半導(dǎo)體物理試題

1、一、 名詞解釋1、施主雜質(zhì)： 在半導(dǎo)體中電離時,能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心的雜質(zhì)稱為施 主雜質(zhì)；受主雜質(zhì)： 在半導(dǎo)體中電離時,能夠釋放空穴而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負電中心的雜質(zhì)稱為受 主雜質(zhì)；2、本征半導(dǎo)體：完全不含缺陷且無晶格缺陷的純潔半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體；實際半導(dǎo)體不行能 肯定地純潔,本征半導(dǎo)體一般是指導(dǎo)電主要由本征激發(fā)打算的純潔半導(dǎo)體；3、多子、少子（1）少子：指少數(shù)載流子,是相對于多子而言的；如在半導(dǎo)體材料中某種載流子占少數(shù),在導(dǎo) 電中起到次要作用,就稱它為少子；（2）多子：指多數(shù)載流子,是相對于少子而言的；如在半導(dǎo)體材料中某種載流子占多數(shù),在導(dǎo) 電中起到主要作用,就稱它為多

2、子；4、歐姆接觸指金屬與半導(dǎo)體的接觸,其接觸面的電阻遠小于半導(dǎo)體本身的電阻,實現(xiàn)的主要措施是在半導(dǎo)體表面層進行高參雜或引入大量的復(fù)合中心；5、（1）費米能級 : 費米能級是肯定零度時電子的最高能級；（2）受主能級 : 被受主雜質(zhì)所束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級（3）施主能級 ：被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級 6、電子親和能：真空的自由電子能級與導(dǎo)帶底能級之間的能量差,也就是把導(dǎo)帶底的電子拿出 到真空去而變成自由電子所需要的能量；7、深/ 淺能級（1）淺能級雜質(zhì)：在半導(dǎo)體中,能夠供應(yīng)能量靠近導(dǎo)帶的電子束縛態(tài)或能量接近價帶的空穴束 縛態(tài)的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)；（2）深能級雜質(zhì)：在半導(dǎo)體

3、中,能夠供應(yīng)能量接近價帶的電子束縛態(tài)或能量接近導(dǎo)帶的空穴束 縛態(tài)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)；8、肖特基勢壘金屬與半導(dǎo)體接觸時,如二者功函不同,載流子會在金屬與半導(dǎo)體之間流淌,穩(wěn)固時系統(tǒng)費米能級統(tǒng)一,在半導(dǎo)體表面一層形成表面勢壘,處勢壘通常稱為肖特基勢壘；二、簡答題是一個高阻區(qū)域,稱為阻擋層；電子必需跨過的界面1. 簡述 PN 結(jié)反向擊穿的原理（雪崩效應(yīng)、齊納擊穿、熱電擊穿）答：（1 ）雪崩擊穿： 半導(dǎo)體中, pn 結(jié)反向電壓增大時,勢壘區(qū)中的電場很強,在勢壘區(qū)內(nèi)的電子和空穴由于受到強電場的漂移作用,具有很大的動能,它們與勢壘區(qū)內(nèi)的晶格原子發(fā)生碰撞時,能把價鍵上的電子和空穴碰撞出來,成為導(dǎo)電電子,同時

4、產(chǎn)生一個空穴；新產(chǎn)生的載流子在電場作用下碰撞出其他價電子產(chǎn)生新的自由電子和空穴對；如此連鎖反應(yīng),使得阻擋層中載流子數(shù)量急劇增加,流過 PN 結(jié)的電流急劇增加擊穿 PN 結(jié)；（2 ）齊納擊穿 ：當 pn 結(jié)加反向偏壓時,勢壘區(qū)能帶發(fā)生傾斜；反向偏壓越大,勢壘越高,勢壘區(qū)的內(nèi)建電場也越強,勢壘區(qū)能帶也越加傾斜,甚至可以使 n 區(qū)的導(dǎo)帶底比 p 區(qū)的價帶頂仍低；內(nèi)建電場 E 使 p 區(qū)的價帶電子得到附加勢能 qEx；當內(nèi)建電場 E 大到某值以后,價帶中的部分電子所得到的附加勢能 qEx 可以大于禁帶寬度 Eg；如圖示,當 AB 點的水平禁帶寬度隨著偏壓的連續(xù)增大而短到肯定量度是時,p 區(qū)價帶中的電子

5、將以肯定的概率通過隧道效應(yīng)穿過禁帶而到達 越窄,隧穿概率越大；n 區(qū)導(dǎo)帶中；并且,勢壘區(qū)的電場越強,水平禁帶寬度（3 ）熱電擊穿 ：當 pn 結(jié)施加反向電壓時,流過 pn 結(jié)的反向電流要引起損耗；反向電壓 逐步增大時,對應(yīng)于肯定的反向電流所損耗的功率也增大,這將產(chǎn)生大量熱量,進而導(dǎo)致 結(jié)的溫度上升,反向飽和電流密度增大；如此反復(fù)循環(huán)下去,最終電流密度無限增大而發(fā) 生擊穿；這種由于熱不穩(wěn)固性引起的擊穿,稱為熱點擊穿；對于禁帶寬度較小的半導(dǎo)體,由于反向飽和電流密度較大,在室溫下這種擊穿很重要；2. 電子有效質(zhì)量的意義是什么？它與能帶有什么關(guān)系？答：有效質(zhì)量概括了晶體中電子的質(zhì)量以及內(nèi)部周期勢場對電

