半导体物理大题 Chapter 1 Chapter 2.docx

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半导体物理大题Chapter1Chapter2

大题Chapter1Chapter2（计算）Au在Si中产生双重能级（96、99）（说明）Si、Ge、GaAs能带特点（93、96、97、98）Chapter3（证明）E-k关系（94）（推导）二维电子气模型求模式密度、导带电子浓度表达式（93、态密度有效质量（99）96、05）载流子有效质量（06）半导体的掺杂补偿效应（06）（证明）知n、p，求n、E及n、p与ni关系（03）ii施主杂质及其电离能（07）（图）nv解释、说明金刚石结构（2001）金刚石结构的密排面（2003）Si晶体结构和结合性质（2006）直接、间接禁带半导体（00）等电子陷阱（97）半导体能带结构（07）1，区分本征区、强电离区、弱电离区以及理由（01）Tne2<τ>（01）m（推导）球形等能面抛物带求g（）（96、00）Chapter4（推导）σ=影响载流子迁移率的因素（06）动量驰豫时间（00）霍尔效应及在半导体中应用（03）热载流子效应（06）（计算）Fe在Ge中产生双重能级（98）（说明）霍尔效应及在半导体中主要应用（93、98）（计算）GaAs中含浅施主、深受主（97）11、R=，R为何反比载流子浓度（94）nenp1（图）对lnσ曲线作相关说明（93）T（说明）R=Chapter5（说明）直接、间接复合及各过程影响因素，平均自由时间（05、非平衡载流子的寿命（06）06）爱因斯坦关系（94）深能级通常是有效复合中心（94、97、00）复合中心（03）2n≠p下，τ多子≠τ少子；R=reff（np-ni）；少子寿陷阱效应（01）过剩载流子的扩散长度、扩散速度（01）命（99）俄歇复合（07）KT带间俄歇复合（98、00）（证明）爱因斯坦关系D=（00）e准费米能级（97、00）（推导）一维扩散分布、扩散流（93、97、07）准平衡（94、97、98、07）R=（np-ni2）（94）rnn+n1）+（p+p1）（rpNtrnrpChapter6间接复合四个过程nMOS的C-V曲线（06）（计算）线性缓变pn结（06）知P、N浓度，求势垒、电场电荷分布（05）（说明）正向偏压下pn结（98、03）1εεeN20（97、01）（证明）C（V）=（V-V）2DeVeVDnKTKT（证明）0（e-1），jn=e00）J=Jn0（e1）,jp关系式（94、Ln隧道（齐纳）击穿（06）隧道二极管（99）扩散电容（98）平带电压（96）欧姆接触PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建1993年一、导出非简并情形下电子浓度n随费米能级EF的变化n=NceECEFKT式中EC为导带底能量，NC为导带有效态密度。

（20分）二、设入射光在半导体的n型半导体表面很薄的表面层内被吸收并激发电子空穴对。

求导出过剩载流子的一维稳定扩散系数，并就所得的结果中有关的量做适当的说明。

分）（30三、说明霍尔效应在半导体中的重要应用。

（10分）四、半导体电导率σ的对数lnσ随温度倒数1/T的变化如图示，试对之作点说明。

（15分）lnδ1/T五、MIS结构的平带电压和哪些因素有关？

（10分）六、说明Si、GaAs的能带结构的特点，并据之评述两者物理性质的差异及在应用中的优缺点。

（15分）1994年PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建一、名词解释：

爱因斯坦关系、准平衡（10分），可告诉你哪些重要知识？

试举例说明。

（15分）二、试证明半导体能带结构（即E-k关系）r三、R=-11或R=（略去霍尔因子），从物理上说明R的大小为何反比于载流子浓度？

nepe（15分）四、通过复合中心的复合速率R可写作：

R=（np-ni2）rnn+n1）+（p+p1）（rpNtrnrp其中n、p、Nt分别为电子、空穴和复合中心浓度，ni为本征载流子浓度，rn、rp为电子和空穴的俘获系数，n1=NceEcEtKT，p1=NveEtEvKT，式中Et为复合中心的能级位置，试求n型和p型材料在低阻区和高阻区的小信号寿命，说明为什么有效复合中心通常是深能级。

