半導(dǎo)體器件物理A卷答案

1、 5/5半導(dǎo)體器件物理A卷答案 1在半導(dǎo)體材料中， Si 、Ge 屬于第一代半導(dǎo)體材料的，它們的晶格結(jié)構(gòu)是典型的 金剛 石 結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)屬于 間接 帶隙型的； GaAs 屬于第二代半導(dǎo)體材料的，它們的晶格 結(jié)構(gòu)是典型的 閃鋅礦 結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)屬于 直接 帶隙型的（直接或間接）。 2一般情況下，在純凈的半導(dǎo)體中摻 磷 使它成為型半導(dǎo)體，在純凈的半導(dǎo)體中摻 硼 ，使它形成型半導(dǎo)體。通常把形成型半導(dǎo)體的雜質(zhì)稱為 施主雜質(zhì) ，把形成型半導(dǎo)體的雜質(zhì)稱為 受主雜質(zhì) 。 3 費(fèi)米能級 是衡量電子填充能級的水平，平衡結(jié)的標(biāo)志是有統(tǒng)一的費(fèi)米能 級 。 4結(jié)擊穿共有三種： 雪崩擊穿 、 隧道擊穿 、 熱擊穿 ，

2、擊穿現(xiàn)象中，電流增大的基本原因不是由于遷移率增大，而是由于載流子濃度增加，一般摻雜濃度下， 雪 崩 擊穿機(jī)構(gòu)是主要的，當(dāng)雜質(zhì)濃度較高，且反向電壓不高時，易發(fā)生 隧道 擊穿。 5MIS 結(jié)構(gòu)外加?xùn)艍簳r，半導(dǎo)體表面共有三種狀態(tài)： 積累 、 耗盡 、 反型 。 二、 選擇題：（共20分 每空1分） 1硅單晶中的空位屬于（ A ） 點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷 2半導(dǎo)體晶體中原子結(jié)合的性質(zhì)主要是（ A ）。 A 共價(jià)鍵結(jié)合 B 金屬鍵結(jié)合 C 離子鍵結(jié)合 3下列能起有效復(fù)合中心作用的物質(zhì)是（ B ） A 硼（ B ） B 金（Au ） C 磷（P ） D 鋁（Al ） 4載流子的遷移率是描述載流子( A )

3、的一個物理量；載流子的擴(kuò)散系數(shù)是描述載流子( B )的一個物理量。 A 在電場作用下的運(yùn)動快慢 B 在濃度梯度作用下的運(yùn)動快慢 5載流子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生（ C ）電流，漂移運(yùn)動產(chǎn)生（ A ）電流。 A 漂移 B 隧道 C 擴(kuò)散 6實(shí)際生產(chǎn)中，制作歐姆接觸最常用的方法是（ A ） 重?fù)诫s的半導(dǎo)體與金屬接觸 輕摻雜的半導(dǎo)體與金屬接觸 7MIS 結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面出現(xiàn)強(qiáng)反型的臨界條件是（ B ）。（V S 為半導(dǎo)體表面電勢；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 8pn 結(jié)反偏狀態(tài)下，空間電荷層的寬度隨外加電壓數(shù)值增加而（ A ）。 A 展寬 B

4、變窄 C 不變 9在開關(guān)器件及與之相關(guān)的電路制造中，（ C ）已作為縮短少數(shù)載流子壽命的有效手段。 A 鈍化工藝 B 退火工藝 C 摻金工藝 10真空能級和費(fèi)米能級的能值差稱為（ A ） A 功函數(shù) B 親和能 C 電離電勢 11平面擴(kuò)散型雙極晶體管中摻雜濃度最低的是（ C ） A 發(fā)射區(qū) B 基區(qū) C 集電區(qū) 12下列對鈉離子有阻擋作用的鈍化膜為（ B ） A 二氧化硅 B 氮化硅 13室溫下，半導(dǎo)體Si 中摻硼的濃度為1014cm 3，同時摻有濃度為1.11015cm 3的磷，則電子 濃度約為（ B ），空穴濃度為（ D ），費(fèi)米能級（ G ）；將該半導(dǎo)體升溫至570K ，則多子濃度約為（

5、 F ），少子濃度為（ F ），費(fèi)米能級（ I ）。（已知：室溫下，ni 1.51010cm 3，570K 時，ni 21017 cm 3） A 1014cm 3 B 1015cm 3 C 1.11015cm 3 D 2.25105cm 3 E 1.21015cm 3 F 21017cm 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 三、 判斷題（共20分 每題分） 1. （ ）半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 2. （ ）晶體中內(nèi)層電子有效質(zhì)量小于外層電子的有效質(zhì)量。 3. （ ）半導(dǎo)體中雜質(zhì)越多，晶格缺陷越多，非平衡載流子的壽命就越短。 4. （ ）半導(dǎo)體中的電子濃度越大，則空穴

6、濃度越小。 5. （ ）同一種材料中，電子和空穴的遷移率是相同的。 6. （ ）半導(dǎo)體中載流子低溫下發(fā)生的散射主要是晶格振動的散射。 7. （ ）非平衡載流子的注入方式有電注入和光注入兩種，結(jié)在外加正向偏壓的作用下發(fā)生的非平衡載流子的注入是電注入。 8. （ ）MOSFET 只有一種載流子（電子或空穴）傳輸電流。 9. （ ）反向電流和擊穿電壓是表征晶體管性能的主要參數(shù)。 10. （ ）在某些氣體中退火可以降低硅-二氧化硅系統(tǒng)的固態(tài)電荷和界面態(tài)。 11. （ ）高頻下，pn 結(jié)失去整流特性的因素是pn 結(jié)電容 12. （ ）pn 結(jié)的雪崩擊穿電壓主要取決于高摻雜一側(cè)的雜質(zhì)濃度。 13. （ ）

