半导体简答题

1. 在怎样条件下，电流密度随电场强度成线性变化?在强电场下,欧姆定律是否仍然正确? 电场强度不大的条件下；不正确2.产生负微分电导的条件是什么？3.如何用霍耳效应来测量出半导体的导电类型、载流子浓度及迁移率？ 从霍尔电压的正负可以判别半导体的导电类型；测出RH可求载流子浓度；测出电导率可求出霍尔迁移率。4.具有相同电阻率的掺杂锗和硅,哪一个材料的少子浓度高?为什么?锗的少子浓度高。由电阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和锗本征载流子浓度的数量级差别，可以算出锗的少子浓度高。5. 电导有效质量与状态密度有效质量有何区别?它们与电子的纵向有效质量和横向有效质量的关系如何?当导带底的等能面不是球面时，不同方向的电导的有效质量就不同，且态密度分布可能不同，通过把不同的电导有效质量进行加权平均，就可以换算得到状态密度的有效质量。6.什么是声子?它对半导体材料的电导起什么作用?声子是晶格振动的简正模能量量子，声子可以产生和消灭，有相互作用的声子数不守恒，声子动量的守恒律也不同于一般的粒子，并且声子不能脱离固体存在。电子在半导体中传输时若发生晶格振动散射，则会发出或者吸收声子，使电子动量发生改变，从而影响到电导率。7.半导体的电阻温度系数是正还是负的?为什么?负的，迁移率随温度的升高逐渐降低1.区别半导体平衡状态和非平衡状态有何不同？什么叫平衡载流子？半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。处于非平衡态的半导体比平衡态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。2.在平衡情况下，载流子有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论非平衡载流子的复合运动？ 有，3.什么是俄歇复合?在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量，通过碰撞转移给另一个电子或者另一个空穴，造成该电子或者空穴跃迁的复合过程叫俄歇复合4.为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的标准而要引入准费米能级？准费米能级和费米能级有何区别？当热平衡状态受到外界影响，遭到破坏, 使半导体处于非平衡状态,不再存在统一的费米能级,因为费米能级和统计分布函数都是指热平衡状态下。而分别就价带和导带中的电子来说,它们各自基本上处于平衡状态,导带和价带之间处于不平衡状态，准费米能级是不重合的。1. 为什么在非平衡条件下，能用电子准费米能级来描述导带的电子分布，而不能用于描述价带的空穴分布？因为在非平衡状态下，导带和价带在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述导带中的电子和价带中的空穴按能量的分布问题，而导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自的能带中处于准平衡分布2. 区别平均自由时间、弛豫时间和非平衡载流子寿命的意义？平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。3.如何区别深能级是复合中心还是陷井中心？间接复合效应是指非平衡载流子通过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级Et而逐渐消失的效应，Et的存在可能大大促进载流子的复合；陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或缺陷能级Et中，使在Et上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较大的变化，从引起np，这种效应对瞬态过程的影响很重要。此外，最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级附近。一般来说，所有的杂质或缺陷能级都有某种程度的陷阱效应，而且陷阱效应是否成立还与一定的外界条件有关。1. 解释一下连续性方程中各项的含义？第1项-由于扩散运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；第2,3项-由于漂移运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；第4项-由于其它某种因素单位时间单位体积中产生的空穴数(产生率)；第5项-为由于存在复合过程单位时间单位体积中复合消失的空穴数。2. 非平衡载流子从半导体表面向体内扩散时，电子和空穴的扩散速度是否相同，稳定时它们在半导体内部的分布是否相同。由于扩散系数的不同,就是说在相同温度下电子与空穴的迁移率不同.其速度为迁移率和电势能的乘积,所以速度不同。3. 什么是丹倍效应?什么是光磁效应?丹倍效应：非平衡载流子扩散速度的差异而引导起的光照方向产生电场和电位差。光磁效应：在光辐射情况下，物质磁性会发生变化的现象。5. D，L四个参量之间的关系如何?检查他们各自的单位，考论扩散系数与那些物理量有关? L=(D)1/2 D=kT/q6. 如下图所示， AB能带倾斜，费米能级在同一水平线上，在这种情况下，是否存在： 1) 电子扩散流 2) 电子漂移流 3) 总电流1. 平衡pn结有什么特点，画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向。2. 定性地画出正向偏置时pn结能带图；在图上标出准费米能级地位置，并与平衡时pn结能带图进行比较。3. 平衡pn结既然存在有电势差，为什么pn结又不能作为固体电池呢？p-n结的内电势是为了抵消结两边载流子因浓度差而产生的扩散运动而产生的4.pn结处的空间电荷层宽度的数量级是多少？这种空间电荷层是由什么组成的？5.写出pn结整流方程，并说明方程中每一项的物理意义？对于较大的正向偏置和反向偏置，这个方程分别说明什么样的物理过程？J=JSexp（qV/k0T)-1 正向偏压, V>0, 正向电流密度随正向偏压指数增大；反向电流密度为常数，不随偏压改变6. 反向电流由哪几部分构成的？在一般情况下什么是主要的？为什么反向电流和温度关系很大？7. 解释硅pn结的反向电流随反向电压增加而增大的原因。