（20分）五、设MOS结构氧化层中正离子的分布遵守：

1ρ（x）=A（xdi）22（15分）其中di为氧化层厚度，设正离子面密度为QOX，试求这些电荷对平带电压的贡献。

六、对于同质pn结，证明在空间电荷区边界处作为少子电流的电子注入电流jn和空穴注入电流jp可写作（说明关键步骤）：

eVeDn0KTjn=n（e-1）pLn00jp=eDpLpp（e0neVKT-1）其中np和pn为p区和n区平衡时的电子和空穴浓度，Dn、Dp、Lp、Ln分别为电子、空穴的扩散系数和扩散长度。

试证明若空间电荷区的产生和复合可略去，jn和电流之比对于图中所示的异质pn结（n型一侧为宽禁带），证明：

jn=j1NADpLnVεg1+eKTNDDnLp（25分）其中Vεg=εgnεgp，ND、NA分别为n区、p区掺杂浓度。

PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建1996年一、证明：

在非简并的非均匀半导体中，电子电流由下式给出：

j=nndEFedx（15分）式中EFe为电子准费米能级。

二、对于球形等能面得抛物性带，导出作为能量函数的态密度，并进而导出非简并条件下电子浓度作为EF的函数。

（20分）三、说明反向pn结电流趋于饱和的原因，并以你认为最简单的方法导出该饱和电流的表达式（略去空间电荷区产生、复合）。

（15分）四、在说明影响MOS结构平带电压的诸因素的基础上，写出平带电压表达式。

（20分）五、说明Si、Ge、GaAs能带结构的主要特点，并在此基础上评论以上诸材料的优缺点。

（10分）六、金在硅中产生两重能级；受主能级在Ei以上0.03eV，施主能级在Ei以下0.27Ev,设在硅中掺金4×1015cm3，磷2×1015cm3，问在上述条件下：

1、在较低温度下，费米能级位于何处？

2、在硅中存在几种荷电状态的金，它们的浓度各为多少？

3、室温下载流子浓度各为多少？

（20分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建1997年一、名词解释：

平带电容、等电子陷阱、准平衡、准费米能级143（15分）二、GaAs中，含有浅施主S：

电离能0.006eV，浓度为5×10/cm；含有Cr：

浓度为1×1015/cm3，在GaAs中产生一深受主能级，位于导带以下0.65eV。

试求：

1费米能级位于何处？

2导电类型为n型还是p型？

为什么？

3该材料的室温电阻率。

4又，若其他条件不变，S浓度改为8×1014/cm3，室温电阻率又如何？

（GaAs电子有效质量mn=0.067mo，电子迁移率为8800cm2/Vgsec，导带等效态2密度为Nc=2.509×10（mn/mo）/cm。

室温KT值0.0258eV.略去自旋简并因子的影1933响）（20分）三、设入射光在半无穷的n型半导体表面很薄的表面层内被吸收，并激发电子、空穴对。

试导出过剩载流子的一维扩散分布及扩散流，并就所得结果中有关的量做适当说明。

（15分）四、通过分析间接复合所涉及的诸过程，说明有效的复合中心应是深能级。

（10分）五、突变异质pn结两侧的掺杂浓度分别为NA、ND，介电常数分别为εp、εn。

试导出空间电荷区厚度d和势垒电容c作为Vd-V的函数。

Vd为自建势，V为外加电压。

（可以利用同质结的有关结果）（20分）六、说明并图示正向偏置下的肖特基二极管中多子费米能级变化的几种可能情况，说明各种情形所对应的物理条件及相应的解决问题的理论（10分）七、说明Si、GaAs能带结构的主要特征，并据之评述两者物理性质的差异及在应用中的优缺点。

（10分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建1998年一、名词解释：

准平衡、带间俄歇复合、扩散电容、深耗尽、调制掺杂异质结构（20分）二、Fe在Ge中产生两重受主能级，一个在EV以上0.35eV,一个在EC以下0.27eV，设Ge中Fe的含量为5×1014，问当Ge中P的含量为主，2.5×1014/cm3，7.5×1014./cm3时费米能级位于何处？