7、要提高雙極晶體管的直流電流放大系數(shù)、值，就必須提高發(fā)射結(jié)的注入系數(shù)和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)。 14. （ ）二氧化硅層中對器件穩(wěn)定性影響最大的可動離子是鈉離子。 15. （ ）場效應(yīng)晶體管的源極和漏極可以互換，但雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極是不可以互換的。 16. （ ）強(qiáng)n 型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級位置最高，強(qiáng)p 型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級位置最低。 17. （ ）金是硅中的深能級雜質(zhì)，在硅中能形成雙重能級（受主和施主能級），所以金是有效的復(fù)合中心。 18. （ ）PN 結(jié)勢壘區(qū)主要向雜質(zhì)濃度高一側(cè)擴(kuò)展。 19. （ ）制造MOS 器件常常選用110晶向的硅單晶。 20. （ ）金屬與半導(dǎo)體接觸可形成肖特基接觸和歐

8、姆接觸。 四、名詞解釋 (共12分 每題3分) 1平衡狀態(tài)、非平衡狀態(tài) 在一定溫度下，產(chǎn)生和復(fù)合處于相對平衡，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電子和空穴對數(shù)目和復(fù)合掉 裝 訂 班級 姓名 學(xué)號 成績 常 州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2009 2010 業(yè)技術(shù)學(xué)院 2009 2010 學(xué)年第 一 2009 2010 學(xué) 的數(shù)目相等，保證載流子濃度不變，這種狀態(tài)就稱為“平衡狀態(tài)”；由于外界的影響而使半導(dǎo)體材料處在與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，這種狀態(tài)就稱為“非平衡狀態(tài)”。 2雪崩擊穿 答：隨著PN 外加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場不斷增強(qiáng)，當(dāng)超過某臨界值時，載流子受電場加速獲得很高的動能，與晶格點(diǎn)陣原子發(fā)生碰撞使之電離

9、，產(chǎn)生新的電子空穴對，再被電場加速，再產(chǎn)生更多的電子空穴對，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為雪崩擊穿。 3勢壘電容 答：PN 結(jié)的空間電荷層中的電荷量隨著外加電壓變化而表現(xiàn)出來的電容效應(yīng)稱為勢壘電容，電容量隨外加電壓而變化，所以是微分電容。 4霍爾效應(yīng) 答：若給流過電流的導(dǎo)體施加一個與電流方向垂直的磁場，那么在與磁場及電流均垂直的方向?qū)a(chǎn)生電場，該電場就稱為霍耳電場，這種現(xiàn)象就稱霍耳效應(yīng)。 五、問答題（18分） 1解釋結(jié)的電流電壓特性曲線中各段的含義？（8分） PN 結(jié)外加正向偏壓時，電流和電壓的關(guān)系式可表示為 J exp(qv/mkT) 它由兩部

10、分電流組成：擴(kuò)散電流和 復(fù)合電流，在很低的電壓下，m=2, 勢壘區(qū)的復(fù)合電流起 主要作用在圖中為曲線a 段；正向偏壓較大時，m=1，擴(kuò)散 電流起主要作用，為曲線b 段；大注入時，m=2，為曲線c 段，主要原因是一部分電壓降落到擴(kuò)散區(qū)的緣故。曲線 d 段，是考慮了體電阻上的電壓降，PN 正向電流增加更緩慢了。在反向電壓下，計(jì)入了勢壘區(qū)的產(chǎn)生電流，雖然擴(kuò)散電流是一常數(shù)（反向飽和電流），但產(chǎn)生電流 不飽和，為曲線e 段。（每段3分，至少寫出4段） 2畫出平衡狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)偏置條件下的晶體管的能帶圖（以npn 管為例），并分析其工作原理。（0分） 平衡狀態(tài)能帶圖 （2分） 標(biāo)準(zhǔn)偏壓下能帶圖 （2分） 標(biāo)準(zhǔn)

11、偏置條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 （1分） 外加正向偏壓下，勢壘高度降低，發(fā)射極電子注入到基區(qū)，通過擴(kuò)散運(yùn)動向集電結(jié)方向移動，由于基區(qū)制得很薄，注入 的電子幾乎都到達(dá)集電結(jié)，由于集電結(jié)反偏，耗盡區(qū)的右端為電子運(yùn)動的吸入口，大部分電子進(jìn)入集電區(qū)，從而形成集電極電流，且直接受發(fā)射極基極電壓控制。 （4分） 為保證注入到基區(qū)的少數(shù)載流子盡可能多地?cái)U(kuò)散到集電結(jié)，要求基區(qū)寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度。 （1分） 六、計(jì)算題（共10分） 1300K 時，n 型半導(dǎo)體Ge 的電阻率為47cm ，若電子遷移率為3900cm 2/VS ，試求半導(dǎo)體Ge 的載流子濃度？已知q=1.610-19C ，n i =21010 個/cm 3 （6分） 解： （3分） （3分） 2設(shè)空穴濃度是線性分布，在3um 內(nèi)濃度差為1015 cm -3,p=1