半导体器件物理题库.docx
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半导体器件物理题库
（）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。
（）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。
（）非简并半导体处于热平衡状态的判据是nopo=nw。
（）PN结空间电荷区宽度随反偏电压的增大而减小。
（）MOSFET只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。
（）平衡PN结中费米能级处处相等。
（）双极性晶体管的放大作用是在工作在饱和区。
（）要提高双极晶体管的直流电流放大系数a、B值，就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。
）金属与N型半导体接触，如果金属的功函数大于半导体的功函数则形成欧姆
接触，反之形成肖特基势垒接触。
（）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，双极型晶体管的发射极和集电极也是可以互换的。
1•下列固体中，禁带宽度Eg最大的是（）
3・硅中非平衡载流子的复合主要依靠（）
4・衡量电子填充能级水平的是（）
5•室温下，半导体Si中掺硼的浓度为10-cm“，同时掺有浓度为1.1>W15cm皿的
磷，则空穴浓度约为（）o（已知：
室温下，ni・5xAcm3，570K时，
ni〜2xi1cm3）
14-315-310-35-3
A!
014cm*3Bl015cm'3C1010cm*3D105cm'3
6.MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是（
）。
（Vs为半导体表面电
势；qVB=Ei-EF）
CVs=O
AVs=VbBVs=2Vb
7•晶体管中复合与基区厚薄有尖，基区越厚，复合越多，因此基区应做得（
A•较厚
B•较薄C•很薄
8.pn结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（）
A•展宽
B•变窄C.不变
9.
平面扩散型双极晶体管中
掺杂浓度最高的是（
）
A发射区
B基区C集电区
10.栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成电子沟道，该MOSFET为
A.P沟道增强型
B.P沟道耗尽型C.N沟道增强型D.N沟道耗尽型
三、简答（每题5分，共30分）
*半导体中的电荷输运机理？
半导体中存在两种基本的电荷输运机理，一种称谓载流子的漂移，漂移引起的载流子流动与外加电场有尖；另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散，它是由杂质浓度梯度引起的（或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运）。
★费米能级随掺杂浓度是如何变化的？
禾I」用noexp|1po=nexp卜_可分别求出:
・kT-kT
Ef_Eh=kTln
n0
EJ
;Efi-Ef=kTln
PO
5丿
如果掺杂浓度Na「m，且Na「Nd利用（5）式得到，Po”Na；
如果掺杂浓度Nd…口，且肌…Na利用（4）式得到，rt:
肌；带入（6）式得:
Ef・Eh=kTlr
7
rt
:
Eh-Ef=kTlr
J
（7）
所以，随着施主掺杂浓度Nd的增大，N型半导体的费米能级Ef远离本征费米能级
Er向导带靠近；同样，随着受主掺杂浓度Na的增大，P型半导体的费米能级Ef远离
本征费米能级Eh向价带靠近。
★解释空间电荷区（或称耗尽区）
冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。
该区内不存在任何可移动的电子或空穴。
N区内的空间电荷区由于存
在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。
水解释空间电荷区的内建电场
空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。
水解释空间电荷区的内建电势差
空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。
★什么是空间电荷区复合电流和产生电流，它们是怎么产生的？
正偏压PN结空间电荷区边缘处的载流子浓度增加，以致；pr>r2。
这些过量载流子穿越空间电荷区，使得载流子浓度可能超过平衡值。
因而在空间电荷区中这些过量载流子会有复合，所产生的电流叫做空间电荷区复合电流。
反偏压下PN结空间电荷区prvr2，于是会有载流子产生。
产生的载流子在反向偏压的作用下形成PN结的反向电流叫做空间电荷区产生电流。
解释P-N结的势垒电容？
随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可
以用P-N结的势垒电容描述
★画出正偏电压下空间电荷区边缘附近过剩少数载流子分布图，指出少子浓度是按何不中尖系分布的°
正偏条件下F-N边缘附近的稳态弘子浓度分布图
双极结型晶体管BJT有几种工作模式？
写出工作条件
正向有源模式：
Ve0，
VcO；
（2
反向有源模式：
Ve0，
Vc0；
（3
饱和模式：
Ve0，
VcO；
（4
截止模式：
陀°,
Vc：
:
0o
答:
Z」
★下图为NPN晶体管两种不同工作模式对应的少数载流子分布，请指出它们各是什么工作模式，并给出两模式下基区中性区边界少子浓度大小。
设发射结和集电结偏置电压分别为Ve和Vc。
（a）
⑻截止工作摸式，基区中桂区边郷少子浓度：
叫°）二°,%（殆）二。
（扪炖杓工作摸式，竝宜中桂区边翠少子农度：
（§）（6）”显"I竹亿）二作声”
★下图为NPN晶体管两种不同工作模式对应的少数载流子分布，请指出它们各是什么工作模式，并给出两模式下基区中性区边界少子浓度大小。
设发射结和集电结偏置电压分别为Ve和Vc。
0心
（b）
答：
（a）正向有源工作模式.基区中性区边界少子浓度：
Lh）截止撲式，基区中悝区边界少子浓度；一（°卜°,9（心）
画出太阳电池的理想等效电路并写出IV特性方程
V.
