《成电半导体物理期末考试试卷A及参考答案》

《《成电半导体物理期末考试试卷A及参考答案》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《成电半导体物理期末考试试卷A及参考答案》（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1、在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（B ，对应的有效质量（ C ） ，称该能带中的空穴为( E )。A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大；D. 小； E. 重空穴；F. 轻空穴2、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ） 。 A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D.陷阱 F. 两性杂质3、在通常情况下，GaN 呈（A）型结构，具有（C） ，它是（F）半导体材料。A. 纤锌矿型； B. 闪锌矿型； C. 六方对称性；D. 立方对称性；E.间接带隙； F. 直接带隙。4、 同一种施主杂质掺入甲、 乙两种半导体， 如果甲的相对介电常

2、数 r是乙的 3/4， mn*/m0值是乙的 2 倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ） 。A.甲的施主杂质电离能是乙的 8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 3/4B.甲的施主杂质电离能是乙的 3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 32/9C.甲的施主杂质电离能是乙的 16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 8/3D.甲的施主杂质电离能是乙的 32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 3/85、.一块半导体寿命 =15s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止 30s 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ） 。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/26、 对于

3、同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体， 在温度足够高、 ni /ND-NA/ 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 8、在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（ A ）移动；当掺杂浓度一定时，温度从室温逐步增加，费米能级向( C )移动。A.Ev ； B.Ec ； C.Ei； D. EF9、把磷化镓在氮气氛中退火，会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（ D ） 。A.改变禁带宽度 ； B.产生复合中心 ； C.产生空穴陷阱 ； D.产生等电子陷阱。10、对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常

4、数，它与（ C ） 。A.非平衡载流子浓度成正比 ； B.平衡载流子浓度成正比； C.非平衡载流子浓度成反比； D.平衡载流子浓度成反比。11、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（ B ） 。 A.变大，变小 ； B.变小，变大； C.变小，变小； D.变大，变大。12、如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（ B ）空穴的俘获率，它是（ D ） 。 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的复合中心； E. 有效陷阱。13、在磷掺杂浓度为 21016cm-3的硅衬底（功函数约为 4.

5、25eV）上要做出欧姆接触，下面四种金属最适合的是（ A ） 。A. In (Wm=3.8eV) ； B. Cr (Wm=4.6eV)； C. Au (Wm=4.8eV)； D. Al (Wm=4.2eV)。14、在硅基 MOS 器件中，硅衬底和 SiO2界面处的固定电荷是（ B ） ，它的存在使得半导体表面的能带（ C ）弯曲，在 C-V 曲线上造成平带电压（ F ）偏移。 A.钠离子 ； B.过剩的硅离子； C.向下； D.向上； E. 向正向电压方向； F. 向负向电压方向。二、简答题：（二、简答题：（5 5+4+6=15 分）+4+6=15 分）2、对于掺杂的元素半导体 Si、Ge 中

6、，一般情形下对载流子的主要散射机构是什么？写出其主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。 （4 分）答：对掺杂的元素半导体材料 Si、Ge，其主要的散射机构为长声学波散射（1 分）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：3/2spT3/2iipN T3、如金属和一 n 型半导体形成金属半导体接触，请简述在什么条件下，形成的哪两种不同电学特性的接触，说明半导体表面的能带情况，并画出对应的 I-V 曲线。 （忽略表面态的影响） （6 分）答：在金属和 n 型半导体接触时，如金属的功函数为 Wm, 半导体的功函数为 Ws。当 WmWs时，在半导体表面形成阻挡层接触，是个

7、高阻区，能带向上弯曲；（2 分）当 WmWs时，在半导体表面形成反阻挡层接触，是个高电导区，能带向下弯曲；（2 分）对应的 I-V 曲线分别为： 四、一束恒定光源照在 n 型硅单晶样品上，其平衡载流子浓度 n0=1014cm-3，且每微秒产生电子空穴为1013cm-3。如 n=p=2s，试求光照后少数载流子浓度。 （已知本征载流子浓度 ni=9.65109cm-3）(5 分)解：在光照前：光照后：0201356133622109.31 102 102 101 10pipppGnGncm 分分五、在一个均匀的 n 型半导体的表面的一点注入少数载流子空穴。在样品上施加一个 50V/cm 的电场，在

