半导体器件物理复习题

?Na?Na?pa是热平衡时，受主能级上已经电离的受主杂质； ?Nd?Nd?nd是热平衡时，施主能级上已经电离的施主杂质；

Na是受主掺杂浓度；Nd是施主掺杂浓度；pa是占据受主能级的

空穴浓度；nd是占据施主能级的电子浓度。也可以将（1）写成：

n0?(Na?pa)?p0??Nd?nd??2?

在完全电离时的电中性条件： 完全电离时，nd?0,pa?0，有n0?Na?p0?Nd?3?

对净杂质浓度是N型时，热平衡时的电子浓度是

N?Na?N?Na?2n0?d??d??ni22??2?4?； ni2少子空穴浓度是：p0?n0。 对净杂质浓度是P型时，热平衡时的空穴浓度是

N?Nd?N?Nd?2p0?a??a??ni22??2?5?； ni2少子电子浓度是：n0?p0。 理解题：

23.结合下图，分别用语言描述N型半导体、P型半导体的费米能级在能带中的位置：

24.费米能级随掺杂浓度是如何变化的？ 利用n0?niexp??EF?EFi???kT??E?EFi?p0?niexp??F可分别求出： ?kT???n?EF?EFi?kTln?0??ni??p?;EFi?EF?kTln?0??ni??6? 如果掺杂浓度Na??ni，且Na??Nd利用（5）式得到，p0?Na； 如果掺杂浓度Nd??ni，且Nd??Na利用（4）式得到，n0?Nd；

带入（6）式得：

?N?EF?EFi?kTln?d??ni??N?;EFi?EF?kTln?a??ni??7? 所以，随着施主掺杂浓度Nd的增大，N型半导体的费米能级EF远离本征费米能级EFi向导带靠近（为什么会向导带靠近？）；同样，随着受主掺杂浓度Na的增大，P型半导体的费米能级EF远离本征费米能级EFi向价带靠近（为什么会向价带靠近？）。 25.费米能级在能带中随温度的变化？ 由于，EF?EFi?kTln??Nd??n?i??N?;EFi?EF?kTln?a??ni??8? 温度升高时，本征载流子浓度ni增大，N型和P型半导体的费米

能级都向本征费米能级靠近。为什么？ 26.硅的特性参数： 在室温（T?300K时，）硅的 导带有效状态密度Nc?2.8?1019cm?3, 价带的有效状态密度Nv?1.04?1019cm?3； 本征载流子浓度：ni?1.5?1010cm?3 禁带宽度（或称带隙能量）Eg27. 常用物理量转换单位

1A?10?1nm?10?4?m?10?7mm?10?8cm?10?10m1mil?10?3in?25.5?m1in?25.4cm1eV?1.6?10?19Jo?1.12eV

28.常用物理常数：

Boltzmann,sconstantElectronicchargeFreeelectronrestmassPermeabilityoffreespacePermittivityoffreespacePlanck,sconstantk?1.38?10?23J/K?8.62?10?5eV/Ke?1.6?10?19Cm0?9.11?10?31kg?0?4??10?7H/m?0?8.85?10?14F/cm?8.85?10?12F/mh?6.625?10?34J?s?4.135?10?15eV?shh??1.054?10?34J?s2?M?1.67?10?27kgProtonrestmassSpeedoflightinvacuumc?2.998?1010cm/skTThermalvoltage(T?300K)Vt??0.0259VekT?0.0259eV

SiliconandSiO2properties(T?300K)SiliconDieelectricconstantSiO2DieelectricconstantSiliconBandgapenergeySiliconMobilityofeletronSiliconMobilityofHoleSiliconelectronaffinity?si?11.7?8.85?10?14F/cm?ox?3.9?8.85?10?14F/cmEg?1.12eV?n?1350cm/V?s?p?480cm2/V?s??4.01V2

Siliconintrnsiccarriercondentrationni?1.5?1010cm?3PropertiesofSiO2andSi3N4(T?300K)SiO2EnergygapDielectricconstantMeltingpoint?9eV3.9?17000CSi3N44.7eV7.519000C

29.电离能的概念：

受主能级与价带能量的差值称谓受主杂质电离能,即Ea?Ev； 导带能量与施主能级的差值称谓施主杂质电离能,即Ec?Ed； 问：

受主能级Ea在能带中的什么位置？ 施主能级Ed在能带中的什么位置？ 结合下图用语言描述。