半導(dǎo)體物理答案

1、一、選擇與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（比半導(dǎo)體的大）；室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為10i4cm-3X10i5cm-3的磷，則電子濃度約為（10i5cm-3X105cm-3）,費米能級為（高于E）；將該半導(dǎo)體由室溫度升至570K，則多子濃度約為（2Xi10i7cm-3）,少子濃度為（2X10i7cm-3）,費米能級為（等于E）。i施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（電子），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（空穴），本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供（空穴、電子）；4對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致（E）靠近E；Fi表面態(tài)中性能級位于費米能級以上時，該表面態(tài)為（施主態(tài)）；

2、6當施主能級E與費米能級E相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（1/3）倍；DF重空穴是指（價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴）硅的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（金剛石型和間接禁帶型）電子在晶體中的共有化運動指的是電子在晶體（各元胞對應(yīng)點出現(xiàn)的幾率相同）。本征半導(dǎo)體是指（不含雜質(zhì)與缺陷）的半導(dǎo)體。簡并半導(dǎo)體是指（E-E）或（E-E）WO）的半導(dǎo)體CFFV11.3個硅樣品的摻雜情況如下：甲.含鎵1X10i7cm-3X10i7cm-3X10i5cm-3這三種樣品在室溫下的費米能級由低到高（以Ev為基準）的順序是（甲丙乙）以長聲學波為主要散射機構(gòu)時，電子的遷移率卩與溫度的（B3/2次方成反比）n13公式卩

3、二q/m*中的e是載流子的（平均自由時間）。歐姆接觸是指（阻值較小并且有對稱而線性的伏安特性）的金屬半導(dǎo)體接觸。在MIS結(jié)構(gòu)的金屬柵極和半導(dǎo)體上加一變化的電壓，在柵極電壓由負值增加到足夠大的正值的的過程中，如半導(dǎo)體為P型，則在半導(dǎo)體的接觸面上依次出現(xiàn)的狀態(tài)為（多數(shù)載流子堆積狀態(tài)，多數(shù)載流子耗盡狀態(tài)，少數(shù)載流子反型狀態(tài)）。在硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)中，在布里淵中心存在兩個極大值重合的價帶，外面的能帶（曲率小），對應(yīng)的有效質(zhì)量（大），稱該能帶中的空穴為（重空穴E）。如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為（兩性雜質(zhì)）。18在通常情況下，GaN呈（纖鋅礦型）型結(jié)構(gòu)，具有（六方對稱性），它是（直接

4、帶隙）半導(dǎo)體材料。同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對介電常數(shù)&是乙的3/4，m*/mrn0值是乙的2倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/8）。塊半導(dǎo)體壽命t=15M，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30M后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（1/e2）。對于同時存在一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的均勻摻雜的非簡并半導(dǎo)體，在溫度足夠高、n/N-N/時，半導(dǎo)體具有（本征）半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。iDA22在純的半導(dǎo)體硅中摻入硼，在一定的溫度下，當摻入的濃度增加時，費米能級向（Ev）移動；當摻雜濃度一定時，溫度從室溫逐步增加

5、，費米能級向（Ei）移動。把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（產(chǎn)生等電子陷阱）。對于大注入下的直接復(fù)合，非平衡載流子的壽命不再是個常數(shù)，它與（非平衡載流子濃度成反比）。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機構(gòu)中，當溫度升高時，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（變小，變大）。如在半導(dǎo)體的禁帶中有一個深雜質(zhì)能級位于禁帶中央，則它對電子的俘獲率（等于）空穴的俘獲率，它是（有效的復(fù)合中心）。同一塊半導(dǎo)體中，電子的有效質(zhì)量小于空穴的有效質(zhì)量，所以電子的遷移率（大于）空穴的遷移率。28下列半導(dǎo)體材料中，屬于N型半導(dǎo)體的是（鍺摻入磷）。pn結(jié)空間電荷區(qū)又稱為（