6、子的作用,引入有效質(zhì)量后,晶體中電子的運動可用類似于自由電子運動來描述；有效質(zhì)量與電子所處的狀態(tài)有關(guān),與能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)：（1）、有效質(zhì)量反比于能譜曲線的曲率：（2）、有效質(zhì)量是 k 的函數(shù),在能帶底鄰近為正值,能帶頂鄰近為負值；（3）、具有方向性沿晶體不同方向的有效質(zhì)量不同；只有當?shù)饶苊媸乔蛎鏁r,有效質(zhì) 量各向同性；3. PN 結(jié)電容的起源（擴散電容和勢壘電容）答： pn 結(jié)的電容來源主要有勢壘電容和擴散電容：（1）勢壘電容：當 pn 結(jié)加正向電壓時,勢壘區(qū)的電場將隨正向偏壓的增加而減弱,勢壘 區(qū)寬度變窄,空間電荷數(shù)量削減；由于空間電荷是由不行移動的雜質(zhì)離子組成的,所以空間電荷的削減是由于n 區(qū)

7、的電子和p 區(qū)的空穴過來中和了勢壘區(qū)的一部分電離施主和電離受主； Pn 結(jié)上外加電壓的變化而引起的電子和空穴在勢壘區(qū)的” 存入“ 和” 取出“ 作用,導(dǎo)致勢壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化,這與一個電容器的充電盒放電作用相像；這就是 pn 結(jié)的勢壘電容；（2）外加電壓變化時,n 區(qū)擴散區(qū)內(nèi)積存的非平穩(wěn)空穴也增加,與它保持電中性的電子也 相應(yīng)增加；同樣,p 區(qū)擴散區(qū)內(nèi)積存的非平穩(wěn)電子和它保持電中性的空穴也要增加；這種由于擴散區(qū)的電荷量隨外加電壓的變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng),稱為 4. 金屬 -半導(dǎo)體接觸如何形成歐姆接觸？pn 結(jié)的擴散電容；答：在不考慮表面態(tài)的時候,重摻雜的 pn 結(jié)可以產(chǎn)生顯著的隧

8、道電流；金屬和半導(dǎo)體接觸時,假如半導(dǎo)體摻雜濃度很高,就勢壘區(qū)寬度很薄,電子也要通過隧道效應(yīng)貫穿勢壘產(chǎn)生相當大的隧道電流, 甚至超過熱電子發(fā)射電流而成為電流的主要成分；當隧道電流占主導(dǎo)位置時,它的接觸電阻可以很小,可以用作歐姆接觸；所以,當半導(dǎo)體重摻雜時,想的歐姆接觸；它與金屬的接觸可以形成接近理5. 簡述什么是 MIS 結(jié)構(gòu),并簡潔介紹 MIS 器件的功能；MIS 結(jié)構(gòu)是指金屬- 絕緣層 - 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；假如絕緣體層的厚度足夠大,就基本上不導(dǎo)電,這時即為 MIS 電容器 ；假如絕緣體層的厚度足夠薄,就絕緣體基本上不起阻擋導(dǎo)電的作用（阻抗微小）,這時即為 肖基 特二極管 ；假如絕緣體層的厚度不是

9、很薄、也不是很厚, 就這時載流子有較大的幾率通過隧道效應(yīng)而穿過絕 緣體層,這種結(jié)構(gòu)的器件即稱為 MIS 隧道二極管；（答案來源書本加百度）運算題1. 在一個勻稱的 n 型半導(dǎo)體的表面的一點注入少數(shù)載流子空穴；在樣品上施加一個 50V/cm 的電場,在電場力的作用下這些少數(shù)載流子在 100 s 的時間內(nèi)移動了 1cm,求少數(shù)載流子的漂移速率、遷移率和擴散系數(shù)；（kT=0.026eV）5 分 解：在電場下少子的漂移速率為：v 1 cm10 4cm s100 s4遷移率為：v 10cm 2/ V sE 50kT 2 2擴散系數(shù)為：D p 0.026 200 cm / s 5.2 cm / sq2.

10、一束恒定光源照在 n 型硅單晶樣品上,其平穩(wěn)載流子濃度 n0=10 14cm-3,且每微秒產(chǎn)生電子空穴為 1013cm-3；如 n=p=2 s,試求光照后少數(shù)載流子濃度；（已知本征載流子濃度 ni=9.65109cm-3）5 分 解：光照后：pp0pG62 1013cm3n2pGi3. 摻雜濃度為ND=1016cmn02 分2分9.31 1052 10610131 10Au 接觸,忽視表面態(tài)的影響,已知：-3 的 n 型單晶硅材料和金屬WAu=5.20eV, n=4.0eV, Nc=1019cm-3,ln103=6.9 在 室 溫 下kT=0.026eV, 半 導(dǎo) 體 介 電 常 數(shù)r=12,

11、 0=8.854 10-12 F/m,q=1.6 10-19 庫,試運算： 半導(dǎo)體的功函數(shù)； 在零偏壓時,半導(dǎo)體表面的勢壘高度,并說明是哪種形式的金半接觸,半導(dǎo)體表面能帶的狀態(tài)； 半導(dǎo)體表面的勢壘寬度；解：由NDn 0NcexpEcE F得：kTEcE FskTlnNc0.026ln19 1016 1 00 .18 eVNDWsEcE F4. 18 eV 在零偏壓下,半導(dǎo)體表面的勢壘高度為：qV D Wm Ws 5.20 4.18 1.02 eV對 n 型半導(dǎo)體,由于 WmWs,所以此時的金半接觸是阻擋層（或整流）接觸,半導(dǎo)體表面能帶向上彎曲（或：直接用能帶圖正確表示出能帶彎曲情形）； 勢壘的寬度為：d2r0 VD1/ 2n= p=1014cm-3；試運算這qND2 128.8510141.021/ 21.6 101916 103.7 105cm4. 摻雜濃度ND=1015cm-3 的 n 型硅,由于光照產(chǎn)生了非平穩(wěn)載流子種情形下準費米能級的位置,并和原先