半导体物理学题库Word文档格式.docx
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、中性杂质散射、位错散射、载流子间散射和等价能谷间散射。
（电离杂质散射，晶格振动散射）
13.半导体中载流子复合可以有诸多途径，重要有两大类：
_________直接复合和通过禁带内_________进行复合。
（电子和空穴，复合中心）
14.反向偏置pn结，当电压升高到某值时，反向电流急剧增长，这种现象称为pn结击穿，重要击穿机理有两种：
_________击穿和_________击穿。
（雪崩，隧道）
15._________杂质可明显变化载流子浓度；
_________杂质可明显变化非平衡载流子寿命，是有效复合中心。
（浅能级，深能级）
二．选取题
1．本征半导体是指（A）半导体。
A．不含杂质和缺陷B．电阻率最高
C．电子密度和空穴密度相等D．电子密度与本征载流子密度相等
2.如果一半导体导带中发现电子几率为零，那么该半导体必然（D）。
A.不含施主杂质B.不含受主杂质
C.不含任何杂质D.处在绝对零度
3.有效复合中心能级必接近（
A
）。
A.禁带中部
B.导带
C.价带
D.费米能级
4．对于只含一种杂质非简并n型半导体，费米能级EF随温度上升而（D）。
A.单调上升B.单调下降
C.通过一种极小值趋近EiD.通过一种极大值趋近Ei
5.当一种n型半导体少子寿命由直接辐射复合决定期，其小注入下少子寿命正比于（A）。
A.1/n0
B.1/△n
C.1/p0
D.1/△p
6.在Si材料中掺入P，则引入杂质能级（B）
A.在禁带中线处B.接近导带底C.接近价带顶D.以上都不是
7．公式
中τ是半导体载流子（C）。
A.迁移时间B.寿命
C.平均自由时间D.扩散时间
8.对于一定n型半导体材料，温度一定期，减少掺杂浓度，将导致（D）接近Ei。
A.EcB.Ev
C.EgD.EF
9.在晶体硅中掺入元素（B）杂质后，能形成N型半导体。
A.锗B.磷C.硼D.锡
10.对大注入条件下，在一定温度下，非平衡载流子寿命与（D）。
A．平衡载流子浓度成正比B．非平衡载流子浓度成正比
C．平衡载流子浓度成反比D．非平衡载流子浓度成反比
11.重空穴是指（C）
A.质量较大原子构成半导体中空穴
B.价带顶附近曲率较大等能面上空穴
C.价带顶附近曲率较小等能面上空穴
D.自旋－轨道耦合分裂出来能带上空穴
12.电子在导带能级中分布概率表达式是（C）。
A.
B.
C.
D.
13.如在半导体中以长声学波为重要散射机构是，电子迁移率
与温度（B）。
A.平方成正比B.
次方成反比
C.平方成反比D.
次方成正比
14.把磷化镓在氮氛围中退火，会有氮取代某些磷，这会在磷化镓中浮现（D）。
A.变化禁带宽度B.产生复合中心
C.产生空穴陷阱D.产生等电子陷阱
15.普通半导体器件使用温度不能超过一定温度，这是由于载流子浓度重要来源于_________，而将_________忽视不计。
（A）
A.杂质电离，本征激发B.本征激发，杂质电离
C.施主电离，本征激发D.本征激发，受主电离
16..一块半导体寿命τ=15µ
s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30µ
s后，其中非平衡载流子将衰减到本来（C）。
A.1/4B.1/eC.1/e2D.1/2
17.半导体中由于浓度差引起载流子运动为（
B）。
A.
漂移运动
B.
扩散运动
C.
热运动
D.共有化运动
18.硅导带构造为（D）。
A.位于第一布里渊区内沿<
100>
方向6个球形等能面
B.一半位于第一布里渊区内沿<
111>
方向6个球形等能面
C.一半位于第一布里渊区内沿<
方向8个椭球等能面
D.位于第一布里渊区内沿<
方向6个椭球等能面
19.杂质半导体中载流子输运过程散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射概率和晶格振动声子散射概率变化分别是（B）。
A.变大，变小B.变小，变大C.变小，变小D.变大，变大
20.与半导体相比较，绝缘体价带电子激发到导带所需能量（A）。
A.比半导体大B.比半导体小
C.与半导体相等D.不拟定
21.普通半导体它价带顶位于_________，而导带底位于_________。
（D）
A.波矢k=0或附近，波矢k≠0B.波矢k≠0，波矢k=0或附近
C.波矢k=0，波矢k≠0D.波矢k=0或附近，波矢k≠0或k=0
22.锗晶格构造和能带构造分别是（
C
金刚石型和直接禁带型
B.
