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SOLUTION MANUAL
Il
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,Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 3rd edition Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il IlChapter 1 Il Il
Solutions Manual Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Problem Solutions Il Il
Il
Chapter 1 Il Il
Il
Problem Solutions
Il
1.1
Il Il
FGH 4πr IJK Il 3 Il
1 atom per cell, so atom vol. = ( )1
Il
(a) fcc: 8 corner atoms × 1/8 = 1 atom Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
3
6 face atoms × ‰ = 3 atoms
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Total of 4 atoms per unit cell
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Then Il
Il
(b) bcc: 8 corner atoms × 1/8 = 1 atom 1 Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
enclosed atom = 1 atom Total of 2
Il
atoms per unit cell
Il
Il Il
Il
Il Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il
FGH Il 4πr3 IJK
Il
(c) Diamond: 8 corner atoms × 1/8 = 1 atom Il Il Il Il Il Il Il Il Il
3
6 face atoms × ‰ = 3 atoms
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Il Il IlRatio = Il 3 ×100% ⇒ Ratio = 52.4% Il Il Il Il Il Il
4 enclosed atoms = 4 atoms
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
8r (b) Il
Total of 8 atoms per unit cell
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Face-centered cubic Il
Il lattice Il d Il
=2 2 r
2
2r
3
= 16 2 r
G 3 Il
d = =4r a2⇒ a=
I
l
1.2
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il
(a) 4 Ga atoms per unit cell
Il Il Il Il Il Il Il
4
Density Il =8 3 ⇒ Il
Il Il Il Il
Il Il Il Il
Il
Unit cell vol = a3 = Il Il Il Il Il
Il c2
g
Il
5 65 10. x −Il Il Il Il Il
Density of Ga = 2.22 10x 22 cm−3 Il Il Il Il Il
Il
Il
FGH 4πr IJK Il 3 Il
Il Il Il Il Il Il Il4 As atoms per unit cell, so that
Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Il Il Il4 atoms per cell, so atom vol. = 4
Il Il Il Il Il Il Il Il Il
3
Il Il Il Il Il Il IlDensity of As = 2.22 10x Il Il Il Il Il Il
22 Il
cm−3 Il
Then Il
(b) Il
8 Ge atoms per unit cell
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
8 FGH 4πr IJK Il 3 Il
Il Il Il Il Il Il IlDensity Il =3 ⇒ Il Il
4
3
565 10. x Il
−8 g Il Il Il IlRatio =×100% ⇒ Ratio = 74% Il Il Il Il Il Il Il
16 2 r3
Density of Ge = 4.44 10x
Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
22 Il
cm−3 Il
(c) Body-centered cubic lattice
Il Il Il Il
4
G ad = 4r3=⇒ Il Il Il Il Il Il Il
3
Il Il
4 I
l
a =r
1.3
Il Il Il
Il
3
(a) Simple cubic lattice; a =2r Unit
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
cell vol = a3 = ( )2r 3 = 8r3
Il Il Il Il
Il
Il Il Il
Il
Il Il
Il 4 Il
,s and Devices: Basic Principles, 3rd edition
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Chapter 1 Il Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Problem Solutions Il Il
8
FI 3 3
8r
Il Il Il IlUnit cell vol. = a = HrK Il Il Il Il
3 Il
Il Il
3
4πr3 Ratio =
Il Il Il Il Il
3 ×100% ⇒ Ratio = 34%
Il Il Il Il Il Il Il
Il
1.4 Il
Il Il Il Il2 atoms per cell, so atom vol. =
Il Il Il Il Il Il Il 2
Il F From Problem 1.3, percent volume of fcc atoms
is 74%; Therefore after coffee is ground,
Il Il
Il
Il Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il Il
Il Il Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Volume = 0 74. cm3
J
Il Il Il Il Il Il
KI Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
1.5 Il
3 8
Then Il (a) a = 5.43 A° From 1.3d, a = Il Il Il Il Il Il Il Il Il r Il
3
a 3 (543
. ) 3
so that r = = = 118
. A°
FGH 4πr IJK Il 3 Il
8
Il
8
Il Il Il Il
2 Center of one silicon atom to center of nearest Il Il Il Il Il Il Il Il
3 neighbor = 2r ⇒ 2.36 A°
Il Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Il Il IlRatio =3 Il Il×100% ⇒ Ratio = 68% Il Il Il Il Il Il
(b) Number density
I H 3K
Il Il
4r Il Il
8 22 −3
(d) Diamond lattice Il Il Il Il Il Il Il =8 3 ⇒ Density = 5 10x Il
Il Il Il Il Il Il cm Il
8
Il Il Il IlBody diagonal = d = 8r = a Il Il Il Il Il Il Il 3⇒a= Il Il Il Il
3r Il
543 10. x Il
− g
Il
(c) Mass density
F 8r I
Il Il
3 Il Il
3
Il Il Il IlUnit cell vol. = a = H 3 K Il Il Il Il Il Il Il
N At Wt( ..)