6、耗盡區(qū)）。主要利用半導(dǎo)體的（隧道效應(yīng)）制造歐姆接觸。光強度一定是，在半導(dǎo)體溫度升高，非平衡載流子濃度（不變）。溫度一定時，半導(dǎo)體摻雜濃度增加其導(dǎo)電性（增大）。下列半導(dǎo)體材料中，屬于直接帶隙半導(dǎo)體的是（砷化鎵）。N型半導(dǎo)體，隨著摻雜濃度增加，費米能級（上升）。非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合稱為（間接復(fù)合）。制造半導(dǎo)體器件時，必須引出金屬端子引腳，必然出現(xiàn)金屬與半導(dǎo)體接觸，此時需要采?。W姆接觸）方法減少接觸對器件特性影響。二、填空純凈半導(dǎo)體Si中摻V族元素的雜質(zhì)，當雜質(zhì)電離時釋放。這種雜質(zhì)稱雜質(zhì)；相應(yīng)的半導(dǎo)體稱型半導(dǎo)體。當半導(dǎo)體中載流子濃度的分布不均勻時，載流子將彳運動；在半導(dǎo)體存在外加電壓情況

7、下，載流子將做運動。np=n2標志著半導(dǎo)體處于狀態(tài)，當半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)含量改變時，乘積npTOC o 1-5 h zooioo改變否？;當溫度變化時，np改變否？。oo非平衡載流子通過而消失，叫做壽命T,壽命T與在中的位置密切相關(guān)，對于強p型和強n型材料，小注入時壽命Tn為，壽命tp為。_是反映載流子在電場作用下運動難易程度的物理量，是反映有濃度梯度時載流子運動難易程度的物理量，聯(lián)系兩者的關(guān)系式，稱為關(guān)系式。半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別和。前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。半導(dǎo)體中淺能級雜質(zhì)的主要作用；深能級雜質(zhì)所起的主要作用。對n型半導(dǎo)體，如果以E和E的相對位置作為衡量簡

8、并化與非簡并化的標準，那末，F(xiàn)C為非簡并條件；為弱簡并條件；為簡并條件。當P-N結(jié)施加反向偏壓增大到某一數(shù)值時，反向電流密度突然開始迅速增大的現(xiàn)象稱為，其種類為：、和。指出下圖各表示的是什么類型半導(dǎo)體？a=當半導(dǎo)體中載流子濃度存在濃度梯度時，載流子將做運動；半導(dǎo)體存在電勢差時，載流子將做運動，其運動速度正比于，比例系數(shù)稱TOC o 1-5 h z為。npn2意味著半導(dǎo)體處于狀態(tài)，其中n=；ip。這時半導(dǎo)體中載流子存在凈復(fù)合還是凈產(chǎn)生？。半導(dǎo)體中淺能級雜質(zhì)的主要作用是增強載流子的濃度：深能級雜質(zhì)所起的主要作用增強載流子的復(fù)合。非平衡載流子通過而消失，叫做壽命T,壽命T與在中的位置密切相關(guān)，當壽命

9、T趨向最小。半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別和。前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。19半導(dǎo)體中摻雜濃度很高時，雜質(zhì)電離能（增大、減小、不變？）禁帶寬度_（增大、減小、不變？）p-n結(jié)電容包括電容和電容，在反向偏壓下，電容起主要作用。原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再局限在某個原子上，可以從一個原子上轉(zhuǎn)移到另一個原子上，電子將在整個晶體中運動，這種運動稱為：共有化運動。22空穴攜帶正電荷，具有正的有效質(zhì)量。本證硅中摻入III價元素雜質(zhì)，為P型半導(dǎo)體。當用適當波長的光照射半導(dǎo)體，產(chǎn)生的載流子稱為非平衡載流子。愛因斯坦方程是漂移運動和擴散運動同時存在時少數(shù)載流子所遵循的運動

10、方程,是研究半導(dǎo)體器件原理的基本方程之一。常見的元素半導(dǎo)體有硅和鉻，常見的化合物半導(dǎo)體有砷化鎵。半導(dǎo)體材料硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)為金剛石型結(jié)構(gòu)。金屬中導(dǎo)電的粒子是電子，半導(dǎo)體中導(dǎo)電的粒子是電子和空穴。晶體中電子的能量狀態(tài)是量子化的，電子在各狀態(tài)上的分布遵守費米分布規(guī)律，當E-EFk0T時，可近似為分布。F0pn結(jié)具有電容特性，包括勢壘電容和擴散電容兩部分。三、名詞解釋有效質(zhì)量：粒子在晶體中運動時具有的等效質(zhì)量，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。熱平衡狀態(tài)：在沒有外界影響的條件下，熱力學系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)。所謂外界影響，是指外界對系統(tǒng)作功或傳熱。不能把平衡態(tài)簡單理解為不隨時間變化的狀態(tài)。散射

