精品解析：河南省郑州基石中学2022-2023学年高一下学期竞赛期中物理试题

2022-2023郑州基石中学高一下物理竞赛期中试题 一、填空（每空1分，共27分） 1. 纯净半导体Si中掺Ⅲ族元素杂质，当杂质电离时从Si中夺取___________，在Si晶体的共价键中产生了一个___________，这种杂质称___________杂质；相应的半导体称___________型半导体。 2. 当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做___________运动；半导体存在电势差时，载流子将做___________运动，其运动速度正比于___________，比例系数称为___________。 3. np>ni2意味着半导体处于___________状态，其中n=___________；p___________。这时半导体中载流子存在净复合还净产生？___________。 4. 半导体中浅能级杂质主要作用是___________；深能级杂质所起的主要作用___________。 5. 非平衡载流子通过___________而消失，___________叫做寿命τ，寿命τ与___________在___________中的位置密切相关，当___________寿命τ趋向最小。 6. 半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是___________和___________。前者在___________下起主要作用，后者在___________下起主要作用。 7. 半导体中掺杂浓度很高时，杂质电离能___________（增大、减小、不变？），禁带宽度______________________（增大、减小、不变？）。 8. p-n结电容包括___________电容和___________电容，在反向偏压下，___________电容起主要作用。 二、简要回答（共40分） 9. 什么是直接复合？什么是间接复合？试述它们在半导体器件中的作用。 10. 何谓非简并化半导体？何谓简并化半导体？ 11. 下图分别是半导体材料Si、Ge、GaAs的能带结构示意图。 （1）请指出图a、图b、图c分别对应何种材料，您判断的依据是什么？ （2）在三幅图中，价带对于同一个K，E（K）可以有两个值，表明对应两种有效质量不同的空穴，即重空穴和轻空穴。试指出曲线1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？ 12. 当GaAs样品两端加电压时，样品内部便产生电场E。电子的平均漂移速度vd随电场的变化关系如下图所示，请解释之。 13. 若在掺有受主杂质NA的p型衬底上采用扩散工艺又掺入一层浓度为ND施主杂质，且ND>>NA，本征载流子浓度为ni。 （1）写出接触电势差VD的表达式； （2）画出平衡时p-n结的能带图，请问p区和n区哪边的势垒宽度宽？ （3）说明外加正向偏置时，正向扩散电流的主要成分是电子电流还是空穴电流？ （4）若外加正向电压为Vf时，分别写出注入p区和n区的载流子浓度？ 三、计算（共33分） 14. 早期锗硅等半导体材料常利用测其电阻率的办法来估计纯度，若测得室温下电阻率为10，试估计N型锗的纯度，并讨论其局限性。（300K较纯锗样品的电子迁移率，锗原子密度d=4.421022cm-3，电量e=1.610-19A。s）。 15. 一个半导体棒，光照前处于热平衡态，光照后处于稳定态的条件，分别由下图给出的能带图来描述。设室温（300K）时的本征载流子浓度ni=1010cm-3，试根据已知的数据确定： （1）热平衡态电子和空穴浓度n0和p0； （2）稳定态的空穴浓度p； （3）当棒被光照射时，“小注入”条件成立吗？试说明理由。 16. 如图所示，一个很长的掺杂均匀的n型半导体样品，其中心附近长度为2a的范围内被一稳定光照射，假定光均匀的穿透样品，电子-空穴对的产生率为G。（少子的连续性方程为） （1）写出整个样品在小注入条件下少数载流子方程表达式 （2）写出边界条件 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2022-2023郑州基石中学高一下物理竞赛期中试题 一、填空（每空1分，共27分） 1. 纯净半导体Si中掺Ⅲ族元素杂质，当杂质电离时从Si中夺取___________，在Si晶体的共价键中产生了一个___________，这种杂质称___________杂质；相应的半导体称___________型半导体。 【答案】 ①. 电子 ②. 空穴 ③. 受主 ④. P型 【解析】 【详解】纯净半导体Si中掺Ⅲ族元素的杂质，当杂质电离时从Si中夺取电子，在Si晶体的共价键中产生了一个空穴，这种杂质称受主杂质；相应的半导体称P型型半导体。 2. 当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做___________运动；半导体存在电势差时，载流子将做_