闪锌矿型和直接禁带型
C.
金刚石型和间接禁带型
D.
闪锌矿型和间接禁带型
23.如果杂质既有施主作用又有受主作用，则这种杂质称为（D）。
A.施主B.复合中心C.陷阱D.两性杂质
24.杂质对于半导体导电性能有很大影响，下面哪两种杂质分别掺杂在硅中能明显地提高硅导电性能（C）。
A.硼或铁B.铁或铜C.硼或磷D.金或银
25.当施主能级ED与费米能级EF相等时，电离施主浓度为施主浓度（C）倍；
A.1
B.1/2C.1/3D.1/4
26.同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲相对介电常数εr是乙3/4，mn*/m0值是乙2倍，那么用类氢模型计算成果是（D）。
A.甲施主杂质电离能是乙8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙3/4
B.甲施主杂质电离能是乙3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙32/9
C.甲施主杂质电离能是乙16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙8/3
D.甲施主杂质电离能是乙32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙3/8
27.本征半导体费米能级表达式是。
（B）
C.
D.
28.载流子在电场作用下运动为（
A）。
扩散运动
29.下面状况下材料中，室温时功函数最大是（A）。
A.含硼1×
1015cm-3硅B.含磷1×
1016cm-3硅
C.含硼1×
1015cm-3，磷1×
1016cm-3硅D.纯净硅
30.普通可以以为，在温度不很高时，能量不不大于费米能级量子态基本上_________，而能量不大于费米能级量子态基本上为__________，而电子占据费米能级概率在各种温度下总是_________，因此费米能级位置比较直观地标志了电子占据量子态状况，普通就说费米能级标志了电子填充能级水平。
A.没有被电子占据，电子所占据，1/2B.电子所占据，没有被电子占据，1/2
C.没有被电子占据，电子所占据，1/3D.电子所占据，没有被电子占据，1/3
三．简答题
1．简要阐明费米能级定义、作用和影响因素。
答：
电子在不同能量量子态上记录分布概率遵循费米分布函数：
费米能级EF是拟定费米分布函数一种重要物理参数，在绝对零度是，费米能级EF反映了未占和被占量子态能量分界线，在某有限温度时费米能级EF反映了量子态占据概率为一半时能量位置。
拟定了一定温度下费米能级EF位置，电子在各量子态上记录分布就可完全拟定。
费米能级EF物理意义是处在热平衡状态电子系统化学势，即在不对外做功状况下，系统中增长一种电子所引起系统自由能变化。
半导体中费米能级EF普通位于禁带内，详细位置和温度、导电类型及掺杂浓度关于。
只有拟定了费米能级EF就可以记录得到半导体导带中电子浓度和价带中空穴浓度。
2．在本征半导体中进行故意掺杂各种元素，可变化材料电学性能。
请解释什么是浅能级杂质、深能级杂质，它们分别影响半导体哪些重要性质；
什么是杂质补偿？
杂质补偿意义何在？
答：
浅能级杂质是指其杂质电离能远不大于本征半导体禁带宽度杂质。
它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）离子，并同步向导带提供电子或向价带提供空穴。
它可有效地提高半导体导电能力。
掺杂半导体又分为n型半导体和p型半导体。
深能级杂质是指杂质所在能级位置在禁带中远离导带或价带，在常温下很难电离，不能对导带电子或价带空穴浓度有所贡献，但它可以提供有效复合中心，在光电子开关器件中有所应用。
当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余杂质最后电离，这就是杂质补偿。
运用杂质补偿效应，可以依照需要变化半导体中某个区域导电类型，制造各种器件。
3．什么叫受主？
什么叫受主电离？
受主电离先后有何特性？
半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电离子，并同步向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。
受主电离成为带负电离子（中心）过程就叫受主电离。
受主电离前带不带电，电离后带负电。
4．什么叫复合中心？
何谓间接复合过程？
有哪四个微观过程？
试阐明每个微观过程和哪些参数关于。
