說明異質(zhì)結(jié)的應用。

19為什么異質(zhì)結(jié)的電流輸運機構(gòu)比同質(zhì)結(jié)復雜得多？

第十章半導體的光學性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象

習題與思考: 什么是電導？說明復合效應和陷阱效應對光電導的影響？ 2 區(qū)別直接躍遷和間接躍遷（豎直躍遷和非豎直躍遷）。3 什么是聲子？它對半導體吸收特性起什么作用？ 使半導體材料硅、鍺和砷化鎵在光照下能夠產(chǎn)生電子–空穴對的光最大波長為多少？ 半導體對光的吸收有哪幾種主要過程？哪些過程具有確定的長波吸收限？寫出對應的波長表示式。哪些具有線狀吸收光譜？哪些光吸收對光電導有貢獻？ 6 本征吸收中電子吸收光子時，可能出現(xiàn)哪幾種躍遷方式？它們有何不同？各在什么樣的半導體中容易發(fā)生？試舉一、二例說明。7 什么是半導體的自由載流子光吸收？分別用經(jīng)典理論和量子理論說明，并簡要討論其結(jié)果。

（1）寫出p–n結(jié)光電二極管的伏安特性方程并畫出對應的特性曲線；

（2）p–n結(jié)光電二極管的電流相應于正偏置還是反偏置的二極管電流；

（3）對于不同能量的光照，其曲線如何變化？ 8 要產(chǎn)生激光發(fā)射，為什么需要對半導體重摻雜？ 9 解釋p型半導體霍耳系數(shù)改變符號的原因。10區(qū)別：電導遷移率、漂移遷移率和霍耳遷移率。

11何謂霍耳角？與磁感應強度和載流子遷移率的關(guān)系如何？ 12為什么半導體的霍耳效應比金屬大的多？

第二篇：半導體物理教學大綱（精選）

《半導體物理》

課程編號：01500277

課程名稱：半導體物理 Semiconductor Physics 學分：3.5 學時: 56

先修課程： 固體物理、量子力學、理論物理

一、目的與任務

《半導體物理學》是電子科學與技術(shù)專業(yè)的一門必修課程。通過學習本課程，使學生掌握半導體物理的基本理論和基本規(guī)律，培養(yǎng)學生分析和應用半導體各種物理效應的能力，同時為后繼課程《半導體器件》與《半導體集成電路》的學習奠定基礎(chǔ)。

本課程的任務是揭示和研究半導體的微觀機構(gòu)，從微觀的角度解釋發(fā)生在半導體中的宏觀物理現(xiàn)象；重點學習半導體中的電子狀態(tài)及運動規(guī)律；學習半導體中載流子的統(tǒng)計分布、輸運理論及相關(guān)規(guī)律；學習載流子在輸運過程中發(fā)生的一些宏觀物理現(xiàn)象；學習半導體的某些基本結(jié)構(gòu)，包括金屬半導體結(jié)及表面問題。

二、教學內(nèi)容及學時分配

第一章 半導體中的電子狀態(tài)（8學時）1．半導體中的電子狀態(tài)與能帶 2．半導體中電子的運動有效質(zhì)量 3．本征半導體的導電機構(gòu)空穴 4．硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)

第二章 半導體中雜質(zhì)和缺陷能級（2學時）1．硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級 2．Ⅲ-V族化合物中的雜質(zhì)能級

第三章 半導體中載流子的統(tǒng)計分布（8學時）1．狀態(tài)密度

2．費米能級和載流子的統(tǒng)計分布 3．本征半導體的載流子濃度 4．雜質(zhì)半導體的載流子濃度 5．一般情況下的載流子統(tǒng)計分布 6．簡并半導體

第四章 半導體的導電性（8學時）1．載流子的漂移運動遷移率 2．載流子的散射

3．遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系 4．電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系 5．波爾茲曼方程電導率的統(tǒng)計理論 6．強電場下的效應，熱載流子 7．多能谷散射耿氏效應 第五章 非平衡載流子（8學時）1．非平衡載流子的注入與復合 2．非平衡載流子的壽命 3．準費米能級 4．復合理論 5．陷阱效應 6．載流子的擴散運動

7．載流子的漂移運動愛因斯坦關(guān)系 8．連續(xù)性方程式

第六章 金屬和半導體接觸（4學時）1．金屬與半導體接觸及其能帶圖 2．金屬與半導體接觸的整流理論 3．歐姆接觸

第七章 半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)（4學時）1．表面態(tài) 2．表面電場效應

3．MIS結(jié)構(gòu)的電容電壓特性 4．硅—二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì) 第八章 異質(zhì)結(jié)（2學時）1．異質(zhì)結(jié)及其能帶圖 2．異質(zhì)結(jié)的電流輸運機構(gòu)