两种情形下的室温电导率为多少？

（n=3900cm2/Vsec；p=1900cm2/Vsec；NC=2.6×1018/cm3；NV=4.8×1018/cm3；300K时的KT=0.026eV;ln10=2.3）（20分）三、说明霍尔效应在半导体中的主要作用。

（10分）四、画出正向偏压下pn结能带图，图示并说明准费米能级变化情况。

导出小信号条件下pn结电流表达式，并就反向情况作出说明。

（25分）五、说明利用对MOS结构CV特性的测量，确定Si表面氧化层中Na离子含量的原理。

（15分）六、说明Si、GaAs能带结构的主要特征，并评述两者物理性质的差异及在应用中的优缺点。

（10分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建1999年一、名词解释：

态密度有效质量、漂移速度过冲、隧道二极管、深耗尽（20分）二、深能级杂质Au在Si中产生两重能级，一重在禁带上半部，在EC以下0.54eV，为受主能级EAu，另一重灾禁带下半部，在EV以上0.29eV,为施主能级EAu：

AD1、Si中的Au可能有几种荷电状态？

2、图示在每种荷电状态下，各能级的电子占据情形如何？

3当Si中的Au一半为中性、一半为负电荷时，F位于何处？

这时Si为何种导电类型？

E4、你如何能通过改变所掺浅能级杂质的类型和数量，使EF在EC、EAu、EAu、EV之AD间变化？

三、就既存在电场又存在载流子梯度的一半情形导出以下关系式：

（20分）jn=nndEFEdx式中jn为电子电流密度，n为电子迁移率，n为电子浓度，（20）EFE为电子准费米能级。

四、1、说明在n不等于p的一般情形下，少子寿命不等于多子寿命。

2、对于各种复合机制，复合速率R可写成以下形式：

R=reffnp-ni2）（说明，在n?

p（或p?

n）且n不等于p的一般情形下，复合速率同通常只和过剩少子浓度有关。

由之所得到的寿命为少子寿命。

3、在一n型半导体中，存在少子空穴的陷阱。

过剩载流子通过该陷阱的复合可忽略不计，复合通过另一复合渠道进行。

试在R的表示式的基础上说明，在同等条件下，和没有陷阱存在的样品相比，陷阱的存在可导致光电导灵敏度的增加。

（15分）五、1、扼要说明，略去空间电荷区复合，小信号pn结电流可表示为（着重说明关键步骤）：

j=e（0eVDnp0Dnnpn+）（eKT-1）LpLn说明，它也可以表示为j=e（Lpp0nτp+Lnn0pτpeV）（eKT-1）eVDnKT或者j=e（+）（e-1）ni200LpnnLnppDpPDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建式中p0、Lp、Dp、τp分别为n区空穴的平衡浓度、扩散长度、扩散系数和寿命，n0np、Ln、Dn、τn分别为p区电子的平衡浓度、扩散长度、扩散系数和寿命。

n0、p0分别np为n区电子和p区空穴的平衡浓度。

ni为本征载流子浓度。

2、在诸式的基础上，说明pn结电流时结区过剩电子和空穴的产生和复合所形成的电流。

3、并具体说明pn结的反向饱和电流和材料的禁带宽度及结的工作温度密切相关。

（20分）六、MIS结构的阈值电压VT对应于什么具体物理条件？

理想MIS结构的阈值电压是由哪几部分构成，大小如何？

绝缘层中的电荷如何影响阈值电压？

对于p型半导体构成的MIS结构，若栅电压VG大于阈值电压VT，高于阈值电压的那部分电压是由什么电荷贡献的？

单位面积的电荷量为多少？

（15分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2000年一、名词解释：

动量驰豫时间、直接禁带半导体和间接禁带半导体、准费米能级带间俄歇复合、平带电容（20分）二、对于简单能带，球形等能面得抛物性带，导出态密度g（ε）的表达式（ε表示载流子的动能）。