Il Il Il b5 10x g(28 09. ) Il
22 Il Il
Il Il Il Il =ρ= Il Il = 23 ⇒ Il
NA 6 02 10. x Il Il
FH 4πr Il
3 Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il ρ = 2.33 grams cm/ Il Il Il Il
3 Il
Il
J 1.6 Il
KI
Il
(a) a = 2rA = 2 1.02( Il Il Il Il Il ) = 2.04 A°
Il Il Il Il
Il Il Il Il8 atoms per cell, so atom vol. 8
Il Il Il Il Il Il Il Il Now Il
3
Il Il Il Il 2rA + 2rB = a Il Il Il Il 3 ⇒ 2rB = 2.04 Il Il Il Il 3 − 2.04
Il Il Il
Then Il
so that rB = 0.747 A° (b) A-type; 1
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
atom per unit cell
FGH 4πr IJK
Il Il Il Il Il
Il 3 Il
1
4 Il
,s and Devices: Basic Principles, 3rd edition
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Chapter 1 Il Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Problem Solutions Il Il
=8 3 ⇒
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il
3 Il
Il Il Il IlDensity Il
Il
Il Il Il
ρ = 2.21 gmcm
/
Il
2.04 10x Il
− g
Il
1.8
Il
°
Il
(a) a 3 = 22.2
( ) + 218
() . =8 A
Density(A) =118 10. x cm
Il
23 Il
−3
so that
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il
Il Il
a = 4.62 A °
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il
Il Il Il IlB-type: 1 atom per unit cell, so Il Il Il Il Il Il Il
Density(B) =118 10. x 23 cm−3
Il Il Il Il Il Il Il Il I l Il Il Il Il Il Il Il Il
Il
Il
1 22 −3
1.7 Il
Density of A Il Il Il = 3 ⇒ 101 10.
8 Il
Il Il Il Il x cm Il
(b) Il
4.62 10x −
a = 1.8 +1.0 ⇒ a = 2.8 A°
Il
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
(c) Il
22
g
Il
−3
Il
−8
3 = 2.2810
x cm 1 22 −3
Density of B Il Il Il =⇒ 101 10. Il Il Il x cm Il
12 Il
b 4.62 10x−8 Il g
(b) Same as (a) Il Il Il
Na
(c) Same material Il Il
:
D
Il Il
en 1.9 Il
sit (a) Surface density Il Il
y 1 1
=
Il
2.8 10x
Il
Il
=2=2 ⇒ a2 Il Il
Il Il Il Il Il b4.62 10x g 2
Il Il −8
Il Il
Cl: Density (same as Na) = 2.28 10x
Il Il Il Il Il Il Il
22 Il
cm−3 Il
331 10. Il x 14 Il
cm−2 Il
Same for A atoms and B atoms
Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il Il
(d) Il (b) Same as (a) Il Il Il
Na: At.Wt. = 22.99 Cl: Il Il Il Il (c) Same material Il Il
At. Wt. = 35.45
Il Il Il Il Il
So, mass per unit cell
Il
Il Il Il Il Il
1.10 Il
1 1
1
(22.99) + (23545. ) Il Il Il
(a) Vol density = Il Il Il
3 Il
2
=
Il Il Il Il
23 = 4.85 10x−23
Il Il Il Il ao
6 02 10. x Il Il
1
Then mass density is Il Il Il Il
2
4.85 10x−23 Il
ao 2
(b) Same as (a)
ρ =8 3 ⇒
Il Il Il Il
Surface density =
Il
Il Il Il Il Il Il Il
Il Il Il Il
2.8 10x − Il g
Il
Il
1.11 Il
Sketch Il
4 Il