半导体物理.docx

1、半导体物理1 原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再局限在某个原子上，可以从一个原子上转移到另一个原子上，电子将在整个晶体中运动，这种运动称为：共有化运动。2 空穴携带_正_电荷，具有_正_的有效质量。3 本证硅中掺入III价元素杂质，为_P_型半导体。4 当用适当波长的光照射半导体，产生的载流子称为_非平衡_载流子。5 _爱因斯坦_方程是漂移运动和扩散运动同时存在时少数载流子所遵循的运动方程，是研究半导体器件原理的基本方程之一。6 常见的元素半导体有_硅_和_铬_，常见的化合物半导体有_砷化镓_。7 半导体材料硅和锗的晶体结构为_金刚石_型结构。8 金属中导电的粒子是电子，半导体中导电

2、的粒子是_电子_和 _空穴9 晶体中电子的能量状态是量子化的，电子在各状态上的分布遵守费米分布规律，当E-EFk0T时，可近似为_波尔兹曼_分布。10 pn结具有电容特性，包括_势垒_电容和_扩散_电容两部分。1同一块半导体中，电子的有效质量小于空穴的有效质量，所以电子的迁移率 A 空穴的迁移率。A.大于 B.等于 C.小于2下列半导体材料中，属于N型半导体的是 B 。A.硅中掺入硼 B.锗掺入磷 C. 锗掺入碳3pn结空间电荷区又称为 B 。A.扩散区 B.耗尽区 C.中性区 D.漂移区4主要利用半导体的 B 制造欧姆接触。A.整流效应 B.隧道效应 C.光电效应 5光强度一定是，在半导体温

3、度升高，非平衡载流子浓度C。A.增大 B.减小 C.不变6.温度一定时，半导体掺杂浓度增加其导电性 A 。A.增大 B.减小 C.不变7下列半导体材料中，属于直接带隙半导体的是 C 。A.硅 B.锗 C.砷化镓8N型半导体，随着掺杂浓度增加，费米能级 A 。A.上升 B.下降 C.不变9非平衡载流子通过复合中心的复合称为 B 。A.直接复合 B.间接复合 C.俄歇复合 10制造半导体器件时，必须引出金属端子引脚，必然出现金属与半导体接触，此时需要采取 B 方法减少接触对器件特性影响。A. 整流接触 B. 欧姆接触1砷化镓的禁带宽度比较大，制造的器件工作温度高。（ 对 ）2电子有效质量等于空穴有

4、效质量。（ 错 ）3通常所说的非平衡载流子都是指非平衡多数载流子。（ 错 ）4 MIS结构电容相当于绝缘层电容和半导体空间电荷区电容的并联。（ 错 ）5肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，它是多子器件，没有少子积累导致的电荷存贮效应，所以有较高的工作速度。( 对 )1画出N型半导体在杂质浓度一定时，导带电子浓度随温度变化曲线，并作简要说明。答：画出曲线教材图3-11 （3分） 低温弱电离区，杂质电离随温度升高迅速增加，导带电子浓度随之增加 中温过度区，杂质完全电离，导带中电子浓度不再随温度升高而增加 高温本征激发区，本证激发其主导作用，导带电子浓度随温度升高

5、而增加1掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何区别？试从物理模型上予以说明。答：电导率= nqn+pqp，由载流子浓度和迁移率决定。 （2分）掺杂改变载流子浓度n或p；（1分）温度改变可以引起载流子浓度的变化，当杂质完全电离时载流子浓度不随温度变化，则主要是改变迁移率，温度升高晶格散射增强，迁移率n或p下降；（2分）光照引入非平衡载流子，使载流子浓度n=n0+p,引入附加光电导。1 画出硅的施主轻掺杂能带图，标出价带顶、导带低、杂质能级、费米能级、禁带宽度及电离能大小。2 定性讨论pn结的单向导电性。答：加正向电压时，外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场，势垒区

6、窄，扩散运动漂移运动，多子扩散形成扩散电流.加反向电压时，外电场的方向与内电场方向相同，外电场加强内电场，势垒区变宽，漂移运动扩散运动，少子漂移形成反向电流I R。在室温下，少子浓度一定且很低，故IR很小且基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。五、综合题1 室温时，硅中掺杂形成杂质半导体，样品1：掺硼，杂质浓度1016cm-3；样品2：掺磷，杂质浓度1016 cm-3；a. 请说出这二种样品的类型；b. 在能带图中标出这二种样品的费米能级的大致位置；c. 在能带图中标出样品1与样品2的杂质能级。(本题12分)答：a. 样品1为p型半导体，样品2为n型半导体；（4分）b.c. 见下图