第九章半導體的光電性質(zhì)、光電與發(fā)光現(xiàn)象（4學時）1．半導體的光吸收和光電導 2．半導體的光生伏特效應 3．半導體的發(fā)光、激光

第十章 半導體熱電性質(zhì)（4學時）1．熱電效應 2．熱電效應的應用

第十一章 半導體磁和壓阻效應（4學時）1．霍耳效應 2．磁阻效應 3．光磁電效應 4．壓阻效應

三、考核與成績評定

采用紙筆式閉卷考試，按百分制進行成績評定。

四、大綱說明

1.本課程在理論物理基礎(chǔ)課程學習之后開設(shè)。學生應掌握必要的熱力學與統(tǒng)計物理、量子力學、電磁場、固體物理學等知識。

2.在保證基本教學要求的前提下，教師可以根據(jù)實際情況，對內(nèi)容進行適當?shù)恼{(diào)整和刪節(jié)。

3.本大綱適合近電子科學與技術(shù)類專業(yè)。

五、教科書、參考書

［1］劉恩科，朱秉升，羅晉生等.半導體物理學［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.［2］葉良修.半導體物理學［M］.上冊.北京：高等教育出版社，1986.［3］S.M.Sze,physics of Semiconductor Devices［M］.John Wiley and Sons,Inc.1981.《微電子器件基礎(chǔ)》

第三篇：[《半導體物理》教學大綱.doc]

《半導體物理》教學大綱

學時：72其中實驗12學時

學分：4.5分

教材：《半導體物理學》編者劉恩科 朱秉開羅晉生 等國防工業(yè)出版社參考書：《半導體物理學》葉良修編； 《半導體物理學》顧祖毅編；

一、課程性質(zhì)和任務

《半導體物理》是微電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和學位課之一。其目的使學生掌握半導體物理的基礎(chǔ)理論和半導體的主要性質(zhì)，為后續(xù)專業(yè)課程的學習和將來相關(guān)專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。

二、教學內(nèi)容和要求

1、理論教學(60學時)

第一章 半導體中電子狀態(tài)

掌握晶體結(jié)構(gòu)，半導體中電子的運動、有效質(zhì)量，本征半導體的導電結(jié)構(gòu)、空穴，常規(guī)半導體的能帶結(jié)構(gòu)

第二章 半導體中雜質(zhì)和缺陷能級

掌握硅、鍺晶體的雜質(zhì)能級，Ⅲ－Ⅴ族化合物中的雜質(zhì)能級，自學雜質(zhì)、缺陷能級

第三章 半導體中載流子的統(tǒng)計分布

掌握費米能級和載流子的統(tǒng)計分布，本征半導體、雜質(zhì)半導體的載流子濃度，簡并半導體概念和基本性質(zhì)。自學一般情況下載流子的統(tǒng)計分布。

第四章 半導體的導電性

掌握載流子的遷移運動、散射，遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系。了解強電場下的效應，多能谷散射。自學玻耳茲曼方程。

第五章 非平衡載流子

掌握非平衡載流子的注入、復合與壽命，準費米能級，復合理論，陷阱效應，載流子的擴散運動、愛因斯坦關(guān)系。自學連續(xù)性方程。

第七章 金屬和半導體的接觸

掌握金屬和半導體的接觸能級圖，金屬和半導體的整流理論及歐姆接觸。

第八章 半導體表面與MIS結(jié)構(gòu)

掌握表面電場效應，MIS結(jié)構(gòu)的電容－電壓特性，了解Si－SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)及表面遷移率。

為鞏固基本概念和基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)學生分析解決問題能力，每章完后布置一定作業(yè)。

三、實驗教學(12學時)

為了運用課堂基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)動手能力，本課程設(shè)置四個實驗：

2、橢偏法測SiO2層的厚度和折射率

3、MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V測試

4、霍爾效應及參數(shù)測試

5、高頻光電導衰減法測Si單晶少子壽命

教師課堂講解實驗原理、內(nèi)容及要求，強調(diào)注意事項。

學生分組完成實驗并提交實驗報告。

第四篇：半導體物理課程教學大綱

《半導體物理》課程教學大綱

課程編號：C030001 適用專業(yè)：微電子技術(shù)，微電子學

學時數(shù)：72（實驗12）學分數(shù)：4．5

先修課程：《熱力學與統(tǒng)計物理學》、《量子力學》和《固體物理學》

考核方式：閉卷

執(zhí)筆者：劉諾

編寫日期：2004.5

一、課程性質(zhì)和任務

《半導體物理學》是面向電子科學與技術(shù)方向本科生所開設(shè)的微電子技術(shù)專業(yè)和微電子學專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和學位課，是培養(yǎng)方案中的核心課程之一。開設(shè)的目的是使學生熟悉半導體物理的基礎(chǔ)理論和半導體的主要性質(zhì)，以適應后續(xù)專業(yè)課程的學習和將來工作的需要。

