3－7．（P 81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc ＝1.05×1019cm －3，Nv ＝5.7×1018cm －3，试求锗的载流子有效质量m n *和m p *。
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。
②77k ，锗的电子浓度为1017cm －3，假定浓度为零，而Ec －E D ＝0.01eV,求锗中施主浓度N D 为多少？[解] ①室温下，T=300k （27℃）,k 0=1.380×10-23J/K ，h=6.625×10-34J·S，对于锗：Nc ＝1.05×1019cm －3，Nv=5.7×1018cm －3： ﹟求300k 时的Nc 和Nv ： 根据（3－18）式：Kg T k Nc h m h T k m Nc n n 312332192340322*3230*100968.53001038.114.32)21005.1()10625.6(2)2()2(2---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=⇒⋅=ππ根据（3－23）式：Kg T k Nv h m h T k m Nv p p 312332182340322*3230*1039173.33001038.114.32)2107.5()10625.6(2)2()2(2---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=⇒⋅=ππ﹟求77k 时的Nc 和Nv ：19192323'233230*3230*'10365.11005.1)30077()'(;)'()2(2)'2(2⨯=⨯⨯===⋅⋅=c c n n c c N T T N T T h T k m h T k m N N ππ 同理：17182323'1041.7107.5)30077()'(⨯=⨯⨯==v vN T T N﹟求300k 时的n i ：1318190211096.1)052.067.0exp()107.51005.1()2exp()(⨯=-⨯⨯⨯=-=T k Eg NcNv n i 求77k 时的n i ：72319181902110094.1)771038.12106.176.0exp()107.51005.1()2exp()(---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-=T k Eg NcNv n i ②77k 时，由（3－46）式得到：Ec －E D ＝0.01eV ＝0.01×1.6×10-19；T ＝77k ；k 0＝1.38×10-23；n 0＝1017；Nc ＝1.365×1019cm -3；；＝＝－16192231917200106.610365.12)]771038.12106.101.0exp(10[2)]2exp([⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=-Nc T k E Ec n N D D [毕] 3－8．（P 82）利用题7所给的Nc 和Nv 数值及Eg ＝0.67eV ，求温度为300k 和500k 时，含施主浓度N D ＝5×1015cm -3，受主浓度N A ＝2×109cm -3的锗中电子及空穴浓度为多少？ [解]1) T ＝300k 时，对于锗：N D ＝5×1015cm -3，N A ＝2×109cm -3：3130211096.1)2exp()(-⨯=-=cm Tk EgNcNv n i ； 159150105102105⨯≈⨯-⨯=-=A D N N n ； i n n >>0；1015213020107.7105)1096.1(⨯≈⨯⨯==n n p i ； 2）T ＝300k 时：eV T T Eg Eg 58132.023550050010774.47437.0)0()500(242≈+⨯⨯-=+⋅-=-βα；查图3-7(P 61)可得：16102.2⨯≈i n ，属于过渡区，162122010464.22]4)[()(⨯=+-+-=iA D A D n N N N N n ；1602010964.1p ⨯==n n i 。
（此题中，也可以用另外的方法得到n i ：)2exp()(500300)(500300)(0212323300'2323300'Tk EgNcNv n Nv N Nc N i k vk c-=⨯=⨯=；；求得n i ）[毕] 3－11．（P 82）若锗中杂质电离能△E D ＝0.01eV ，施主杂质浓度分别为N D ＝1014cm -3及1017cm -3，计算(1)99%电离，(2)90%电离，(3)50%电离时温度各为多少？ [解]未电离杂质占的百分比为：DD D D N NcD T kE T k E Nc N D 2_lnexp 2_00＝∆⇒∆=； 求得：116106.11038.101.019230=⨯⨯⨯=∆--T k E D ； )/(102)2(2323153230*cm T h k m Nc n ⨯==π∴)_10ln()2102_ln(2_ln 11623152315T D N N T D N Nc D T DD D =⨯⨯⨯==(1) N D =1014cm -3，99%电离，即D_=1-99%=0.013.2ln 23)10ln(116231-==-T T T即：3.2ln 23116-=T T 将N D =1017cm -3，D_=0.01代入得：10ln 4ln 2310ln 116234-==T T T 即：2.9ln 23116-=T T (2) 90%时，D_=0.131410-=cm N DDD N NcT k E 21.0ln0=∆ 2314231510ln 21021.0ln 116T N T N T DD =⨯⨯= 即：T T ln 23116= N D =1017cm -3得：10ln 3ln 23116-=T T 即：9.6ln 23116-=T T ； (3) 50％电离不能再用上式 ∵2DD D N n n ==+即：)exp(21)exp(21100Tk E E N T k E E N F D DF D D --+=-+∴)exp(4)exp(00Tk E E T k E E FD F D --=- Tk E E T k E E FDF D 004ln --=- 即：2ln 0T k E E D F -=2)exp(00D F c NT k E E Nc n =--= 取对数后得：NcNT k T k E E D D C 2ln 2ln 00=+--整理得下式：Nc N T k E D D 2ln 2ln 0=-∆-∴ NcNT k E D D ln 0=∆- 即：DD N NcT k E ln0=∆ 当N D ＝1014cm -3时，20ln ln 23)20ln(10102ln 11623142315+==⨯⨯=T T T T 得3ln 23116+=T T 当N D ＝1017cm -3时9.3ln 23116-=T T 此对数方程可用图解法或迭代法解出。
[毕] 3－14．（P 82）计算含有施主杂质浓度N D ＝9×1015cm -3及受主杂质浓度为1.1×1016cm -3的硅在300k 时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。
[解]对于硅材料：N D =9×1015cm -3；N A ＝1.1×1016cm -3；T ＝300k 时 n i =1.5×1010cm -3：3150102-⨯=-=cm N N p D A ；353162100010125.1cm 102.0)105.1(--⨯=⨯⨯==cm p n n i ∵D A N N p -=0且)(exp Nv 00TK E E p FV -⋅=∴)exp(0Tk E E Nv N N F V DA -=-∴eV Ev eV Ev Nv N N T k Ev E D A F 224.0)(101.1102.0ln 026.0ln19160-=⨯⨯-=--= [毕] 3－18．（P 82）掺磷的n 型硅，已知磷的电离能为0.04eV ，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。
[解]n 型硅，△E D ＝0.044eV ，依题意得：D D N n n 5.00==+∴D FD DN Tk E E N 5.0)exp(210=--+∴21)exp(2)exp(2100=--⇒=--+T k E E T k E E F D F D ∴2ln 2ln 21ln000T k E E E E T k T k E E F C C D F D =-+-⇒=-=-∵044.0=-=∆D C D E E E∴eV T k E E T k E E C F C F 062.0044.02ln 044.02ln 00=--=-⇒--=)(1016.5)026.0062.0exp(108.22)exp(2318190-⨯≈-⨯⨯=--=cm T k E E N N F C C D [毕] 3－19．（P 82）求室温下掺锑的n 型硅，使E F ＝(E C ＋E D )/2时的锑的浓度。
已知锑的电离能为0.039eV 。
[解]由2DC F E E E +=可知，E F >E D ，∵EF 标志电子的填充水平，故ED 上几乎全被电子占据，又∵在室温下，故此n 型Si 应为高掺杂，而且已经简并了。
∵eV E E E D C D 039.0=-=∆T k E E E E E DC C F C 02052.00195.02=<=+-=- 即200<-<Tk E E FC ；故此n 型Si 应为弱简并情况。
∴)exp(21)exp(21000Tk E N T k E E N n n DDD F D D ∆+=-+==+∴)(106.6)026.00195.0()]026.00195.0exp(21[108.22)026.00195.0()]026.0039.0exp()026.00195.0exp(21[2)()]exp()exp(21[2)()]exp(21[2319211921021000210-⨯≈-⨯+⨯⨯=-⨯-+=-⨯∆-+=-⨯-+=cm F F NcT k E E F T k E T k E E NcT k E E F T k E E Nc N C F D c F C F DF D ππππ其中4.0)75.0(21=-F [毕]3－20．（P 82）制造晶体管一般是在高杂质浓度的n 型衬底上外延一层n 型的外延层，再在外延层中扩散硼、磷而成。