《2013-半导体物理期中考试试卷-电子科技大学-朱俊》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013-半导体物理期中考试试卷-电子科技大学-朱俊（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 1 电子科技大学二零电子科技大学二零壹壹 三三 至二零至二零壹壹 四四 学年第学年第 一一 学期期学期期 中中 考试考试 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 38 24 8 30 一、选择填空（含多选题） （一、选择填空（含多选题） （192 2 分）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
2、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)
3、或(EF-EV)0 C、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，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-3 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 2 7、3 个硅样品的掺杂情况如下： 甲含镓 110 17cm-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
4、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 * /qm中的是载流子的（ C ） 。 A、散射时间； B 、寿命； 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
5、约为（ F ） ，少子浓度为（ F ） ，费米能级为（ I ） 。 （已知：室温下，ni1.5 1010cm-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 Ei 11、对于一定的 n 型半导体材料，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；
6、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。 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 3 三、简答题（三、简答题（6 64 4 分）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
7、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 GaAs 一般 情形下的主要散射机构又是什
8、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： 3/2 s pT，电离杂质散射： 3/2 ii pNT 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， 0 0 1 exp() 1 p hv k T ，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 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 4
9、T 答：设半导体为 n 型，有 n nq 1 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
10、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：五、证明题： （8 分）分） 设一 n 型半导体导带电子的有效质量为 m*n=mo
11、, 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： 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 5 0 0 exp() cF c EE nN k T ， 3/2 0 3 2(2) n C m k T N h 又， 0 1( ) 12exp() D DD DF N NNf E EE k T ， 0 0 exp() F c EcE nN k T 由电中性条件得到：n0=ND+ 所以有： 0 0 exp() 12exp() cFD c DF EEN N
12、 EE k T k T 当电离很弱时，即1,1 D D N N 上式右边分母中 可以省略掉，则， 00 0 exp()exp() 2 11 ()ln 222 cFDDF c D FCD EENEE N k Tk T N EEEk T Nc 如果要求使得 1 (),2 2 FCDDC EEENN，得证。 六、计算题六、计算题： （30 分）分） 1、已知本征 Ge 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。试计算计算在上述温度时掺杂锗的 电导率。 （设n=360
13、0cm/(V.s), p=1700cm/(V.s)） 。 解：本征 Ge 的电导率： () () iinp i i np nq n q 2 3103.56 10/ i Tks cm 当 时， 2 133 19 3.56 10 4.2 10 1.6 10(3600 1700) i ncm 2 2730.42 10/ i Tks cm 当 时， 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效 第 页 共 3 页 6 2 123 19 0.42 10 4.9 10 1.6 10(3600 1700) i ncm 已知 ND=1015cm-3,则杂质全部电离后，n0=1015cm-3(省略掉
14、ni 的影响) 2 2 000 0 , i i n n pnp n 当 T=310k 时， 13 2 123 0 15 (4.2 10 ) 1.76 10 10 pcm 00 191512 1 1.6 10(103600 1.76 101700) 5.76 10 ( /) np n qp q s cm 当 T=273k 时， 122 103 0 15 (4.9 10 ) 2.4 10 10 pcm 00 191510 1 1.6 10(1036002.4 101700) 5.76 10 ( /) np n qp q s cm 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=2.910 19cm-3，硅的