7、，其中Ec为导电底，Ev为价带顶，Ei为禁带中央，EF1、EF2、分别为二种样品的费米能级，EA1、ED2为样品1和样品2的杂质能级。2. 计算施主杂质浓度分别为1016cm-3，1018cm-3，1019cm-3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质全部电离。再用计算出的费米能级核对一下上述假定是否在每一种情况下都成立。（计算时，取施主能级在导带底下0.05eV，室温下：ni=1.3x1010cm-3 ，Nc=2.8x1019cm-3 ）( 本题14分) 2、解：由于假定硅室温下杂质全部电离，由已知条件得：ND ni 所以ni可以忽略不计。依题意：全部电离时电中性条件为：故： 变换后得： （3分

8、）(1) 计算各浓度下的值 （4分）当时， 当时， 当时， (2) 核对假设是否成立 （4分） 由于ED=0.05eV所以：当时， =0.995当时， =0.675 当时， =0.17（3）对比分析 (3分)当时，假设成立，电离度90%;当时，假设不成立 ;当时，假设不成立1、在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带(B)对应的有效质量（ C ），称该能带中的空穴为( E )。A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大；D. 小； E. 重空穴；F. 轻空穴2、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ）。 A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D

9、.陷阱 F. 两性杂质3、在通常情况下，GaN呈（ A ）型结构，具有（ C ），它是（ F ）半导体材料。A. 纤锌矿型； B. 闪锌矿型； C. 六方对称性；D. 立方对称性；E.间接带隙； F. 直接带隙。4、同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，如果甲的相对介电常数r是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ）。A.甲的施主杂质电离能是乙的8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/4B.甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9C.甲的施主杂质电离能是乙的16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3D.甲的施主杂质电离能是乙的32/

10、9，的弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/85、.一块半导体寿命=15s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30s后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/26、对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够高、ni /ND-NA/ 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 7、在室温下，非简并Si中电子扩散系数D与有如下图 （C ） 所示的最恰当的依赖关系： 8、在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（ A ）移动；当掺杂浓度一定时，

11、温度从室温逐步增加，费米能级向( C )移动。A.Ev ； B.Ec ； C.Ei； D. EF10、对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（ C ）。A.非平衡载流子浓度成正比 ；B.平衡载流子浓度成正比；C.非平衡载流子浓度成反比； D.平衡载流子浓度成反比。11、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是（ B ）。 A.变大，变小 ； B.变小，变大； C.变小，变小； D.变大，变大。12、如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（ B ）空穴的俘获率，它是（ D ）。

12、 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的复合中心； E. 有效陷阱。13、在磷掺杂浓度为21016cm-3的硅衬底（功函数约为4.25eV）上要做出欧姆接触，下面四种金属最适合的是（ A ）。A. In (Wm=3.8eV) ； B. Cr (Wm=4.6eV)； C. Au (Wm=4.8eV)； D. Al (Wm=4.2eV)。二、简答题：（5+4+6=15分）1、用能带图分别描述直接复合、间接复合过程。（4分）2、对于掺杂的元素半导体Si、Ge中，一般情形下对载流子的主要散射机构是什么？写出其主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。（4分）答：对掺杂的元素半导体材料Si、G

13、e，其主要的散射机构为长声学波散射（1分）和电离杂质散射其散射几率和温度的关系为：声学波散射：，电离杂质散射：（根据题意，未含Ni也可）3、如金属和一n型半导体形成金属半导体接触，请简述在什么条件下，形成的哪两种不同电学特性的接触，说明半导体表面的能带情况，并画出对应的I-V曲线。（忽略表面态的影响）（6分）答：在金属和n型半导体接触时，如金属的功函数为Wm, 半导体的功函数为Ws。当WmWs时，在半导体表面形成阻挡层接触，是个高阻区，能带向上弯曲；（2分）当WmWs时，在半导体表面形成反阻挡层接触，是个高电导区，能带向下弯曲；（2分）对应的 I-V曲线分别为： （1分） （1分）三、在时，某器件显示出如下的能带图：（6+4+4=14分）（）平衡条件成立吗？试证明之。（6分）答：成立。（4分）因为费米能级处处相等的半导体处于热平衡态（即 ）（2分）或 EFn=EFp=EF （2分）或 np=ni2 （2分）或 J=0 （2分）（）在何处附近半导体是简并的？（4分） 答：在靠近L附近 （4分）或 分为三个区域，每个区各为 2分或 2L/3xnp （或pppn） （2分） 即 （或，） 对上面不等式两边同时求对数，即得 EFn EFp 证明二： 对于p型半导体 ppni （或ni np） 即 （2.5分） 则有 （1分） 同理 对于n型半导体 nnni （2.5分） 可得到