（15分）三、在非简并条件下，证明在迁移率和扩散系数D之间存在以下爱因斯坦关系：

D=KTe（20分）试说明非简并条件在何处使用。

四、以你认为最简洁的方式说明，深能级杂质通常是有效复合中心，浅能级杂质是否在一定条件下起复合作用，为什么？

（20分）五、pn结电流可写作J=J（eKT-1）0其中J0可以写作J0=（eVDnn0pLn+Dpp0nLp）e等几种不同形式（n0和p0为p区和n区平衡少子浓度），试沿J0的各种形式说明pn结pn电流的性质及其和材料性质的关系。

六、说明：

1、什么是MIS结构的平带结构？

它和哪些因素有关？

2、如何由实验上确定平带电压？

3、如何用高频C-V方法，测量MOS系统SiO2层中Na离子的含量？

（20分）（15分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2001年一、名词解释金刚石结构、过剩载流子的扩散长度和扩散速度、陷阱效应、肖特基势垒、MOS结构中的界面态（25分）3二、图中示意画出了施主浓度ND=10cm的n型Si中电子浓度随温度的变化，指出与杂质弱电离区、杂质强电离区、本征激发区相对应的线段，并说明之。

（请先把示意图画在答题纸上，然后按要求回答。

）（25分）15三、导出突变pn结的势垒电容C与外加电压V的依赖关系：

εεeN2C（V）=02（VD-V）其中N=自建势。

1NDNA为约化杂质浓度，ND、NA分别为N型和P型的掺杂浓度，VD为ND+NA（25分）四、写出求解在均匀电场作用下载流子分布函数的波尔兹曼积分微分方程，讨论驰豫时间近似解法，导出电导率表达式：

ne2σ=<τ>mPDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2002年1、有效复合中心、深能级杂质2、空间电荷区所产生复合电流3、SiO2中可移动Na+测量，试验方法4、类氢模型PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2003年一、名词解释金刚石结构的密排面、霍尔效应及其在半导体中的应用、复合中心二、已知热平衡条件下导带电子浓度n和价带空穴浓度p的表达式：

（30分）n=Nce（Ec-Et）/KT/KT（p=NveEt-Ev）E其中Nc、Nv分别为导带和价带的有效态密度，c、Ev分别为导带底和价带顶的能量。

1、求出本征载流子浓度ni和本征费米能级Ei表达式2、论证n、p与ni、EF之间有如下关系n=nie（EiEF）/KTp=nie（EFEi）/KT（30分）三、已知PN结N区施主浓度为ND，P区受主浓度为NA，且ND?

NA。

1、画出加正向偏压V时PN结的能带图，讨论费米能级的变化。

2、写出注入到P区边界的过剩载流子（又称非平衡载流子）的浓度及电子电流的表达式。

3、分别讨论N区施主浓度ND，P区受主浓度NA，半导体禁带宽度Eg的不同，对电流值的影响。

（30分）四、图中示意画出P型半导体MOS结构的理想C-V曲线。

1、指出图中标出的I区、II区、III区对应的MOS电容半导体表面的电荷状态。

2、指出图中III区中三条曲线（IIIA、IIIB、IIIC）之间的区别及其原因。

3、证明图中II区的C-V曲线，有以下关系：

C=Ci/（1+2V12）V0其中Ci为氧化层电容，0=Vεε0eNACi2（30分）五、图中给出了形成异质结的两种半导体材料的能带参数，χW、χN为电子亲和能，εgN、εgW为禁带宽度。

1、若宽带半导体为N型，窄带半导体为P型，画出平衡时异质结的能带图。

2、讨论异质结结构有利于提高电子电流与空穴电流之比的原因。

3、给出窄带一层的表面形成二维电子气的条件。

（30分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2005年一、给出了一组电容曲线（MIS结构电容），根据图判断曲线之间的氧化层厚度谁大谁小。

