2011東南大學(xué)半導(dǎo)體物理試卷..

1、東南大學(xué)考試卷（卷）課程名稱半導(dǎo)體物理考試學(xué)期11-12-2得分適用專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)考試形式閉卷考試時間長度120分鐘室溫下，硅的相關(guān)系數(shù)：KT=0.026eV,n=1.5x10iocm-3,N=2.8x10i9cm-30icN=1.1x1019cm-3，電子電量e=1.6x10-19C。v一、填空題（每空1分，共35分）1. 半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，對于較純凈的半導(dǎo)體散射起主要作用，對于雜質(zhì)含量較多的半導(dǎo)體，溫度很低時，散射起主要作用。2. 非平衡載流子的復(fù)合率，N代表，E代表tt，當(dāng)np-n2為時，半導(dǎo)體存在凈復(fù)合，當(dāng)np-n2時，ii半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)。雜質(zhì)能級位于位置時，

2、為最有效復(fù)合中心，此雜質(zhì)稱為雜質(zhì)。3純凈的硅半導(dǎo)體摻入濃度為1。17/cm3的磷，當(dāng)雜質(zhì)電離時能產(chǎn)生導(dǎo)電，此時雜質(zhì)為雜質(zhì)，相應(yīng)的半導(dǎo)體為型。如果再摻入濃度為1。16/cm3的硼，半導(dǎo)體是型。假定有摻入濃度為1015/cm3的金,則金原子帶電狀態(tài)為。4. 當(dāng)PN結(jié)施加反向偏壓，并增到某一數(shù)值時，反向電流密度突然開始的現(xiàn)象稱為擊穿，擊穿分為和。溫度升高時，擊穿的擊穿電壓閾值變大。5. 當(dāng)半導(dǎo)體中載流子濃度存在時，載流子將做擴(kuò)散運動，擴(kuò)散流密度與成正比，比例系數(shù)稱為；半導(dǎo)體存在電勢差時，載流子將彳運動，其運動速度正比于，比例系數(shù)稱為。6. GaAs樣品兩端加電壓使內(nèi)部產(chǎn)生電場，在某一個電場強(qiáng)度區(qū)域，

3、電流密度隨電場強(qiáng)度的增大而減小，這區(qū)域稱為，這是由GaAs的結(jié)構(gòu)決定的。7. n型半導(dǎo)體導(dǎo)帶極值在110軸上，那么共有個導(dǎo)帶底。已知硅的導(dǎo)帶電子縱向有效質(zhì)量為0.197m，橫向有效質(zhì)量為0.92m，重空穴的質(zhì)量0.49m，輕空穴的質(zhì)量000為0.16m0，則硅的導(dǎo)帶底電子的狀態(tài)有效質(zhì)量為，價帶頂空穴的狀態(tài)有效質(zhì)量為，硅的沿x方向的電導(dǎo)有效質(zhì)量為8. 對于Si、Ge和GaAs，適合制作高溫器件，其原因是9.PN結(jié)電容主要有電容和電容，正向偏壓越大，電容的作用越重要。對于點接觸型二極管和面接觸型二極管，更適合高頻電路使用。二、簡要回答(1-3題8分，4題6分，共30分)1下圖分別是半導(dǎo)體材料Si、

4、Ge、GaAs的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。:n丿J/Egi圖c分別對應(yīng)何種材料，您判斷的依據(jù)是什么？(1)請指出圖a、圖b、(2)在三幅圖中，價帶對于同一個K,E(K)可以有兩個值，表明對應(yīng)兩種有效質(zhì)量不同的空穴，即重空穴和輕空穴。試指出曲線1、2分別對應(yīng)哪種空穴，依據(jù)是什么？2.（1）畫出輕摻雜半導(dǎo)體和重?fù)诫s半導(dǎo)體的遷移率與溫度的關(guān)系，并解釋之。（2）n型半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化曲線如圖所示，試解釋為什么會出現(xiàn)這樣的變化規(guī)律。3. （1）畫出實現(xiàn)反阻擋的金屬半導(dǎo)體歐姆接觸后的能帶圖；（2）實際加工中在對半導(dǎo)體進(jìn)行電互連時，將半導(dǎo)體的接觸區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s后在與金屬連接，而不是直接用金半歐姆接觸進(jìn)行電互連，

5、試解釋之。4. 舉一關(guān)于異質(zhì)結(jié)應(yīng)用的例子，并說明異質(zhì)結(jié)相比于同質(zhì)結(jié)有哪些優(yōu)點。共10頁第3頁三、計算題（35分）1. （5分）在室溫下，當(dāng)反向偏壓等于0.13eV時，流過PN結(jié)二極管的電流為5卩A。計算當(dāng)二極管正向偏置同樣大小的電壓時，流過二極管的電流為多少？2. （6分）摻磷的n型硅，已知磷的電離能為0.044eV,求室溫下雜質(zhì)一半電離時費米能級的位置和磷的濃度。3.（6分）單晶硅中均勻地?fù)饺雰煞N雜質(zhì)，摻硼1.5x1016cm-3，摻磷5xlOwcm-3。已知卩=1350cm2/VDs,卩=500cm2/VDs，計算：np（1）載流子的濃度；（2）費米能級相對禁帶中央的位置；（3）電導(dǎo)率。共