11、概率遷移率：單位電場作用下，載流子獲得的平均定向運動速度，反映了載流子在電場作用下的輸運能力，是半導(dǎo)體物理中重要的概念和參數(shù)之一。遷移率的表達式為：卩=qT/m*?？梢?，有效質(zhì)量和弛豫時間（散射）是影響遷移率的因素。平均自由時間：粒子在兩次散射之間經(jīng)歷的平均時間，其倒數(shù)即為散射幾率。熱載流子：是指比零電場下的載流子具有更高平均動能的載流子。載流子的散射：電離雜質(zhì)的散射：施主雜質(zhì)在電離后是一個帶正電的離子，而受主雜質(zhì)電離后則是負離子。在正離子有或負離子周圍形成一個庫侖勢場，載流子將受到這個庫侖場的作用，即散射。晶格振動的散射：光學波和聲學波散射。隨著溫度的增加，晶格振動的散射越來顯著，而雜質(zhì)電離

12、的散射變得不顯著了。其他因素引起的散射：等同的能谷間散射、中性雜質(zhì)散射、位錯散射、合金散射。另外，載流子之間也有散射作用，但這種散射只在強簡并時才顯著。&非平衡載流子的壽命：當半導(dǎo)體由于外界作用注入非平衡載流子時，它處于非平衡狀態(tài)。復(fù)合幾率：復(fù)合率：準費米能級：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時，導(dǎo)帶電子和價帶空穴不再有統(tǒng)一的費米能級，但可以認為它們各自達到平衡，相應(yīng)的費米能級稱為電子和空穴的準費米能級。直接復(fù)合：電子從導(dǎo)帶直接躍遷至價帶與空穴相遇而復(fù)合。13間接復(fù)合：電子通過禁帶中的能級而躍遷至價帶與空穴相遇而復(fù)合。直接復(fù)合機構(gòu)間接復(fù)合機構(gòu)雪崩擊穿:在晶體中運行的電子和空穴將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞，通過

13、這樣的碰撞可使束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產(chǎn)生自由電子-空穴對新產(chǎn)生的載流子在電場作用下撞出其他價電子,又產(chǎn)生新的自由電子空穴對如此連鎖反應(yīng)，使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加，流過PN結(jié)的電流就急劇增大，所以這種碰撞電離稱為雪崩擊穿.隧道擊穿效應(yīng)：隧道擊穿是在強電場作用下，由隧道效應(yīng)，使大量電子從價帶穿過禁帶而進入到導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。肖特基接觸：指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸的時候，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢壘。勢壘的存在才導(dǎo)致了大的界面電阻。與之對應(yīng)的是歐姆接觸，界面處勢壘非常小或者是沒有接觸勢壘。歐姆接觸：指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小于半導(dǎo)體本身的電

14、阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在活動區(qū)（Activeregion）而不在接觸面。N型半導(dǎo)體：在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導(dǎo)體。簡并半導(dǎo)體：對于重摻雜半導(dǎo)體，費米能級接近或進入導(dǎo)帶或價帶，導(dǎo)帶/價帶中的載流子濃度很高，泡利不相容原理起作用，電子和空穴分布不再滿足玻耳茲曼分布，需要采用費米分布函數(shù)描述。稱此類半導(dǎo)體為簡并半導(dǎo)體。滿足的條件為EcEf或|耳Ef=1.42x10104.4x10164.4x1016x1.602x10-19x3600-1=3.94x10-2（0cm）nnquin5.由電阻率為4Q.cm的p型Ge和o.cm的n型Ge半導(dǎo)體組成一個p-n結(jié)，計算在室溫（300K）時內(nèi)建電勢VD和勢壘寬度xD。已知在上述電阻率下，p區(qū)的空穴遷移率卩=1650cm2/V.S,n區(qū)的電子遷移率卩p載流子濃度n=2.5x1013/cm3，真空介電常數(shù)i二3000cm2/V.S，Ge的本征=8.85x10-12F/m,=16.010分）解：an11=nqpnn=pnPqpnnn=4.34x1015cm-30.4x1.6x10-19x36002分）=