《半导体物理期中测验试卷朱俊》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理期中测验试卷朱俊（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体物理期中测验试卷朱俊9 / 9 作者： 日期：个人收集整理，勿做商业用途电子科技大学二零壹 三 至二零壹 四 学年第 一 学期期 中 考试 半导体物理课程考试题 卷 （ 100分钟） 考试形式： 闭卷 考试日期 2013年 10 月 29日一二三四五六七八九十合计3824830一、选择填空（含多选题）（192分）1、重空穴是指（ C ）A、质量较大的原子组成的半导体中的空穴B、价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴C、价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴D、自旋轨道耦合分裂出来的能带上的空穴2、硅的晶体结构和能带结构分别是（ C ）A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型C. 金
2、刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型3、电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（ C ）。A、各处出现的几率相同 B、各处的相位相同C、各元胞对应点出现的几率相同 D、各元胞对应点的相位相同4、本征半导体是指（ A ）的半导体。A、不含杂质与缺陷； B、电子密度与空穴密度相等；C、电阻率最高； C、电子密度与本征载流子密度相等。5、简并半导体是指（ A ）的半导体A、(EC-EF)或(EF-EV)0 B、(EC-EF)或(EF-EV)0C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子6、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015 cm-3
3、，则该半导体为（B）半导体；其有效杂质浓度约为（ E ）。A. 本征， B. n型， C. p型， D. 1.11015cm-3, E. 91014cm-37、3个硅样品的掺杂情况如下：甲含镓11017cm-3；乙.含硼和磷各11017cm-3；丙.含铝11015cm-3这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以EV为基准）的顺序是( B )A.甲乙丙； B.甲丙乙； C.乙丙甲； D.丙甲乙8、以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率n与温度的（ B ）。A、平方成正比； B、3/2次方成反比；C、平方成反比； D、1/2次方成正比；9、公式中的是载流子的（ C ）。A、散射时间； B 、寿命
4、；C、平均自由时间； C、扩散系数。10、室温下，半导体Si掺硼的浓度为1014cm-3，同时掺有浓度为1.11015cm-3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级为（G ）；将该半导体由室温度升至570K，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级为（ I ）。（已知：室温下，ni1.51010cm-3，570K时，ni21017cm-3）A、1014cm-3 B、1015cm-3 C、1.11015cm-3 D、2.25105cm-3 E、1.21015cm-3 F、21017cm-3 G、高于Ei H、低于Ei I、等于Ei11、对于一定的n型半导体
5、材料，温度一定时，减少掺杂浓度，将导致（ D ）靠近Ei；A、Ec， B、Ev， C、Eg， D、EF。12、热平衡时，半导体中的电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（C，D）有关，而与（ A，B ）无关；A、杂质浓度 B、杂质类型 C、禁带宽度， D、温度。13、当施主能级ED与费米能级EF相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（ C ）倍；A、1， B、1/2， C、1/3， D、1/4。 三、简答题（64分）1. 试说明浅能级杂质和深能级杂质的物理意义及特点？ 答：物理意义：在纯净的半导体中，掺入少量的其它元素杂质，对半导体的性能影响很大。由于杂质的存在，使得该处的周期性势场受到扰乱，因而杂
6、质的电子不能处于正常的导带或价带中，而是在禁带中引入分裂能级，即杂质能级。根据杂质能级在禁带中的位置不同，分为深能级杂质和浅能级杂质。又根据杂质电离后施放的电子还是空穴，分为施主和受主两类。（2分）特点：对于浅能级杂质，施主或受主能级离导带底或价带顶很近，电离能很小，在常温下，杂质基本全部电离，使得导带或价带增加电子或空穴，它的重要作用是改变半导体的导电类型和调节半导体的导电能力。对于深能级杂质，能级较深，电离能很大，对半导体的载流子浓度和导电类型没有显著的影响，但能提供有效的复合中心，可用于高速开关器件。（2分）2. 杂质半导体Si、Ge中，一般情形下的主要散射机构是什么？ 化合物半导体Ga
7、As一般情形下的主要散射机构又是什么？对上述两类半导体分别写出其主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。答：对掺杂的元素半导体材料Si、Ge，其主要的散射机构为声学波散射和电离杂质散射，其散射几率和温度的关系为：声学波散射：，电离杂质散射：对族化合物半导体GaAs，不仅包括上述的声学波散射和电离杂质散射，也包括光学波散射，即几率和平均声子数成正比。3以中等掺杂n型硅为例定性阐述迁移率、电阻率随温度变化的三个阶段的特点。 C D A B T答：设半导体为n型，有 AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，故电阻率随温度T升高下降；（1分）BC：杂质全电离，以晶格
8、振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降，故电阻率随温度T升高上升；。CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，故电阻率随温度T升高而下降。4、以n型半导体为例，解释为什么重掺杂半导体使得其禁带宽度变窄的原因。答：在重掺杂的半导体中，杂质浓度对能带结构的作用主要表现在两个方面：即对能态函数的影响。一是对半导体晶格原子相关的态密度；一个是杂质原子相联系的态密度。首先。以n型硅为例，Nd增加，杂质向半导体Si原子提供的电子数目越来越多，过量的电子屏蔽作用使得Si原子最外层价电子所处的周期势场发生改变，导致带边明显的能量边界模糊，使得边缘伸到
9、禁带中，形成所谓的带尾。其次，掺杂浓度变大时，杂质原子间间距变小，以至相邻的杂质原子外层电子的波函数相互交迭，孤立的杂质能级扩展为准连续的杂质能带，其密度接近能带边缘的态密度，杂质带和能带边重叠。所以重掺杂半导体能带结构的变化，形成简并能带，导致禁带宽度变窄。五、证明题：（8分）设一n型半导体导带电子的有效质量为m*n=mo,试证明在300K时，使得费米能级EF=(EC+ED)/2的施主浓度为ND=2NC。（设此时的施主的电离很弱，按非简并情况处理）证明：在非简并条件下：， 又， ， 由电中性条件得到：n0=ND+所以有：当电离很弱时，即如果要求使得，得证。六、计算题：（30分）1、已知本征G
10、e的电导率在310K时为3.5610-2S/cm，在273K时为0.4210-2S/cm。一个n型Ge样品。在这两个温度时，其施主浓度ND=1015/cm3。试计算在上述温度时掺杂锗的电导率。（设n=3600cm/(V.s), p=1700cm/(V.s)）。解：本征Ge的电导率：已知ND=1015cm-3,则杂质全部电离后，n0=1015cm-3(省略掉ni的影响)当T=310k时，当T=273k时，2、有一硅样品在温度为300k时，施主与受主的浓度差ND-NA=1014cm-3,设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度NC=2.91019cm-3，硅的本征载流子浓度ni=1.510
11、10cm-3,求样品的费米能级位于哪里？ 解：由电中性条件可得: 由题意可知，ni=1.51010cm-3, ND-NA=1014cm-3故有：，可忽略p0, 所以导带电子浓度为： 所以， 样品的费米能级位于导带底Ec下方0.327eV。3、在半导体锗材料中，掺入施主杂质浓度ND=1014cm-3, 受主杂质浓度NA=71013cm-3,设室温下本征锗的电阻率为60.cm，假设电子和空穴的迁移率分别为n=3600cm2/Vs，p=1800cm2/Vs，如流过样品的电流密度为52.3mA/cm2, 求所加的电场强度。（提示：杂质完全电离，先求ni,由电中型条件和n0p0=ni2求n0和p0，再求电导率和电场） 解：，所以，样品的电导率为：
