2023-半導(dǎo)體物理期中考試試卷-朱俊

1、電子科技大學(xué)二零壹三至二零壹四學(xué)年第 一 學(xué)期期中考試 半導(dǎo)體物理課程考試題 卷 100分鐘 考試形式： 閉卷 考試日期 2023年 10月29日一二三四五六七八九十合計(jì)3824830一、選擇填空含多項(xiàng)選擇題192分1、重空穴是指 C A、質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴B、價(jià)帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C、價(jià)帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D、自旋軌道耦合分裂出來(lái)的能帶上的空穴2、硅的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是 C A. 金剛石型和直接禁帶型 B. 閃鋅礦型和直接禁帶型C. 金剛石型和間接禁帶型 D. 閃鋅礦型和間接禁帶型3、電子在晶體中的共有化運(yùn)動(dòng)指的是電子在晶體 C 。A、各處出現(xiàn)的

2、幾率相同 B、各處的相位相同C、各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相同 D、各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相位相同4、本征半導(dǎo)體是指 A 的半導(dǎo)體。A、不含雜質(zhì)與缺陷； B、電子密度與空穴密度相等；C、電阻率最高； C、電子密度與本征載流子密度相等。5、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體是指 A 的半導(dǎo)體A、(EC-EF)或(EF-EV)0 B、(EC-EF)或(EF-EV)0C、能使用玻耳茲曼近似計(jì)算載流子濃度D、導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂能容納多個(gè)狀態(tài)相同的電子6、在某半導(dǎo)體摻入硼的濃度為1014cm-3, 磷為1015 cm-3，那么該半導(dǎo)體為A. 本征， B. n型， C. p型， D. 1.11015cm-3, E. 97、3個(gè)硅樣品的摻雜情況如

3、下：甲含鎵11017cm-3；乙.含硼和磷各11017cm-3這三種樣品在室溫下的費(fèi)米能級(jí)由低到高以EV為基準(zhǔn)的順序是( B )A.甲乙丙； B.甲丙乙； C.乙丙甲； D.丙甲乙8、以長(zhǎng)聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)時(shí)，電子的遷移率n與溫度的 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、公式中的是載流子的 C 。A、散射時(shí)間； B 、壽命；C、平均自由時(shí)間； C、擴(kuò)散系數(shù)。10、室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為1014cm-3，同時(shí)摻有濃度為1.11015cm-3的磷，那么電子濃度約為B，空穴濃度為D，費(fèi)米能級(jí)為G；將該半導(dǎo)體由室溫度升至570K，那么多子濃

4、度約為F，少子濃度為F，費(fèi)米能級(jí)為I。：室溫下，ni1.51010cmA、1014cm-3 B、1015cmD、2.25105cm-3 E、1.21015cmG、高于Ei H、低于Ei I、等于Ei11、對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致 D 靠近Ei；A、Ec， B、Ev， C、Eg， D、EF。12、熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體中的電子濃度與空穴濃度之積為常數(shù)，它只與C，D有關(guān)，而與A，B 無(wú)關(guān)；A、雜質(zhì)濃度 B、雜質(zhì)類(lèi)型 C、禁帶寬度， D、溫度。13、當(dāng)施主能級(jí)ED與費(fèi)米能級(jí)EF相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的 C 倍；A、1， B、1/2， C、1/3， D、1/4。三

5、、簡(jiǎn)答題64分1. 試說(shuō)明淺能級(jí)雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)的物理意義及特點(diǎn)？ 答：物理意義：在純潔的半導(dǎo)體中，摻入少量的其它元素雜質(zhì)，對(duì)半導(dǎo)體的性能影響很大。由于雜質(zhì)的存在，使得該處的周期性勢(shì)場(chǎng)受到擾亂，因而雜質(zhì)的電子不能處于正常的導(dǎo)帶或價(jià)帶中，而是在禁帶中引入分裂能級(jí)，即雜質(zhì)能級(jí)。根據(jù)雜質(zhì)能級(jí)在禁帶中的位置不同，分為深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)。又根據(jù)雜質(zhì)電離后施放的電子還是空穴，分為施主和受主兩類(lèi)。2分特點(diǎn)：對(duì)于淺能級(jí)雜質(zhì)，施主或受主能級(jí)離導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂很近，電離能很小，在常溫下，雜質(zhì)根本全部電離，使得導(dǎo)帶或價(jià)帶增加電子或空穴，它的重要作用是改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型和調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。對(duì)于深能級(jí)雜質(zhì)，能級(jí)