另外还要求根据图判断掺杂浓度大小（相比较）的问题。

总的来说，该题考查的是对MIS结构电容曲线的理解及MIS结构电容的知识。

二、给出了一实验图，要求进行解释。

该题考的是对MIS结构电容低频、高频、深耗尽等状态的理解。

尤其注意高频与深耗尽间的不同之处。

三、有一PN结，由P区和N区构成，N区分为两部分，靠近P区那部分的浓度是剩下的N区浓度的一半，N区浓度低的那部分厚度为L，但是N区的空间电荷区长度大于L。

问：

1、PN结的势垒是多少？

2、求其电场分布。

3、画出空间电荷区的电荷分布图（浓度分布）（题中P区浓度为NA，N区。

浓度为ND/2）四、给出了间接复合过程图。

1、要求详细说明甲乙丙丁这四个过程，及其大小与哪些因素有关。

为什么？

2、根据复合速率表达式导出杂质能带分别位于禁带上部和下部时平均自由时间的表达式（每种分别有四种情况：

强P、强N、弱P、弱N）五、以二维电子气模型求模式密度，并导出导带电子浓度表达式。

PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2006年一、名词解释载流子的有效质量、热载流子效应、隧道（齐纳）击穿、半导体的掺杂补偿效应、非平衡载流子（过剩载流子）的寿命（30分）二、简答题1、说明Si的晶体结构和Si晶体结合的性质，简述二者之间的联系。

2、简述影响半导体载流子迁移率的主要因素，并说明提高半导体载流子迁移率的可能途径。

3、什么是直接复合和间接复合，简要说明直接复合和间接复合的基本特征。

（30分）三、假设线性缓变pn结的掺杂浓度满足NaNd=aX，其中，Na为受主浓度，Nd为施主浓度，Xn

1、在耗尽近似条件下，求解该pn结的电场和电势分布。

2、画出平衡、正偏、反偏情形下的能带图，分别标出本征费米能级，费米或准费米能级的变化趋势。

（30分）四、假定nMOS电容结构的金属栅电极的功函数为φM，半导体Si的亲和势为χ，衬底掺杂浓度为Nd（功函数为φS）,栅氧化层厚度为tOX。

在制备nMOS电容时氧化层中形成密度为Qf的正的固定电荷。

1、假设该正的固定电荷形成在氧化层与Si界面处，写出其平带电压表达式，示意画出该结构的平衡能带图；平带电压如何变化？

比较固定电2、如果该正的固定电荷形成在氧化层中部1/2tOX处，荷分别位于界面和氧化层中部时的低频C-V特性曲线；3、假设在氧化层与Si衬底界面存在呈U型连续分布的施主型界面态（禁带中央界面态密度极大）示意画出这种情况下的C-V特性曲线并与不存在界面态比较。

（30分），五、已知金属M1与N型半导体单晶硅Si接触形成肖特基势垒，其中，金属M1的功函数为φM，半导体的掺杂浓度为Nd。

由于工艺因素在M/S接触面形成了高的界面态。

假定该界面态密度为无穷大，界面态能级位置位于距价带顶1/3Eg处（Eg为Si禁带宽度）。

1、分别画出平衡和外加正向偏压V时的能带图，并标出肖特基势垒高度和费米能级或准费米能级的变化趋势；2、在耗尽近似条件下，求出平衡和外加偏压V时的空间电荷区厚度W的表达式；3、求解肖特基电容随外加偏压的变化关系，并画出其C-V曲线。

（30分）PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建2007年一、名词解释（30分）施主杂质及其电离能、欧姆接触、准平衡态、平带电压、半导体能带结构、俄歇复合二、简答题（30分，每题15分）1、简要说明PN结击穿的两种主要机制，并讨论掺杂浓度和温度对击穿电压的影响。

2、已知金属M的功函数为φM，n-Si半导体的功函数为φS，其中φM>φS，由于M/S界面态的钉扎效应，该M/S结构的肖特基势垒高度被钉扎在φB值，画出平衡情形下该在耗尽近似条件下，M/S结构的电容随偏压V变化的表达式。

求M/S结构的能带图；三（30分）有一束光照射在N型半导体表面，在半导体表面形成过剩载流子的注入。

假设该半导体的厚度W远小于少子空穴的扩散长度LD，同时在半导体的另一