成電半導(dǎo)體物理期末考試試卷a及參考答案

1、1、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（B，對應(yīng)的有效質(zhì)量（C），稱該能帶中的空穴為(E)。A.曲率大；B.曲率?。籆.大；D.??；E.重空穴；F.輕空穴2、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（F）。A.施主B.受主C.復(fù)合中心D.陷阱F.兩性雜質(zhì)3、在通常情況下，GaN呈（A）型結(jié)構(gòu)，具有（C），它是（F）半導(dǎo)體材料。A.纖鋅礦型；B.閃鋅礦型；C.六方對稱性；D.立方對稱性；E.

2、間接帶隙；F.直接帶隙。4、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)εr是乙的34，mnm0值是乙的2倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（D）。A.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的83，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的34B.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的329C.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的163，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的83D.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的329，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的385、.一塊半導(dǎo)體

3、壽命τ=15s，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30s后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（C）。A.14；B.1e；C.1e2；D.126、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、niNDNA時，半導(dǎo)體具有（B）半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。A.非本征B.本征8、在純的半導(dǎo)體硅中摻入硼，在一定的溫度下，當(dāng)摻入的濃度增加時，費米能級向（A）移動；當(dāng)摻雜濃度一定時，溫度從室溫逐步增加，費米能級向(C)移

4、動。A.Ev；B.Ec；C.Ei；D.EF9、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)（D）。A.改變禁帶寬度；B.產(chǎn)生復(fù)合中心；C.產(chǎn)生空穴陷阱；D.產(chǎn)生等電子陷阱。10、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（C）。A.非平衡載流子濃度成正比；B.平衡載流子濃度成正比；C.非平衡載流子濃度成反比；D.平衡載流子濃度成反比。11、雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時，電離雜

5、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（B）。A.變大，變??；B.變小，變大；C.變小，變??；D.變大，變大。12、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（B）空穴的俘獲率，它是（D）。A.大于；B.等于；C.小于；D.有效的復(fù)合中心；E.有效陷阱。13、在磷摻雜濃度為21016cm3的硅襯底（功函數(shù)約為4.25eV）上要做出歐姆接觸，下面四種金屬最適合的是（A）。A.In(Wm=3.8eV)；B.

6、Cr(Wm=4.6eV)；C.Au(Wm=4.8eV)；D.Al(Wm=4.2eV)。14、在硅基MOS器件中，硅襯底和SiO2界面處的固定電荷是（B），它的存在使得半導(dǎo)體表面的能帶（C）彎曲，在CV曲線上造成平帶電壓（F）偏移。A.鈉離子；B.過剩的硅離子；C.向下；D.向上；E.向正向電壓方向；F.向負(fù)向電壓方向。二、簡答題：（二、簡答題：（546=1546=15分）分）2、對于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對載流子的主要

7、散射機(jī)構(gòu)是什么？寫出其主要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。（4分）答：對摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge，其主要的散射機(jī)構(gòu)為長聲學(xué)波散射（1分）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：32spT?32iipNT??3、如金屬和一n型半導(dǎo)體形成金屬－半導(dǎo)體接觸，請簡述在什么條件下，形成的哪兩種不同電學(xué)特性的接觸，說明半導(dǎo)體表面的能帶情況，并畫出對應(yīng)的IV曲線。（忽略表面態(tài)的影響）（6分）答：在金屬和n型半導(dǎo)

8、體接觸時，如金屬的功函數(shù)為Wm半導(dǎo)體的功函數(shù)為Ws。當(dāng)Wm＞W(wǎng)s時，在半導(dǎo)體表面形成阻擋層接觸，是個高阻區(qū)，能帶向上彎曲；（2分）當(dāng)Wm＜Ws時，在半導(dǎo)體表面形成反阻擋層接觸，是個高電導(dǎo)區(qū)，能帶向下彎曲；（2分）對應(yīng)的IV曲線分別為：四、一束恒定光源照在n型硅單晶樣品上，其平衡載流子濃度n0=1014cm3，且每微秒產(chǎn)生電子－空穴為1013cm3。如τn=τp=2μs，試求光照后少數(shù)載流子濃度。（已知本征載流子濃度ni=9.65109c

9、m3）(5分)解：在光照前：光照后：0201356133622109.3110210210110pipppGnGncm?????????????????分分3.3.雜質(zhì)的補(bǔ)償作用：雜質(zhì)的補(bǔ)償作用：半導(dǎo)體中同時含有施主和受主雜質(zhì)，施主和受主先相互抵消，剩余的雜質(zhì)發(fā)生電離。1.1.費米分布函數(shù)費米分布函數(shù)(簡并半導(dǎo)體簡并半導(dǎo)體)(本征)；(雜質(zhì))；玻爾茲曼分布函數(shù)玻爾茲曼分布函數(shù)(非簡并半導(dǎo)體非簡并半導(dǎo)體)????????????TkEEE