8、电场力的作用下这些少数载流子在 100s 的时间内移动了 1cm，求少数载流子的漂移速率、迁移率和扩散系数。 （kT=0.026eV）(6 分)解：在电场下少子的漂移速率为：4110/100cmvcm ss迁移率为：4210/50vcmV sE 扩散系数为： 220.026 200/5.2/pkTDcmscmsq六、掺杂浓度为 ND=1016cm-3的 n 型单晶硅材料和金属 Au 接触，忽略表面态的影响，已知：WAu=5.20eV, n=4.0eV, Nc=1019cm-3,ln103=6.9 在室温下 kT=0.026eV, 半导体介电常数 r=12, 0=8.85410-12 F/m，q

9、=1.610-19 库，试计算：(4+4+4=12 分) 半导体的功函数；（4 分） 在零偏压时，半导体表面的势垒高度，并说明是哪种形式的金半接触，半导体表面能带的状态； 半导体表面的势垒宽度。 （4 分）解：由得： （1 分）0exp()FDEcENnNckT （1 分）1916010ln0.026ln.184.0181()FDsFNcEcEkTeVNWsEcEeV 在零偏压下，半导体表面的势垒高度为：5.204.181.02DqVWm WseV对 n 型半导体，因为 WmWs，所以此时的金半接触是阻挡层（或整流）接触（1 分） ，半导体表面能带向上弯曲（或：直接用能带图正确表示出能带弯曲情

10、况） （1 分） 。 势垒的宽度为： 1/20141/21916512()2 12 8.85 10()1.6 10103.7 10 ().02rDDVdqNcm 1.导体、半导体、绝缘体的划分：1.导体、半导体、绝缘体的划分：导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流； 绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； 半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。2.电子的有效质量是，空穴的有效质量是；2.电子的有效质量是，空穴的有效质量是；*nm*pm，电量等值反号，波矢与电子相同*npmmk能带

11、底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。3.半导体中电子所受的外力的计算。3.半导体中电子所受的外力的计算。dtdkhf4.引进有效质量的意义：4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级E1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED D；施主能级很接近于导带

12、底；施主能级很接近于导带底； 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级E 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA A；受主能级很接近于价带顶。；受主能级很接近于价带顶。 施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。 深能级杂质： 深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。 深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。3.杂质的补偿作用：3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质

13、，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。1.费米分布函数(简并半导体)1.费米分布函数(简并半导体)(本征)；(杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体)玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) TkEEEfF0exp11)(TkEEEfF0exp2111)(；TkEAEfB0exp)(2.费米能级 ：2.费米能级 ：； 系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，TFNFE等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。 费米能级的位置 ：费米能级的位置 ： 本征半导体的费米能级位于本征能级(禁带宽度的一半)上，根据杂质离子的不同，费米能级的位置有所不同；4.

14、n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：低温下，导带中的电子全部由电离施主杂cDDcFNNTkEEE2ln220质提供，此时p0=0，故电中性条件：Dnn0； TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp由得：，因此：DDNn 1exp0TkEEFD；TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp取对数并化简得：；cDDcFNNTkEEE2ln220它与温度、杂质浓度以及掺入何种杂质原子有关。在低温极限T0K时，；故；即在低温即在低温0lnlim0TTKT2lim0DcFKTEEE极限T0K时，费米能级位于导带底和施主能级间

15、的中线处。极限T0K时，费米能级位于导带底和施主能级间的中线处。1.载流子散射的概念：1.载流子散射的概念：所谓自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。所谓自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。2.半导体的主要散射机构：2.半导体的主要散射机构： 电离杂质的散射；晶格振动的散射：声学波散射；光学波散射；其他因素引起的：等同的能谷间散射；中性杂质散射；位错散射；合金散射；3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导

16、：3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导：00011PtdtPeNNPt 设有N个电子以速度v沿某方向运动，N(t)表示在t时刻尚未遭到散射的电子数，按散射概率的定义，在t到（t+t）时间内被散射的电子数为；tPtN )( tPtNttNtN)()()( ； 解微分方程：；)()()(lim)(0tNPttNttNdttdNttPeNtN0)( 其中N0是t=0 时未遭散射的电子数； t到（t+t）时间内被散射的电子数为；dtePNtP0 平均自由时间；等于散射概率的倒数。PtdtePNNtP110002.非平衡载流子的寿命的推导：2.非平衡载流子的寿命的推导：0000)()(dtedttetpdtptdttt 假定一束光在一块 n 型半导体内部均匀地产生非平衡载流子和，在 t=0 时，光照突然停止，的变化应等于非npp平衡载流子的复合率：；)()(tpdttpd小注入时，是一恒量，与无关，上述微分方程的通解为：；)(tptCetp)(当 t=0 时，得，则；0)()0(pp0)( pCteptp0)()( 非平衡载流子的复合率：非平衡载流子的复合率：通常把单位时间单位体积内净复合