南昌大学 半导体物理题库

半导体物理题库计算题若两块Si样品中的电子浓度分别为2.25X1010cm-3和6.8X1016cm-3，试分别求出其中的 空穴的浓度和费米能级的相对位置，并判断样品的导电类型。假如再在其中都掺入浓度为 2.25X1016cm-3的受主杂质，这两块样品的导电类型又将怎样？假设Si中空穴浓度是线性分布，在4ym内的浓度差为2X1016cm-3，试计算空穴的扩散电 流密度。某一维晶体的电子能带为，其中E0=3eV，晶格常数a=5x 10-10m。求：能带宽度以及能带 底和能带顶的有效质量。光均匀照射在6的n型Si样品上，电子-空穴对的产生率为4X1021cm-3s-1,非平衡载流子 寿命为8。试计算光照前后样品的电导率。含受主浓度为 8.0X106cm-3 和施主浓度为 7.25X1017cm-3 的 Si 材料，试求温度为 300K 时 此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。Si样品中的施主浓度为4.5 X 1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？0.12kg的Si单晶掺有3.0X10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。(Si单 晶的密度为2.33g/cm3, Sb的原子量为121.8)1、若ND=5X1015, NA=5X1017,室温300K下Si的本征载流子浓度约为1.02X 1010cm-3, 求室温下Si突变pn结的VD?2、已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3,ND=1020cm-3,求势垒高度和势垒宽度；画 出E(x)和V(x)图。3、分别计算硅n+p结在正向电压为0.6 V、反向电压为40 V时的势垒区宽度。已知NA=5X1017cm-3,VD=0.8V。施主浓度ND=1017cm-3的n-GaAs,室温下功函数是多少？它分别和Al, Au接触时形成阻挡 层还是反阻挡层？室温下 GaAs 的电子亲和能为 4.07eV， GaAs 导带有效状态密度为 4.5X 1017cm-3, WAl=4.25eV, WAu=4.80eV。电阻率为10欧.厘米的n型锗和金属接触形成的肖特基势垒高度为0.3eV。求加上5V反向电 压时的空间电荷层厚度。有一块施主浓度 ND=1016cm-3 的 n 型锗材料,在它的(111) 面上与金属接触制成肖特基势垒 二极管。已知VD=0.4eV,求加上0.3V电压时的正向电流密度。证明题证明当 ,且电子浓度 ,空穴浓度 时半导体的电导率有最小值,并推导 的表达式。导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。对于某n型半导体，试证明其费米能级在其本征半导体的费米能级之上，即EFn>EFi。证明非平衡载流子的寿命满足 ,并说明式中各项的物理意义。试证明在小信号条件下,本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为 。证明同质 pn 结接触电势差 ，并说明接触电势差与半导体材料的掺杂浓度和能带隙宽度之 间的关系。分析题1. 导体、半导体、绝缘体的能带结构有何差异？2. 试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。3. 电子有效质量的意义是什么？它与能带有什么关系？4. 金属与半导体接触时扩散理论和热电子发射理论分别适用条件，以及外界电压和温度对 其影响如何？5. 金属与半导体接触如何实现欧姆接触？6. 请定性画出MIS （半导体为p型）结构中当VG0时的能带图，并给予简要解释。7. pn 结光伏电池理论上的最大开路电压为多少，其最大理论开路电压主要受哪些因素影响?8. 为什么肖特基二极管的反向电压偏离理想值较大，它与外界电压以及半导体掺杂浓度有何关系？9. 用p型Si衬底制成MIS电容，解释该结构在积累、耗尽、弱反型、强反型下的电容值变 化规律，并画出高频、低频的C-V曲线。10. 简述 pn 结的反向击穿种类及其机理。11. 以 n 型半导体与金属接触为例，简述热电子发射理论。12. 以 n 型半导体与金属接触为例，简述扩散理论使用范围。名词解释1. 受主杂质杂质在半导体中成键时，产生一个空穴。当其他电子来填补这个空穴时，相当于这个空穴电 离，同时杂质原子成为负电中心。2. 施主杂质掺杂离子进入本征半导体晶格后，杂质原子容易失去一个电子成为自由电子，这个杂质原子 叫施主3. 间接复合电子和空穴通过禁带中的杂质或缺陷能级进行复合。4. 直接复合电子在导带和价带之间直接跃迁所引起的非平衡载流子的复合过程。5. 载流子产生率单位时间内载流子的产生数量6. 扩散长度 非平衡载流子深入样品的平均距离。7. 非平衡载流子的寿命 非平衡载流子的平均生存时间。8. 费米能级 费米能级是绝对零度时电子的最高能级。9. 迁移率 单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。10. 功函数功函数是指真空电子能级 E0 与半导体的费米能级 EF 之差。11. 表面态 晶体的自由表面的存在，使得周期性势场在表面处发生中断，引起附加能级，电子被局域在表面附近，这种电子状态称为表面态，所对应的能级为表面能级。12. 电子亲和能真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。13. 同质结同质结就是同一种半导体形成的结，包括pn结，pp结，nn结。14. 异质结异质结就是由不同种半导体材料形成的结，包括pn结，pp结，nn结。15. 非平衡载流子半导体中比热平衡时所多出的额外载流子16. 施主杂质掺杂离子进入本征半导体晶格后，杂质原子容易失去一个电子成为自由电子，这个杂质原子 叫施主17. 本征激发当有能量大于禁带宽度的光子照射到半导体表面时,满带中的电子吸收这个能量,跃迁到导带 产生一个自由电子和自由空穴,这一过程称为本征激发18. 平均自由程电子在实际器件中的平均自由运动距离称为平均自由程19. 有效质量 电子受到原子核的周期性势场（这个势场和晶格周期相同）以及其他电子势场综合作用的结 果。20. 浅能级杂质指在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流子电子 或空穴的施主、受主杂质；它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称 其为浅能级杂质。21. 镜像力在金属真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，电子也受到感应的正电荷的吸引如负电荷距离金属表面为X,则它与感应出的金属表面的正电荷之间的吸引力，相当于在-X处有个等量的正电荷之间的作用力，即镜像力22. 肖特基势垒金属与半导体接触时，若二者功函不同，载流子会在金属与半导体之间流动，稳定时系统费 米能级统一，在半导体表面一层形成表面势垒，是一个高阻区域，称为阻挡层。电子必须跨 越的界面处势垒通常称为肖特基势垒。23. 雪崩击穿雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时，在反向强电场下的碰撞电离使载流子倍增就 像雪崩一样，增加得多而快。雪崩击穿一般发生在掺杂浓度较低、外加电压又较高的PN结 中。24. 小注入条件当注入半导体材料的非平衡电子的浓度小于平衡时导带中电子的浓度时，我们称这种方 法为小注入较小偏压下的电流注入.25. 高表面态密度钉扎 态密度很大时，表面积累很多负电荷，能带向上弯曲程度越大，表面处EF接近EFS。能带 弯曲量 qVD=EF - EFS26. 肖特基势垒金属与半导体接触时，若二者功函不同，载流子会在金属与半导体之间流动，稳定时系 统费米能级统一，在半导体表面一层形成表面势垒，是一个高阻区域，称为阻挡层。电子必 须跨越的界面处势垒通常称为肖特基势垒。27. 隧道击穿反向偏压增加，内建电场增加，能带倾斜，导致n区导带底比p区价带顶还低。这样p 区价带电子得到附加势能qEx可以大于Ego