东南大学半导体物理试卷讲诉

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1、东南大学考试卷（卷）课程名称半导体物理考试学期 11-12-2 得分适用专业 电子科学与技术考试形式 闭卷时间长 120分钟室温下，硅的相关系数：k0T 0.026eV, nj 1.5 1010cm 3, Nc 2.8 1019cm 319319Nv 1.1 10 cm ，电子电量 e 1.6 10 C。一、 填空题（每空1分，共35分）1. 半导体中的载流子主要受到两种散射，对于较纯净的半导体 散射起主要作用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时， 散射起主要作用。2.非平衡载流子的复合率 U2，当np nj为NtC（np n：）p 2n.ch巳已ik0T2时，半导体存在净复合，当np ni

2、，Nt代表Et代表时,半导体处于热平衡状态。杂质能级位于 位置时，为最有效复合中心，此杂质称为杂质。3. 纯净的硅半导体掺入浓度为 1017/cm3的磷，当杂质电离时能产生导电 ，此时杂质为杂质，相应的半导体为 型。如果再掺入浓度为1016 / cm3的硼，半导体是型。假定有掺入浓度为1015 / cm3的金，则金原子带电状态为 。4当PN结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然 开始的现象称为击穿，击穿分为和。温度升高时，击穿的击穿电压阈值变大。5. 当半导体中载流子浓度存在 时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与成正比，比例系数称为 ;半导体存在电势差时，载流子将做 运动，其运动速

3、度正比于 ，比例系数称为 。6. GaAs样品两端加电压使内部产生电场，在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小，这区域称为 ，这是由 GaAs的结构决定的。7. n型半导体导带极值在110轴上，那么共有 个导带底。已知硅的导带电子纵向有效质量为0.197 m0，横向有效质量为0.92 m 0,重空穴的质量 0.49 m0,轻空穴的质量为0.16 m。，则硅的导带底电子的状态有效质量为 ，价带顶空穴的状态有效质量为，硅的沿x方向的电导有效质量为 。8对于Si、Ge和GaAs,适合制作高温器件， 其原因是9.PN结电容主要有 电容和电容，正向偏压越大， 电容的作用越重要。对于点接触型

4、二极管和面接触型二极管， 更适合高频电路使用。简要回答(1-3题8分，4题6分，共30 分)1 下图分别是半导体材料 Si、Ge、 GaAs的能带结构示意图。 丿7 ! /FVY?巴划理(1) 请指出图a、图b、图c分别对应何种材料，您判断的依据是什么？(2) 在三幅图中，价带对于同一个K, E(K)可以有两个值，表明对应两种有效质量不同 的空穴，即重空穴和轻空穴。试指出曲线 1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？2. (1)画出轻掺杂半导体和重掺杂半导体的迁移率与温度的关系，并解释之。(2)n型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会出共 10 页第5 页共 10 页第# 页(2

5、)实际加工中在对半 而不是直接用金一半3. ( 1 )画出实现反阻挡的金属一一半导体欧姆接触后的能带图； 导体进行电互连时，将半导体的接触区进行重掺杂后在与金属连接, 欧姆接触进行电互连，试解释之。4. 举一关于异质结应用的例子，并说明异质结相比于同质结有哪些优点。计算题（35分）1. （5分）在室温下，当反向偏压等于0.13eV时，流过PN结二极管的电流为5 A。计算当二极管正向偏置同样大小的电压时，流过二极管的电流为多少?2. （ 6分）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.044eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。3. （ 6分）单晶硅中均匀地掺入两种杂质，掺硼1.5 10

6、16cm 3，掺磷5 1015cm 3。已知n 1350cm2/VI卜，p 500cm2/V s，计算：（1 ）载流子的浓度;（2）费米能级相对禁带中央的位置；（3）电导率。共 10 页第6 页4. ( 8分)稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子，产生率为gp,且无外场作用，在 t=0时刻，撤去光照。(1 )求t0时半导体载流子的浓度。已知上2PDp 2 P p , xdxgp5. ( 10分)若在掺有受主杂质 NA的p型衬底上采用扩散工艺又掺入一层浓度为ND施主杂质，且Nb2,本征载流子浓度为 ni。求：(1) 求接触电势差 Vd;(2) 画出平衡时p-n结的能带图；(