二、教學內(nèi)容和要求

理論教學（60學時）

半導體中的電子狀態(tài)（8學時）：

理解能帶論。掌握半導體中的電子運動、有效質(zhì)量，本征半導體的導電機構(gòu)、空穴，鍺、硅、砷化鎵和鍺硅的能帶結(jié)構(gòu)。半導體中的雜質(zhì)和缺陷能級（5學時）：

掌握鍺、硅晶體中的雜質(zhì)能級，Ⅲ-Ⅴ 族化合物半導體的雜質(zhì)能級。理解缺陷、位錯能級。

熱平衡時半導體中載流子的統(tǒng)計分布（10學時）：

掌握狀態(tài)密度，費米能級和載流子的統(tǒng)計分布，本征半導體的載流子濃度，雜質(zhì)半導體的載流子濃度。理解一般情況下的載流子的統(tǒng)計分布。了解簡并半導體。半導體的導電性（8學時）：

掌握載流子的漂移運動，載流子的散射，遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系，玻爾茲曼方程。了解電導的統(tǒng)計理論。理解強電場效應，熱載流子。

非平衡載流子（8學時）：

掌握非平衡載流子的注人與復合，非平衡載流子的壽命，準費米能級，復合理論，陷阱效應，載流子的擴散運動、愛因斯坦關(guān)系，理解連續(xù)性方程。

p-n結(jié)（0學時）：

了解p-n結(jié)及能帶圖，p-n結(jié)的電流電壓特性，p-n結(jié)電容，p-n結(jié)擊穿和p-n結(jié)隧道效應。

異質(zhì)結(jié)（0學時）：

了解異質(zhì)結(jié)及其能帶圖和異質(zhì)結(jié)的電流輸運機構(gòu)。金屬和半導體的接觸（10學時）：

掌握金屬和半導體接觸的整流理論。理解少數(shù)載流子的注人，歐姆接觸。

半導體表面理論（10學時）：

掌握表面態(tài)、表面電場效應，MIS結(jié)構(gòu)的電容一電壓特性，理解硅一二氧化硅系統(tǒng)，表面電導及遷移率。

半導體磁效應（1學時）：

掌握霍耳效應。

為鞏固課堂講授的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力．每章講完后，需布置一定分量的課外作業(yè)。必做題約40道，選做題平均每章3－5題。

2.實驗教學（12學時）

“ 半導體物理實驗 ” 包括了六個實驗，MOS結(jié)構(gòu)高頻C－V特性測試、MOS結(jié)構(gòu)準靜態(tài)C－V特性測試、MOS結(jié)構(gòu)中可動電荷測試、霍爾效應、橢偏法測SiO2 層的厚度及折射率、及參數(shù)測試以及高頻光電導衰減法測量Si單晶少子壽命。教師根據(jù)實驗設(shè)備數(shù)量選做四個實驗。

教師在課堂講解每個實驗的基本原理、測試內(nèi)容及實驗要求，交待實驗注意事項。?

學生分組做實驗，每組2人。要求學生必須自已動手做實驗，獨立處理實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告，回答思考題。

三、建議教材和參考資料

1.教材：（半導體物理學），西安交大劉恩科主編

2.參考資料：

（1）Fundamental of Solid-State Electronics，Chih-Tang Sah（U.S.A.）

（2）《半導體物理學》，葉良修編

（3）《半導體物理學》，顧祖毅編

（4）《半導體物理實驗指導書》，自編講義

第五篇：高一物理半導體教案

第十二節(jié) 電阻的測量（2）

教學目的：（1）掌握伏安法測電阻的原理，方法。

（2）了解歐姆表的基本構(gòu)造，簡單原理和測量電阻的方法。教 具：萬用表一個，電阻若干

課時安排：伏安法1課時；歐姆表法1課時.教學過程：

引入新課：電阻值是導體的一個重要特性，測量導體的電阻值有很多用途，我們發(fā)展了許多測量電阻值的方法?，F(xiàn)在只介紹其中的兩種方法：伏安法和歐姆表法。

新課教學: 1.伏安法:(1)一般地說,一個物理量的定義就告訴了我們測量它的方法.伏安法測電阻是根據(jù)電阻的定義來的.設(shè) 問: 電阻是如何定義的?(要求學生回答R=U/I)說 明: 根據(jù)定義可知只要測出電阻兩端的電壓UR和通過電阻的電流IR就可以算出電阻值Rx=UR/IR..這種測量電阻的方法叫做伏安法.(注意:用符號UR,IR是為了準確表達電阻上的電壓和電阻中通過的電流)(2)具體測量時應在待測電阻Rx上加一電壓,再用伏特表,安培表測電壓,電流.(引導學生畫出圖甲和圖乙所示的兩種測量電路)指 出:（甲）圖叫安培表外接法，（乙）圖叫安培表內(nèi)接法。

