微電子器件與ic設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二版第1章習(xí)題

1、第一章第一章思考題：思考題：1.1簡單解釋原子能級(jí)和晶體能帶之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：答：在孤立原子中，原子核外面的電子受到這個(gè)原子核所帶正電荷的作用，按其能量的大小分布在不同的電子軌道上繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。原子中不同軌道上電子能量的大小用彼此有一定間隔的橫線段組成的能級(jí)圖來表示（見圖1.1b）。能級(jí)的位置越高，表示該能級(jí)上電子的能量就越大。原子結(jié)合成晶體后，一個(gè)原子核外的電子除了受到這個(gè)原子核所帶正電荷以及核外電子所帶負(fù)電荷的作用以外，還要受到這個(gè)

2、原子周圍其它原子所帶正負(fù)電荷的作用。也就是說，晶體中的電子是在原子核的正電荷形成的周期性勢(shì)場中作如圖1.1（a）中箭頭所示的共有化運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)槿绱?，原來描述孤立原子中電子能量大小的能?jí)就被分裂成為一系列彼此相距很近的準(zhǔn)連續(xù)的能級(jí)，其形狀好似一條條反映電子能量大小的帶子，故稱之為能帶，見圖1.1（b）。1.2以硅為例，解釋什么是施主雜質(zhì)和施主能級(jí)？什么是受主雜質(zhì)和受主能級(jí)？答：答：以硅為例，見圖1.2（a），如果在單晶硅中摻入Ⅴ族元素的雜

3、質(zhì)磷（P），磷原子將取代Ⅳ族的硅(Si)原??P子的位置而成為所謂的施主雜質(zhì)。因?yàn)榱自油鈱佑形鍌€(gè)價(jià)電子，它和周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵后還多出一個(gè)電子，這個(gè)多余的電子受到磷原子核的微弱束縛力而繞著該原子核做一定半徑的圓周運(yùn)動(dòng)，它只需要吸收很小的能量（百分之幾個(gè)電子伏特）就能掙脫磷原子核的束縛而成為可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)自由電子，原來的磷原子則成為了磷離子，稱之為正電中心。???P1.5何謂少子壽命？何謂擴(kuò)散長度？二者有何聯(lián)系？答：答

4、：少數(shù)載流子從產(chǎn)生到復(fù)合整個(gè)過程中平均生存的時(shí)間稱為少子壽命，用表示。少數(shù)?載流子在其壽命期間作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所走過的平均路程稱為擴(kuò)散長度，用L表示。二者的關(guān)系為，其中，D是載流子的擴(kuò)散系數(shù)。注意：電子和空穴的擴(kuò)散長度及少子壽命?DL?是有區(qū)別的，分別用下標(biāo)小寫字母n和p表示電子和空穴的擴(kuò)散長度及少子壽命。1.6簡單解釋費(fèi)米能級(jí)和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，說明它們的主要區(qū)別。答：答：費(fèi)米能級(jí)是在熱平衡條件下用費(fèi)米分布函數(shù)來表示熱平衡系統(tǒng)中某一個(gè)能級(jí)被電子占

5、據(jù)幾率時(shí)所引入的一個(gè)能量常數(shù)，又稱之為熱平衡系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)。它不是一個(gè)真實(shí)的能級(jí)，其在能帶圖中的位置高低表示該半導(dǎo)體是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體以及半導(dǎo)體中所摻雜質(zhì)濃度的高低，如圖1.4所示。在絕對(duì)零度時(shí)，費(fèi)米能級(jí)是被電子占據(jù)的能級(jí)和未被電子占據(jù)的能級(jí)的分界線。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)是在非平衡狀態(tài)下專門用費(fèi)米分布函數(shù)來計(jì)算導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度時(shí)引入的參考能級(jí)。其中電子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)用表示，空穴的FNE準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)用表示。一般情況下，只有在系統(tǒng)達(dá)到熱平

6、衡態(tài)時(shí)才有FPEFPFNEE?。FPFNEE?習(xí)題習(xí)題1.1計(jì)算施主濃度分別為、、的硅在時(shí)的費(fèi)米能級(jí)（以本征費(fèi)米1610181031910?cmK300能級(jí)作為參考能級(jí)），對(duì)摻雜濃度相同的受主雜質(zhì)進(jìn)行同樣的計(jì)算。解：解：對(duì)施主濃度分別為、、的硅在時(shí)的費(fèi)米能級(jí)為1610181031910?cmK300????????????????????????3193183161010528.010468.010349.0105.1ln026.0ln