7、3) 请问p区和n区哪边的势垒宽度宽，为什么？(4) 分析说明外加正向偏置时，正向扩散电流的主要成分是电子电流还是空穴电流？(5) 若外加正向电压为 V时，分别写出注入 p区和n区的载流子浓度。东南大学考试卷（卷）课程名称半导体物理考试学期得分适用专业 电子科学与技术考试形式 闭卷时间长 120分钟室温下，硅的相关系数：k0T 0.026eV,nj 1.5 1010cm 3, Nc 2.8 1019cm 319319Nv 1.1 10 cm ，电子电量 e 1.6 10 C。一.填空（每空1分，共32分）1. 半导体作为电子工程主角，具有可控性、和通道时延等特点。在半导体中，决定载流子分布的两

8、大基本法则为费米能级的调控作，在Si晶体的2 .纯净半导体Si中掺硼元素的杂质，当杂质电离时从Si中夺取共价键中产生了一个 ，这种杂质称 杂质。3. p型Ge中掺入施主杂质，费米能级将 （上升，下降或不变）。若温度升咼至本征激发起主导作用时费米能级所处位置为二ZZ。4. n型半导体硅导带极值在110轴上，则有个导带底。已知硅的导带电子纵向 有效质量为0.197 m0，横向有效质量为 0.92 m0，重空穴的质量0.49 m0，轻空穴的质量为0.16m。，则硅的价带顶空穴的状态有效质量为 ，当回旋共振试验中，磁场沿100方向时，测得共振吸收峰个数为 。5. 半导体Si属于半导体（填“直接带隙”或

9、“间接带隙” ）,砷化镓属于半导体，直接带隙和间接带隙半导体的区别在于 5. 轻掺杂的 目的是 ,深能级掺杂能起到 的重要作用，而我们进行重掺杂主要是利用重掺杂的高电导性和的特点，尽管其可能给半导体器件带来不理想的结果，如 。6 半导体中的载流子寿命不是取决于材料的基本性质，而是与半导体材料中的缺陷、或应力相关；在半导体材料中有一些缺陷能级，它们可以俘获载流子，并长 时间把载流子束缚在这些能级上，这种现象称为 。7 半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是 和。前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。&改变半导体电导率最常见的方法是通过掺杂，除此之外还可以通过 和等。9. 锗p-n结与硅p

10、-n结的内建电势差 VD相比，内建电势差VD大，其原因是10. p-n 结的理想伏安特性与实际伏安特性的区别是 ,其原因是忽略了 和11. 爱因斯坦关系式 表征了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系。二简要回答(每题 8分，共32分)1. ( 1)从能带论出发，简述半导体能带的基本特征；(2) 利用能带论分析讨论为什么金属和半导体电导率具有不同的依赖性。2. 简述多能谷散射对半导体导电性的影响，举一例说明。3. （ 1）试画出并解释载流子浓度随温度的变化关系，说明为什么高温下半导体器件无法 工作；（ 2）试画出 n 型半导体的费米能级随温度变化规律，并解释之。4. 在半导体器件制造中，

11、常遇到低掺杂半导体引线问题，一般采用在低掺杂上外延一层相 同导电类型重掺杂半导体，请以金属 n 半导体 n 为例，分别画出平衡时、正向偏置和 反向偏置下的能带图，并说明其欧姆接触特性。三 计算（共 36 分） 1（8 分）施主浓度为 1017 cm 3的 n 型硅，室温下的功函数是多少？如果不考虑表面态的 影响，试画出它与金（ Au ）接触的能带图，并标出势垒高度和接触电势差的数值。已知硅 的电子亲和能 4.05eV ，金的功函数为 4.58eV。共 10 页第10 页2. （8分）一块补偿硅材料，已知掺入受主杂质浓度 位置恰好与施主能级重合，并测得热平衡时电子浓（1）热平衡时空穴浓度为多少？

12、（2 ）掺入材料中的施主杂质浓度为多少？（3）电离杂质中心浓度为多少？（4）中性杂质中心浓度为多少？N=1 x 1015cm3,室温下测得其费米能级153no=5x 10 cm3. （8分）如图所示，一个很长的掺杂均匀的n型半导体样品，其中心附近长度为2a的范围内被一稳定光照射，假定光均匀的穿透样品，电子-空穴对的产生率为 G（少子的连续性方程为2P（1）写出整个样品在小注入条件下少数载流子方程表达式；（2）求出载流子你n（x）表达式。PEpXEP GpPx)共 10 页第11 页4. ( 12分)某一掺杂半导体及能带图如图所示:(1) 分析其倾斜原因；(2) 求AB两端电子浓度之比和空穴浓度之比；(3) 求电场，以V/m为单位，在图中标出电场方向、电子加速方向和空穴加速方向;(4) 半导体两端接一导线，收尾相连，你认为回路中有电流吗？半导体共 10 页第12 页共 10 页第# 页Ef能带圉共 10 页第# 页共 10 页第# 页2nm、|xA共 10 页第13 页