10、fF0exp11)(????????????TkEEEfF0exp2111)(；???????????TkEAEfB0exp)(2.2.費米能級：費米能級：；系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對外界做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起系統(tǒng)自由能的變TFNFE???????????化，等于系統(tǒng)的化學(xué)勢，也就是等于系統(tǒng)的費米能級。費米能級的位置：費米能級的位置：本征半導(dǎo)體的費米能級位于本征能級(禁帶寬度的一半)上，根據(jù)雜質(zhì)離子的不同，費米能級的位置

11、有所不同；4.4.n型雜質(zhì)半導(dǎo)體在低溫弱電離區(qū)的費米能級型雜質(zhì)半導(dǎo)體在低溫弱電離區(qū)的費米能級的推導(dǎo)：的推導(dǎo)：低溫下，導(dǎo)帶中的電子全部由電離施主雜??????????????????cDDcFNNTkEEE2ln220質(zhì)提供，此時p0=0，，故電中性條件：??Dnn0；?????????????????????????TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp由得：，因此：DDNn???1exp0?????????????TkE

12、EFD；???????????????????????TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp取對數(shù)并化簡得：；??????????????????cDDcFNNTkEEE2ln220它與溫度、雜質(zhì)濃度以及摻入何種雜質(zhì)原子有關(guān)。在低溫極限T→0K時，；故；即在低溫即在低溫??0lnlim0???TTKT2lim0DcFKTEEE???極限極限T→0K0K時，費米能級位于導(dǎo)帶底和施主能級間的中線處。時，費米能級位于導(dǎo)帶底和施主

13、能級間的中線處。1.1.載流子散射的概念：載流子散射的概念：所謂自由載流子，實際上只在兩次散射之間才真正是自由運動的，其連續(xù)兩次散射間自由運動的平均路程稱為平均自由所謂自由載流子，實際上只在兩次散射之間才真正是自由運動的，其連續(xù)兩次散射間自由運動的平均路程稱為平均自由程，而平均時間稱為平均自由時間。程，而平均時間稱為平均自由時間。2.2.半導(dǎo)體的主要散射機(jī)構(gòu)：半導(dǎo)體的主要散射機(jī)構(gòu)：Ⅰ電離雜質(zhì)的散射；Ⅱ晶格振動的散射：①聲學(xué)波散射；②光學(xué)

14、波散射；Ⅲ其他因素引起的：①等同的能谷間散射；②中性雜質(zhì)散射；③位錯散射；④合金散射；3.3.平均自由時間與散射概率之間關(guān)系式平均自由時間與散射概率之間關(guān)系式的推導(dǎo)：的推導(dǎo)：?????00011PtdtPeNNPt?設(shè)有N個電子以速度v沿某方向運動，N(t)表示在t時刻尚未遭到散射的電子數(shù)，按散射概率的定義，在t到（tΔt）時間內(nèi)被散射的電子數(shù)為；tPtN???)(∴tPtNttNtN???????)()()(∴；解微分方程：；)()(

15、)(lim)(0tNPttNttNdttdNt??????????tPeNtN????0)(其中N0是t=0時未遭散射的電子數(shù)；∴t到（tΔt）時間內(nèi)被散射的電子數(shù)為；dtePNtP???0∴平均自由時間；等于散射概率的倒數(shù)。PtdtePNNtP11000????????2.2.非平衡載流子的壽命非平衡載流子的壽命的推導(dǎo)：的推導(dǎo)：??????????????????0000)()(dtedttetpdtptdttt假定一束光在一塊n型半

16、導(dǎo)體內(nèi)部均勻地產(chǎn)生非平衡載流子和，在t=0時，光照突然停止，的變化應(yīng)等于n?p?p?非平衡載流子的復(fù)合率：；?)()(tpdttpd????小注入時，是一恒量，與無關(guān)，上述微分方程的通解為：；?)(tp??tCetp???)(當(dāng)t=0時，，得，則；0)()0(pp???0)(pC???teptp?????0)()(非平衡載流子的復(fù)合率：非平衡載流子的復(fù)合率：通常把單位時間單位體積內(nèi)凈復(fù)合消失的電子空穴對數(shù)。3.3.推導(dǎo)在小注入條件下，當(dāng)