题目内容

6.有一块长条形的纯净半导体硅,其横截面积为2.5cm2,通有电流2mA时,其内自由电子定向移动的平均速率为7.5×10-5m/s,空穴定向移动的平均速率为2.5×10-5m/s.已知硅的密度为2.4×103kg/m3,原子量是28,电子的电荷量大小为e=1.6×10-19C,若一个硅原子至多只释放一个自由电子,试估算此半导体材料中平均多少个硅原子中才有一个硅原子释放出自由电子?阿伏伽德罗常数为N0=6.02×1023mol-1.

分析 半导体中每放出一个电子则形成一个空穴,二者的移动均可以形成电流,根据电流的定义可明确电子的数目;再根据阿伏加德罗常数可求得有多少个硅原子才放出一个电子.

解答 解:设此半导体单位体积内有n个自由电子,同时也将有n个空穴;以S表示截面积体积,v1,v2分别表示半导体中空穴和自由电子的定向移动速率,I1和I2分别表示半导体中空穴和自由电子形成的电流,则有:
I1=nev1s
I2=nev2s
总电流I=I1+I2
由此可得:n=$\frac{I}{e{v}_{1}s+e{v}_{2}s}$
即单位体积内应有n个硅原子放出一个自由电子;而单位体积内硅 原子的个数N=$\frac{ρ}{M}{N}_{A}$
则$\frac{n}{N}$=$\frac{\frac{I}{e{v}_{1}s+e{v}_{2}s}}{\frac{ρ{N}_{A}}{M}}$=$\frac{IM}{ρ{N}_{A}es({v}_{1}+{v}_{2})}$
代入数据解得:$\frac{n}{N}$=1×10-5;
则说明每1×105个原子才放出一个自由电子;
答:每1×105个原子才放出一个自由电子;

点评 本题考查电流的形成以及阿伏加德罗常数的应用,要注意明确半导体的怀质,明确空穴也能形成电流;本题相当于是正负电荷同时移动形成的电流.

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