8. 在测试pn结反向电流时，有光照和无光照是不一样的，试问哪种情况下数值大？为什么？有光照大。处于反偏的PN结，无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，光子能量足够大产生空穴对，在PN结电场作用下，形成光电流，电流方向与反向电流一致，光照越大电流越大。9.考虑一个两侧掺杂浓度相等的突变pn结，画出其电荷、电场强度、电势在反偏条件下与到pn结距离x的函数关系。1. 分别画出正向、反向偏置pn结n侧少数载流子的浓度与到pn结距离之间的函数关系曲线，指出过剩载流子浓度何处为正，何处为负？2. 说明pn结势垒电容和扩散电容的物理意义，分别讨论它们与电流或电压的关系。反偏pn结有无扩散电容？为什么？p-n结的势垒电容是势垒区中空间电荷随电压而变化所引起的一种效应（微分电容），相当于平板电容。反向偏压越大，势垒厚度就越大，则势垒电容越小。加有正向偏压时，则势垒厚度减薄，势垒电容增大，但由于这时正偏p-n结存在有导电现象，不便确定势垒电容，不过一般可认为正偏时p-n结的势垒电容等于0偏时势垒电容的4倍。p-n结的扩散电容是两边扩散区中少数载流子电荷随电压而变化所引起的一种微分电容效应，因此扩散电容是伴随着少数载流子数量变化的一种特性。正向电压越高，注入到扩散区中的少数载流子越多，则扩散电容越大，因此扩散电容与正向电压有指数函数关系。无，少数载流子越过PN结形成很小的反向电流，此时PN结截止。3.为什么pn结的接触电位差不能通过万用表跨接在二极管两端的方法进行测量？4.当pn结n型区的电导率远远大于p型区的电导率时，pn结电流主要是空穴流还是电子流？5.说明处于开路条件下的突变pn结其接触电位差与哪些物理量有关？为什么一个开路的pn结必然形成接触电位差？6.说明pn结理想模型（即扩散模型）的基本假设。在推导pn结电流电压关系时，这些基本假设体现在哪些地方？小注入-即注入少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多； 突变耗尽层-即外加电压和接触电势差都落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是 电中性的。因此,注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动;通过耗尽层的电子和空穴电流为常量-耗尽层中没有载流子的产生 及复合作用;玻耳兹曼边界条件-即在耗尽层两端,载流子分布满足玻耳兹曼统计分布7.对于非理想情况应做如何修正（着重从物理角度予以说明）?测量结果与理论值存在差异的主要原因：势垒区中载流子的产生与复合对电流影响；大的注入条件；表面复合；串联电阻效应8.pn结的接触电势差有无可能超过禁带宽度？为什么？9.比较不同电阻率的锗pn结及其反向电流的大小。比较电阻率近似相等的锗和硅pn结，其反向电流的大小。.1. 什么是欧姆接触？实现欧姆接触的方法是什么?简要说明其物理原理。指金属与半导体的接触，其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻，实现的主要措施是在半导体表面层进行高参杂或引入大量的复合中心。在不考虑表面态的时候，重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流。金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。当隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。所以，当半导体重掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触2.试比较p-n结和肖特基结主要异同点。共同点：由载流子进行电流传导。 不同点：p-n结由少数载流子来进行电流传导；肖特基结的主要传导机制是半导体中多数载流子的热电子发射越过电势势垒而进入金属中。3. 比较扩散理论和热电子发射理论的异同点，其物理实质有何不同。以N型半导体为例（1）热电子发射理论：当n型阻挡层很薄，以至于电子平均自由程远大于势垒宽度时，电子在势垒区的碰撞可以忽略，因此，这时起决定作用的是势垒高度。半导体内部的电子只要有足够的能量越过势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属。同样，金属中能超越势垒顶的电子也都能到达半导体内。理论计算可以得出，这时的总电流密度Jst与外加电压无关，是一个更强烈地依赖于温度的函数。 （2）扩散理论：对于n型阻挡层，当势垒宽度比电子平均自由程大得多时，电子通过势垒区将发生多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层。扩散理论正是适用于这样的厚阻挡层。此时，总电流密度JsD与外加电压有关。4.何谓热电子？半导体中的电子可以吸收一定能量（如光子、外电场等）而被激发，处于激发态的电子称为热电子，处于激发态的电子可以向较低的能级跃迁，如果以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象1. 金属和半导体的功函数是如何定义的？半导体的功函数与那些因素有关？金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需的最小能量。E0与费米能级之差称为半导体的功函数。与费米能级，电子的亲和能有关2. 说明金属-半导体接触在什么条件下能形成接触势垒（阻挡层）？分析n型和p型形成阻挡层和反阻挡层的条件？所谓阻挡层，在半导体的势垒区，形成的空间电荷区，它主要由正的电离施主杂质或负的电离受主杂质形成，其多子电子或空穴浓度比体内小得多，是一个高阻区域，在这个区域能带向上或向下弯曲形成电子或空穴的阻挡。3. 分别画出n型和p型半导体与金属接触时的能带图（分别为Ws>Wm，Ws<Wm，并忽略表面态的影响。4.半导体的表面态是怎样影响势垒高度的？半导体表面态密度很高时（>1017eV-1*cm-2),它可屏蔽金属接触的影响，使得势垒高度与金属功函数几乎无关，而由半导体表面性质决定。当表面态密度不是很高时，金属功函数对势垒高度产生不同程度的影响。习题:P144 1，3，4，7习题:P14512，14，17习题:P1761.5.9.11.12习题：P194 3,6,8