2020 半导体物理学(北京工业大学) 最新满分章节测试答案

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本课程起止时间为:2020-09-27到2021-02-09
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【作业】第一章 半导体中的电子状态 第一章单元作业

1、 问题:  什么是晶体？常见的半导体结构有哪些？并举例说明。硅的晶格常数为0.543102 nm，锗的晶格常数为0.565791nm，估算硅和锗每立方厘米体积内的原子数。
评分规则: 【 晶体的定义； 列出半导体常见的晶体结构，并举例。每立方厘米体积内硅的原子个数为5×,每立方厘米体积内锗的原子个数为4.42×
】

2、 问题:画出立方晶系中<100>、<110>、<111>等所有同类型晶相和[100]、[110]、[111]等所有同类型晶面，它们各有多少个？
评分规则: 【
】

3、 问题:在如图所示的面心立方结构中，A、B、C、D为其中一个正四面体的四个顶点。它们的坐标分别是（1/2,0,1/2）, （0, 1/2,0）,（1/2, 1/2, 0）, （0,0,0）；a、b、g、d分别是它们相对的四个面的中点。请在如下的三角形图中标明：（1） a、b、g、d所在晶面的晶面指数；（2）箭头所在的各个晶向；
评分规则: 【

】

第二章 半导体中的电子态 第二章单元测验

1、 问题:电子共有化运动指的是（）。 A 电子在晶体中各处出现的概率相同。B 电子在晶胞中各处出现的概率相同。C 电子在晶体中各元胞对应点处出现的概率相同。D 电子在晶体中各元胞对应点有相同的相位。
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【C】

2、 问题:重空穴是指（）。A 质量较大的原子组成的半导体中的空穴。B 价带顶附近曲率半径较大的等能面上的空穴。C 价带顶附近曲率半径较小的等能面上的空穴。D 自旋-轨道耦合分裂出来的能带上的空穴。
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【B】

3、 问题:有效复合中心的能级靠近（）。A 禁带中部  B 导带  C 价带   D费米能级
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【A】

4、 问题: 把磷化镓在氮气氛围中退火，会有氮取代部分磷，这会在磷化镓中出现（）A  改变禁带宽度  B 产生复合中心  C 产生空穴陷阱 D 产生等离子陷阱。
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【D】

5、 问题: 如果一半导体的导带中发现电子的几率为零，那么该半导体必定（）。A 不含施主杂质   B 不含受主杂质  C 不含任何杂质  D 处于绝对零度
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【D】

6、 问题:同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数是乙的3/4，mn*/m0的值是乙的2倍，那么用类氢模型计算的结果是（）。A 甲的施主杂质电离能是乙的8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/4B 甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9C 甲的施主杂质电离能是乙的16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3D 甲的施主杂质电离能是乙的32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【D】

7、 问题: 如果杂质既有施主的作用也有受主的作用，则这种杂质称为（）。A 施主 B 受主 C 复合中心 D 两性杂质
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【D】

8、 问题:硅中掺金的工艺主要用于制备（）器件。A 高可靠性   B 高反压   C  高频    D 大功率 
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【C】

【作业】第二章 半导体中的电子态 第二章单元作业

1、 问题:1、设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量Ev(k)分别为M0为电子惯性质量，k1= 1/2a，a=0.31nm，试求：（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；
评分规则: 【



】

2、 问题: 已知一维晶体的电子能带可写成E(k)=E0[0.4+0.1cos(2ka)-0.5cos(ka)]，其中E0=6eV。晶格常数a＝3×10^-10m(1)画出E-k关系曲线。(2)求能带的宽度。(3)求能带底部和顶部的有效质量。
评分规则: 【


】

3、 问题:对于下述两种晶体，求能量E到E＋dE间得状态数。
评分规则: 【

】

4、 问题:叙述半导体中电子运动的特点。比较与真空中有什么不同？
评分规则: 【 （1）半导体中电子的运动特点：1.电子在以晶格常数为周期的周期势场中运动2.波函数是布洛赫波的形式3.能量状态呈能带状4.状态k取值不再连续变化，受到了周期性边界条件的限制
（2）真空电子的运动特点：1.电子自由运动2.具有波粒二象性3.电子在真空中的波矢量k是连续的4.能谱连续
】