半导体内杂质和缺陷可以增进复合，称这些增进复合杂质和缺陷为复合中心；
间接复合：
非平衡载流子通过复合中心复合；
四个微观过程：
俘获电子，发射电子，俘获空穴，发射空穴；
俘获电子：
和导带电子浓度和空穴复合中心浓度关于。
发射电子：
和复合中心能级上电子浓度。
俘获空穴：
和复合中心能级上电子浓度和价带空穴浓度关于。
发射空穴：
和空复合中心浓度关于。
5．漂移运动和扩散运动有什么不同？
两者之间有什么联系？
漂移运动是载流子在外电场作用下发生定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高地方向浓度底方向定向运动。
前者推动力是外电场，后者推动力则是载流子分布引起。
漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相联系。
而非简并半导体迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系，两者比值与温度成反比关系。
即
6．简要阐明pn结空间电荷区如何形成？
当p型半导体和n型半导体结合形成pn结时，由于两者之间存在载流子浓度梯度，从而导致了空穴从p区到n区、电子从n区到p区扩散运动。
对于p区，空穴离开后留下了不可动带负电荷电离受主，因而在p区一侧浮现了一种负电荷区；
同理对于n区，电子离开后留下了不可动带正电荷电离施主，因而在n区一侧浮现了一种正电荷区。
这样带负电荷电离受主和带正电荷电离施主形成了一种空间电荷区，并产生了从n区指向p区内建电场。
在内建电场作用下，载流子漂移运动和扩散运动方向相反，内建电场阻碍载流子扩散运动。
随内建电场增强，载流子扩散和漂移达到动态平衡。
此时就形成了一定宽度空间电荷区，并在空间电荷区两端产生了电势差，即pn结接触电势差。
7．简要阐明载流子有效质量定义和作用。
能带中电子或空穴有效质量m*定义式为：
有效质量m*与能量函数E（k）对于波矢k二次微商，即能带在某处曲率成反比；
能带越窄，曲率越小，有效质量越大，能带越宽，曲率越大，有效质量越小；
在能带顶部，曲率不大于零，则有效质量为负值，在能带底部，曲率不不大于零，则有效质量为正值。
有效质量意义在于它概括了内部势场作用，使得在解决半导体中载流子在外场作用下运动规律时，可以不涉及内部势场作用。
8．对于掺杂元素半导体Si、Ge中，普通情形下对载流子重要散射机构是什么？
写出其重要散射机构所决定散射几率和温度关系。
对掺杂元素半导体材料Si、Ge，其重要散射机构为长声学波散射和电离杂质散射
其散射几率和温度关系为：
声学波散射：
，电离杂质散射：
9.阐明能带中载流子迁移率物理意义和作用。
载流子迁移率μ反映了单位电场强度下载流子平均漂移速度，其定义式为：
；
其单位为：
cm2/V⋅s
半导体载流子迁移率计算公式为：
其大小与能带中载流子有效质量成反比，与载流子持续两次散射间平均自由时间成正比。
拟定了载流子迁移率和载流子浓度就可拟定该载流子电导率。
四．证明题
1．试推证：
对于只含一种复合中心间接带隙半导体晶体材料，在稳定条件下非平衡载流子净复合率公式
证：
题中所述状况，重要是间接复合起作用，包括如下四个过程。
甲：
电子俘获率=rnn（Nt-nt）
乙：
电子产生率=rnn1ntn1=niexp（（Et-Ei）/k0T）
丙：
空穴俘获率=rppnt
丁：
空穴产生率=rpp1（Nt-nt）p1=niexp（（Ei-Et）/k0T）
稳定状况下净复合率
U=甲-乙=丙-丁
（1）
稳定期
甲+丁=丙+乙
将四个过程表达式代入上式解得
（2）
将四个过程表达式和
（2）式代入
（1）式整顿得
（3）
由p1和n1表达式可知p1n1=ni2代入上式可得
2.试用一维非均匀掺杂（掺杂浓度随x增长而下降），非简并p型半导体模型导出爱因斯坦关系式：
证明：
由于掺杂浓度不均匀，电离后空穴浓度也不均匀，形成扩散电流：
空穴向右扩散成果，使得左边带负电，右边带正电，形成反x方向自建电场E，产生漂移电流：
稳定期两者之和为零，即：
而
，有电场存在时，在各处产生附加势能－qV（x），使得能带发生倾斜。
在x处价带顶为：
EV（x）=EV-qV（x），则x处空穴浓度为：
则：
故：
3．证明非平衡载流子寿命满足
，并阐明式中各项物理意义。
则在单位时间内减少非平衡载流子数=在单位时间内复合非平衡载流子数，即
在小注入条件下，τ为常数，解方程
（1），得到
式中，Δp（0）为t=0时刻非平衡载流子浓度。
此式表达了非平衡载流子随时间呈指数衰减规律。
得证。
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