=lL_lD=ILIo1_eVT
简述肖特基二极管的优缺点
优点：
（1）正向压降低
（3）工作频率咼。
（2）温度系数小
（4）噪声系数小
缺点：
（1）反向漏电流较大
（2）耐压低
水什么是欧姆接触？
怎样才能形成欧姆接触？
答：
欧姆接触定文为这样一种接触、它在皆使匡弐结构上〈会源加较大的寄生阻抗，且不足以
改变半寻体内的平衡载流子浓.度使尋件嵯性受到影响・金属知重攥杂半导养之间形战欧姆接
赴：
载流子可以隧進穿透而不是麵过势垒再
★简述金属和半导体接触形成的两种效应及其特点？
雀：
金易一半禺沐形或的冶佥学援触故会厲一半丰沐结（M*s）或金融■爭导体接触。
把须状的金厲触针压在半导体晶体上或者在高其空下向半导依表面上蒸箍大旨和的佥厲薄簾都可以实现会喜一三导体结，前者称为点接触，后者则相对地叫做百接能。
佥属一半导体接触出现两个最重要的效应：
其一是整流效应，其二是欧姆效应.前者称为整流接蝕，又心做臺流结・后者称为欧姆接触・又叫做李整浣结*
’画出金属和N型半导体在形成理想接触前后的能带图并说明肖特基势垒形成。
昶：
T图为金属和丸型半导体在形成接触之訂的理想的皑苦图i其中金属功園数g血大于半导
麦面榊是平直矽。
用慕种方法把金厲和半导体接融”由于G豹“札_・电子将从半导体渡越幻全属”使半字体表帀出观未诫补偿的离化施主的正电荷•金疽表旨则积累贯飪荷•同时二者的费来鎧鍍拄平。
电中性姜求金聲晨面的负电荷与半导体表面的正电荷•疋须量置相苦琦号相反。
金属表面的负电荷是多余出来的字电电于.只占据很薄的一层｛0.5nm）4由于半导体中施主浓度比金聲中电子浓度低几个数
量饭*所议半导％中的正电荷将占捋相对较厚的一卜薄层怨卩扈半导像表面形成了空间电荷层’和P4结一强•空间电荷的电场将殂土半导体中电子流入金属。
达到热平衡时形成穗定的自建电场和自建电势•半导体的能带囱上穹曲•形成了狙止半导体中电子向金躅渡越的势垒*
金啟和K理半导饭在形成理務接越辛舌的链帝團
，画出结型场效应管结构示意图，简述其工作原理
答：
培唱场效庖爲体管睹构示童图如下
左正常工作条件下.反向懾压却于城PX怙的两牺.垛得空间屯荷：
！
向淘道内凱铲展.弄俊耳尽展中飾载亜子規
冬+籍果是•洵道怖载曲税减小.吗丙询道电阻增加.这妊*濒和湍圾之可浣过的屯帆就覺釣桁电压的泅制*
★如何理解结型场效应管JFET在夹断点处夹断电压相等？
夹断电压主要与什么有尖？
2*%（叫+仪）
答：
枚培妙y—一汇4—」FET如磴•漏电庄之合.
qg
在夬酣点，空间电荷窪的第度正好等于沟道的宽度，程上式中令库二盘以及
厂_I；二I；、可求得夹野电压:
式中匕为达到夹訴条件的外加电压.的夹断电压.由于在任何夹断点处•空间电荷宜的宽度眾
正奸等于沟道的畫度•所汶夹擀点业夹頻电压是相箏矽•说JL夹野电压仅由嚣件妁材参数和结峋養数决定。
什么是增强型和耗尽型JFET?
答：
耗尽堂指JFET在梯借压为事常截存在导屯沟道*而欲使沟道夹新必须给P-卜结施加反向倨压，慢沟道内找浣子耗冬*増殛型WET同灌强型MESITT在橈编压为零苦•沟道是夹舒的，只有外加正僞压时，才蛊开始导电，考虑药P沟和N沟两类字电滝迢狈【J恙共町有四种类型的JFET和MESFE「即N沟增强荃.N洵耗尽型.P沟增强型和P沟耗尽型.