說 明： 我們認為待測電阻值就等于電壓表讀數(shù)

與安培表讀數(shù)之比.設(shè) 問:（甲）（乙）兩圖測量的電阻值相同嗎? 引導學生討論,總結(jié)討論結(jié)果時明確下述問題.按照定義Rx=UR/IR 但實際上電壓表,電流表都有一定的電阻.對(甲)圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻兩端的電壓UR,即UV=UR.安培表指示的電流IA等于通過電阻和伏特表電流之和,即IA=IR+IV.故(甲)圖測得的電阻值Rx甲=UV/IA=UR/(IR+IV)＜待測電阻的真實值Rx=UR/IR

即RX甲＜Rx.對（乙）圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻和安培表的電壓之和,即UV=UR+UA.安培表指示的電流等于通過電阻的電流,即IR=IA.故（乙）圖測得的電阻值Rx乙=UV/IA=(UR+UA)/IR＞電阻的真實值Rx

即Rx乙＞Rx.設(shè)問(甲)（乙）兩圖的測量都有誤差,為了減小誤差我們應該選(甲)圖還是選（乙）圖的電路來測量呢? 要求學生根據(jù)上述思想得到結(jié)論: RX＜＜RV時：用(甲)圖電路測量誤差小,且總是偏小.RX＞＞RA時：用（乙）圖電路測量誤差小,且總是偏大.(3)例題分析: 設(shè)已知伏特表電阻RV=5000歐,安培表電阻RA=0.2000歐

①待測電阻RX約為幾歐,應采用哪個電路圖來測理電阻?(甲)如電壓表示數(shù)為2.50伏,電流表示數(shù)為0.50安,則Rx的測量值是多少?(5.0歐)RX的準確值是多少?(5.01歐)②若待測電阻RX約為幾百歐,應采用哪個電路圖來測量?(乙)如電壓表示數(shù)為16.0伏,安培表示數(shù)為0.080安.求RX的測量值和準確值(200歐；199.8歐)作

業(yè)：《高二物理》P62（1）（2）

2．歐姆表

提出：伏安法測電阻的缺點除了測量原理上帶來的誤差外，還要同時應用兩個電表：電壓表和安培表，也不方便.實際中常用歐姆表粗測電阻值.(1)歐姆表測電阻的原理:是閉合電路歐姆定律.如圖所示:I=ε/(r+Rg+Rx).如已知電池電動勢ε,內(nèi)電阻r,電流表內(nèi)阻Rg,則只要測電流I就可算出待測電阻值Rx.(2)歐姆表的基本構(gòu)造: 如圖所示:電池(ε,r)與電流表(Rg),可變電阻(R)串聯(lián).紅表筆接電池負極 黑表筆通過R,Rg接電池正極.Ⅰ:紅黑表筆短路時 Rx=0,調(diào)整R使電表滿偏.Ig=ε/(Rg+r+R)電流表指針滿偏時 表明Rx=0 我們把Rg+r+Rx叫歐姆表的中值電阻R內(nèi) Ⅱ:紅黑表筆不接觸時

I=0指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),即指著電流表的零點.Rx=∞ Ⅲ:紅黑表筆間接上待測電阻Rg時

電流I=ε/Rg+R+r+Rx 已知ε和R內(nèi),測出I就可算出Rx Rx改變,I隨著改變.可見每一個Rx值都有一個對應的電 流值I.如果我們在刻度盤上直接標出與I對應的電阻Rx 的值,那么只要用紅黑表筆分別接觸待測電阻的兩端,就可 以從表盤上直接讀出它的阻值.說明:歐姆表的刻度值與伏特表和安培表不同.歐姆表是反刻 度的.指針滿偏時Rx=0,指針不動時Rx=∞；歐姆表的刻度不 均勻.(3)使用方法: 選擇合適檔位: 根據(jù)Rx的估計值選擇合檔位使指針在中點附

近,這樣測量值精確些.(改變中值電阻)調(diào) 零: 紅黑表筆短路,調(diào)整調(diào)零電阻使指針滿偏.測量 讀數(shù): 說明:用歐姆表來測電阻是很方便的,但是電池用久了,它的電 動勢和內(nèi)電阻都要變化,那時歐姆表指示的電阻值,誤差就相 當大了,所以歐姆表只能用來粗測電阻.用歐姆表測量電阻時,一定要使被測電阻同其它電路脫離開.作 業(yè):預習《高二物理實驗報告》練習用多用電表測量電阻