【半导体物理学(刘恩科第七版)课后习题解第五章习题及答案】在学习《半导体物理学》这门课程时，第五章的内容是理解半导体材料中载流子行为、电导机制以及能带结构的重要章节。作为刘恩科教授所著的《半导体物理学》第七版教材的一部分，第五章主要围绕半导体中的载流子输运现象展开，包括漂移、扩散、电导率计算、载流子寿命和迁移率等关键概念。
为了帮助学生更好地掌握本章知识点，以下是对该章节部分典型习题的解析与解答，旨在加深对理论知识的理解，并提升解题能力。
一、第五章核心知识点回顾
1. 载流子的漂移与扩散
- 漂移电流是由外加电场引起的载流子定向运动产生的。
- 扩散电流则是由于载流子浓度梯度导致的自由扩散过程。
2. 电导率公式
半导体的总电导率由电子和空穴的贡献组成：
$$
\sigma = q(n\mu_n + p\mu_p)
$$
其中，$ n $ 和 $ p $ 分别为电子和空穴的浓度，$ \mu_n $ 和 $ \mu_p $ 为它们的迁移率。
3. 载流子寿命与复合机制
载流子在半导体中存在一定的寿命，其长短取决于材料类型及杂质含量。常见的复合机制包括直接复合、间接复合和俄歇复合。
4. 迁移率与温度的关系
迁移率随温度变化而变化，通常在低温下受晶格振动影响较小，而在高温下则因声子散射增强而降低。
二、典型习题解析
例题1：已知某硅样品中电子浓度为 $ 5 \times 10^{15} \, \text{cm}^{-3} $，空穴浓度为 $ 1 \times 10^{10} \, \text{cm}^{-3} $，电子迁移率为 $ 1500 \, \text{cm}^2/(\text{V}\cdot\text{s}) $，空穴迁移率为 $ 450 \, \text{cm}^2/(\text{V}\cdot\text{s}) $，求其电导率。
解题思路：
根据电导率公式：
$$
\sigma = q(n\mu_n + p\mu_p)
$$
代入数值：
$$
\sigma = 1.6 \times 10^{-19} \times (5 \times 10^{15} \times 1500 + 1 \times 10^{10} \times 450)
$$
$$
= 1.6 \times 10^{-19} \times (7.5 \times 10^{18} + 4.5 \times 10^{12})
$$
$$
= 1.6 \times 10^{-19} \times 7.50045 \times 10^{18}
$$
$$
\approx 1.2 \, \text{S/cm}
$$
例题2：在非平衡条件下，若某一区域的少数载流子浓度比热平衡值高出 $ 10\% $，试估算其寿命。
解题思路：
当少数载流子浓度高于热平衡值时，说明其处于非平衡状态，此时载流子寿命可以通过以下关系估算：
$$
\Delta n = n_0(1 + \delta) \quad (\delta \ll 1)
$$
假设 $ \delta = 0.1 $，则可以利用载流子寿命公式进行估算。具体计算需结合材料特性，例如掺杂浓度、温度等因素。
三、学习建议
1. 注重公式的推导过程
不要只记住公式，应理解其物理意义及适用条件。
2. 多做习题以巩固知识
通过反复练习，能够提高对电导率、迁移率、载流子寿命等概念的理解。
3. 结合实验数据进行分析
实验中测得的载流子迁移率、寿命等参数可以帮助验证理论模型。
四、结语
第五章是《半导体物理学》中非常重要的内容，涵盖了半导体中载流子的行为规律及其对电学性能的影响。通过对本章习题的深入思考与解答，不仅有助于掌握基本概念，还能为后续学习如PN结、晶体管等打下坚实基础。
希望以上解析能对大家的学习有所帮助，也欢迎进一步探讨相关问题。