简述JFET的主要特点？
答：
（DJFET的电浇传复主妥由一种空号的载浣子一多数载滦子承担•不存在少数裁浣子的贮存效应，因此有利于迖到比较高的截土频率和快的开矢速度”
2JFET是电压控制器件.它的瞪入电狙要比BJT的高得多，因此其绘入誚易于与烁准的徴滾系统匹配・在应用电路中昜于实斑級间直接耦合.
3由于是多子逞件•因此抗辐杲登力强，
㉛与BJT及MOSX艺義容•有利于垂成*
★导出MOS理想结构的阈值电压表达式并解释物理意义
蜒：
当出现强反型时
Qi=-Q加广鬟+0S1-<（%■卩7»）
fi1W
沟道电荷受到镐压控喇，这正是MOSiET工作的基左扒
阖值电庄：
给严_%+蚣第一项表示在形成强反型时，要用一部分电压去扎撑空间电荷；
奚二项表示晏网一部分电玉为半导体表面提供达瓷强底型叶所需要的表面势。
十、下图为MOSFET随环极电圧比疑性和丸小变化时出现的三理卞同爰面情况*试绘出这三种烤况所起■应的MOSfEI八带结省和池荷分布示畫图。
★解释PN结光生伏特效应的主要物理过程，并绘出PN结在无光照平衡时和有光照开路时的能带图。
答：
卩小结光生伏烽玻应就是半字体吸收光能后在片N结上产生光生电动势的欣应，光生伏玮奴应涉及到汶下三个主要的物理过旄；
第一，半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子一空穴对；
算二、非平衡电子和空穴从产生赴向罪均匀势场区运动•这种运动可以是扩散运动.也可以是漂移运动；
第三，非平浙社子和空穴在非均匀势场作用丁向相反方向运动帀分离*这种非均匀势场可以是结的空间电荷SV也可以是会属一半字体的肖特基势垒或异质结势垒爹”PN结能带图；
画出能带图，说明LED的工作原理。
解：
題光二极管能带图如下
当LED加一正向编压时*电于和空穴分别往卩型和N型徑间运动*然后与对方区闾的少子复合，在复舍较泣程中发射光子。
四、综合题
★计算
（1）掺入Nd为1X10伯个/cm3的施主硅，在室温（300K）时的电子浓度n和空穴浓度P。
分别为多
少？
（其中本征载流子浓度ni=2x1010^/cm3。
）
（2）如果在
（1）中掺入Na=5x101MK/cm3的受主，那么n。
和p。
分别为多少？
（3）如果在
（1）中掺入Na=1x10154^/cm3的受主‘那么no和po又为多少？
300K时可认为施主杂质全部电离。
210105人3
Po1115寸=4105^/cm3
“'1U（2分）
掺入了NA=5X1014^/cm3的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。
151414人3
n°=ND-NA=110-510=510个/cm
2102
（2分）
Po=n_=SA=81^）5j^>4/cm3
n
（2分）
（3）因为施主和受主相互完全补偿，杂质的掺杂不起作用。
因此该半导体可看作是本征半导
体（实际上不是）。
贝Vn。
=P。
二=210®个/crrP<2分）推导单边突变P+N结（Na»Nd）空间电荷区耗尽层宽度表达式解：
在N侧杓P侧的泊松方程分别为叫迅（）dx*k£,
dp_qNa
dx2ksQ
空间电荷的电中牲要求州血=Ndx”耗尽层宽度W=xP+叫若
令则叫》驻刀兀对
（1）式积分一次*得皱一匹
（…」边界条件9叱
dx
dx
因为如.（3）式可改写为
Eg（l-
利用边界条件賞（心）二0,对G）再积分可推导出电势
则内建电势差
^0=
gzm叩）■陆
4€尽展宽度
TT
尿M卩：
硅N沟道JFLT具有如图蜻均以及以下参数；丸二10%由〜、a=2#段适算：
（a）自建电势妙。
，（b）夹野电压
=10"cm—
（ni=1-5箕10%朋巴£二11.&氏=8.85xlQ-2F/m,A=L6x）（TlfC）
YN
（a）自建电势差:
=ri-In必十=0.026InnI
G和叫・
xIQIS
2,25xJ0H=0.76賞
源极上栅极漏极
AI下栅极
qa'N.（1.6x1oA）x（4xlo-K）xio^s（b）夹断&:
Ri
2xll.8x（8.85xl0J<）
=3.06-056=2.3K
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