6、較深，電離能很大，對(duì)半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類(lèi)型沒(méi)有顯著的影響，但能提供有效的復(fù)合中心，可用于高速開(kāi)關(guān)器件。2分2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下的主要散射機(jī)構(gòu)是什么？ 化合物半導(dǎo)體GaAs一般情形下的主要散射機(jī)構(gòu)又是什么？對(duì)上述兩類(lèi)半導(dǎo)體分別寫(xiě)出其主要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。答：對(duì)摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge，其主要的散射機(jī)構(gòu)為聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射，其散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學(xué)波散射：，電離雜質(zhì)散射：對(duì)族化合物半導(dǎo)體GaAs，不僅包括上述的聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射，也包括光學(xué)波散射，即幾率和平均聲子數(shù)成正比。3以中等摻雜n型硅為例定性闡述遷移率、電阻率隨溫度變化的

7、三個(gè)階段的特點(diǎn)。 C D A B T答：設(shè)半導(dǎo)體為n型，有 AB：本征激發(fā)可忽略。溫度升高，載流子濃度增加，雜質(zhì)散射導(dǎo)致遷移率也升高，故電阻率隨溫度T升高低降；1分BC：雜質(zhì)全電離，以晶格振動(dòng)散射為主。溫度升高，載流子濃度根本不變。晶格振動(dòng)散射導(dǎo)致遷移率下降，故電阻率隨溫度T升高上升；。CD：本征激發(fā)為主。晶格振動(dòng)散射導(dǎo)致遷移率下降，但載流子濃度升高很快，故電阻率隨溫度T升高而下降。4、以n型半導(dǎo)體為例，解釋為什么重?fù)诫s半導(dǎo)體使得其禁帶寬度變窄的原因。答：在重?fù)诫s的半導(dǎo)體中，雜質(zhì)濃度對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：即對(duì)能態(tài)函數(shù)的影響。一是對(duì)半導(dǎo)體晶格原子相關(guān)的態(tài)密度；一個(gè)是雜質(zhì)原子相聯(lián)系的

8、態(tài)密度。首先。以n型硅為例，Nd增加，雜質(zhì)向半導(dǎo)體Si原子提供的電子數(shù)目越來(lái)越多，過(guò)量的電子屏蔽作用使得Si原子最外層價(jià)電子所處的周期勢(shì)場(chǎng)發(fā)生改變，導(dǎo)致帶邊明顯的能量邊界模糊，使得邊緣伸到禁帶中，形成所謂的帶尾。其次，摻雜濃度變大時(shí)，雜質(zhì)原子間間距變小，以至相鄰的雜質(zhì)原子外層電子的波函數(shù)相互交迭，孤立的雜質(zhì)能級(jí)擴(kuò)展為準(zhǔn)連續(xù)的雜質(zhì)能帶，其密度接近能帶邊緣的態(tài)密度，雜質(zhì)帶和能帶邊重疊。所以重?fù)诫s半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的變化，形成簡(jiǎn)并能帶，導(dǎo)致禁帶寬度變窄。五、證明題：8分設(shè)一n型半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量為m*n=mo,試證明在300K時(shí)，使得費(fèi)米能級(jí)EF=(EC+ED)/2的施主濃度為ND=2NC。設(shè)此時(shí)

9、的施主的電離很弱，按非簡(jiǎn)并情況處理證明：在非簡(jiǎn)并條件下：， 又， ， 由電中性條件得到：n0=N所以有：當(dāng)電離很弱時(shí)，即如果要求使得，得證。六、計(jì)算題：30分1、本征Ge的電導(dǎo)率在310K時(shí)為3.5610-2S/cm，在273K時(shí)為0.4210-2S/cm。一個(gè)n型Ge樣品。在這兩個(gè)溫度時(shí)，其施主濃度ND=1015/cm3。試計(jì)算在上述溫度時(shí)摻雜鍺的電導(dǎo)率。設(shè)n=3600cm/(V.s),p=1700cm/(V.s)。解：本征Ge的電導(dǎo)率：ND=1015cm-3,那么雜質(zhì)全部電離后，n0=10當(dāng)T=310k時(shí)，當(dāng)T=273k時(shí)，2、有一硅樣品在溫度為300k時(shí)，施主與受主的濃度差ND-NA=1014cm-3,設(shè)雜質(zhì)全部電離，該溫度下導(dǎo)帶底的有效狀態(tài)密度NC=2.91019cm-3，硅的本征載流子濃度ni=1.5解：由電中性條件可得:由題意可知，ni=1.51010cm-3, ND-NA=故有：，可忽略p0, 所以導(dǎo)帶電子濃度為：所以，樣品的費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底Ec下方0.327eV。3、在半導(dǎo)