6、1O頁第4頁4.(8分)穩(wěn)定光照射在一塊均勻摻雜的n型半導(dǎo)體中均勻產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為g，且無外場作用，在t=0時刻，撤去光照。p(1) 求t<0時半導(dǎo)體載流子的濃度；(2) 求t>0時半導(dǎo)體載流子的濃度。,dpd2pd&dpAp已知=DPP*卩+gdtpdx2pdxpdxtpp5. (10分)若在摻有受主雜質(zhì)N的p型襯底上采用擴(kuò)散工藝又摻入一層濃度為N施主雜質(zhì)，且NN,本征載流子濃度為n。求：°DAi(1)求接觸電勢差VD；(2)畫出平衡時p-n結(jié)的能帶圖；(3)請問p區(qū)和n區(qū)哪邊的勢壘寬度寬，為什么？(4) 分析說明外加正向偏置時，正向擴(kuò)散電流的主要成分

7、是電子電流還是空穴電流？(5) 若外加正向電壓為V時，分別寫出注入p區(qū)和n區(qū)的載流子濃度。f共10頁第10頁東南大學(xué)考試卷（卷）課程名稱半導(dǎo)體物理考試學(xué)期得分適用專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)考試形式閉卷考試時間長度120分鐘室溫下，硅的相關(guān)系數(shù)：kT=0.026eV,n=1.5x10iocm-3,N=2.8x10i9cm-30icN=1.1x1019cm-3，電子電量e=1.6x10-19C。v一填空（每空1分，共32分）1. 半導(dǎo)體作為電子工程主角，具有可控性、和通道時延等特點。在半導(dǎo)體中，決定載流子分布的兩大基本法則為費米能級的調(diào)控作2. 純凈半導(dǎo)體Si中摻硼元素的雜質(zhì)，當(dāng)雜質(zhì)電離時從Si中奪取，在

8、Si晶體的共價鍵中產(chǎn)生了一個，這種雜質(zhì)稱雜質(zhì)。3p型Ge中摻入施主雜質(zhì)，費米能級將（上升，下降或不變）。若溫度升高至本征激發(fā)起主導(dǎo)作用時費米能級所處位置為。4n型半導(dǎo)體硅導(dǎo)帶極值在110軸上，則有個導(dǎo)帶底。已知硅的導(dǎo)帶電子縱向有效質(zhì)量為0.197m，橫向有效質(zhì)量為0.92m，重空穴的質(zhì)量0.49m，輕空穴的質(zhì)量為0000.16m0，則硅的價帶頂空穴的狀態(tài)有效質(zhì)量為，當(dāng)回旋共振試驗中,磁場沿100方向時，測得共振吸收峰個數(shù)為。5半導(dǎo)體Si屬于半導(dǎo)體（填“直接帶隙”或“間接帶隙”），砷化鎵屬于半導(dǎo)體，直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體的區(qū)別在于。5輕摻雜的目的是,深能級摻雜能起到的重要作用，而我們進(jìn)行重?fù)诫s

9、主要是利用重?fù)诫s的高電導(dǎo)性和的特點，盡管其可能給半導(dǎo)體器件帶來不理想的結(jié)果，如。6半導(dǎo)體中的載流子壽命不是取決于材料的基本性質(zhì)，而是與半導(dǎo)體材料中的缺陷、或應(yīng)力相關(guān)；在半導(dǎo)體材料中有一些缺陷能級，它們可以俘獲載流子，并長時間把載流子束縛在這些能級上，這種現(xiàn)象稱為。7.半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是和。前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。8改變半導(dǎo)體電導(dǎo)率最常見的方法是通過摻雜，除此之外還可以通過、和等。9鍺p-n結(jié)與硅p-n結(jié)的內(nèi)建電勢差VD相比，內(nèi)建電勢差VD大，其原因是10.p-n結(jié)的理想伏安特性與實際伏安特性的區(qū)別是，其原因是忽略了和11.愛因斯坦關(guān)系式表征了非簡并情況

10、下載流子遷移率和擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系。二簡要回答（每題8分，共32分）1.（1）從能帶論出發(fā)，簡述半導(dǎo)體能帶的基本特征；（2）利用能帶論分析討論為什么金屬和半導(dǎo)體電導(dǎo)率具有不同的依賴性。2.簡述多能谷散射對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響，舉一例說明。3. （1）試畫出并解釋載流子濃度隨溫度的變化關(guān)系，說明為什么高溫下半導(dǎo)體器件無法工作；（2）試畫出n型半導(dǎo)體的費米能級隨溫度變化規(guī)律，并解釋之。4. 在半導(dǎo)體器件制造中，常遇到低摻雜半導(dǎo)體引線問題，一般采用在低摻雜上外延一層相同導(dǎo)電類型重?fù)诫s半導(dǎo)體，請以金屬一n+半導(dǎo)體一n為例，分別畫出平衡時、正向偏置和反向偏置下的能帶圖，并說明其歐姆接觸特性。三計算（共36

11、分）1. （8分）施主濃度為1017cm-3的n型硅，室溫下的功函數(shù)是多少？如果不考慮表面態(tài)的影響，試畫出它與金（Au）接觸的能帶圖，并標(biāo)出勢壘高度和接觸電勢差的數(shù)值。已知硅的電子親和能X=4.05eV，金的功函數(shù)為4.58eV。2. (8分)一塊補(bǔ)償硅材料，已知摻入受主雜質(zhì)濃度N=lX10i5cm-3，室溫下測得其費米能級A位置恰好與施主能級重合，并測得熱平衡時電子濃n0=5XlOi5cm-3。(1)熱平衡時空穴濃度為多少？(2) 摻入材料中的施主雜質(zhì)濃度為多少？(3) 電離雜質(zhì)中心濃度為多少？(4) 中性雜質(zhì)中心濃度為多少？3. (8分)如圖所示，一個很長的摻雜均勻的n型半導(dǎo)體樣品，其中心附近長度為2a的范圍內(nèi)被一穩(wěn)定光照射，假定光均勻的穿透樣品，電子-空穴對的產(chǎn)生率為G。(少子的連續(xù)性方程為魯=Dp聲匕唱+弓