【作业】第三章平衡载流子浓度 第三章单元作业

1、 问题:试证明实际硅、锗中导带底附近状态密度公式为
评分规则: 【
】

2、 问题:(1)在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×10^19cm^-3，Nv=5.7×10^18cm^-3，试求锗的载流子有效质量mn和mp。计算77K时的Nc和Nv。 已知300K时，Eg=0.67eV。77K时，Eg=0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。(2)77K时，锗的电子浓度为10^17cm^-3，假设受主浓度为零，而Ec-ED=0.01eV，求锗中施主浓度ND为多少？
评分规则: 【

】

3、 问题:对掺某种受主杂质的p型Si，在77K时费米能级处于价带顶和受主能级的正中间。求此时受主杂质的浓度。
评分规则: 【
】

4、 问题:含施主浓度ND=2×10^15cm^-3，受主浓度NA=10^15cm^-3的Si样品，求温度为300K和500K时该样品的载流子浓度及费米能级位置。
评分规则: 【
】

5、 问题:已知一块半导体材料的掺杂浓度Nd=2×10^13cm^-3，Na=0，它的本征载流子浓度为ni=2×10^13cm^-3。假设完全电离。求热平衡状态下，多数载流子浓度和少数载流子浓度。
评分规则: 【
】

6、 问题:杂质原子在晶体中有几种存在方式？什么是杂质的激活？哪种杂质方式是激活的？
评分规则: 【 杂质原子在晶体中有两种存在方式：替位式杂质和间隙式杂质。杂质的激活是指杂质原子中受杂质原子束缚的电子脱离杂质原子的束缚而成为晶体中的自由电子，亦即束缚电子由杂质能级被激发到晶体能带。其中，替位式杂质是激活的。
】

7、 问题:什么是施主杂质和受主杂质？什么是施主能级和受主能级？
评分规则: 【 能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质；（3分）能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质成为受主杂质。（3分）被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级；（2分）被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。（2分）
】

8、 问题:讨论由杂质向导带提供电子和由价带跃迁向导带提供电子的区别和相同？
评分规则: 【 相同：两者都可以提供导电电子，增加半导体导电性。（4分）区别：前者一般只需极小的杂质电离能就可使电子脱离杂质原子的束缚而成为导电电子，而后者需要≥Eg的能量才可以向导带提供电子。杂质向导带提供电子后成为不导电的杂质离子，并不会向价带同时提供一个空穴；而由价带跃迁向导带提供电子的同时也在价带产生了一个空穴，即电子和空穴是成对产生的。（6分）
】

第三章平衡载流子浓度 第三章单元测验

1、 问题:1. 根据质量作用定律表达式n0p0=，下面正确的说法是（  ）。A. 温度一定，材料一定，非简并半导体的载流子浓度乘积n0p0一定，与所含杂质无关B. 温度一定，材料一定，半导体的载流子浓度乘积一定，与简并与否及所含杂质无关C. 温度一定，材料一定，半导体的本征载流子浓度ni一定，ni的值取决于EgD. 对确定的半导体材料，其本征载流子浓度ni取决于温度，因为Eg具有负温度系数E. 温度一定，不同半导体材料的本征载流子浓度ni不同是因为Eg各不相同
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
E:E
答案: 【A】

2、 问题:2. 本征半导体是指（  ）的半导体。A. 不含杂质和缺陷                                    B. 电阻率最高C. 电子浓度和空穴浓度相等 D. 电子浓度和本征载流子浓度相等
选项：
A:A
B:B
C:C
D:D
答案: 【A】

3、 问题:3. 对于一定的n型半导体材料，温度一定时，减少杂质浓度，将导致（  ）靠近Ei。A. Ec                                             B. Ev                           C. Eg                           D. EF
选项：
A:A
B:B
C:C