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半导体物理与器件课后习题

1.1 确定晶胞中的原子数：（a ）面心立方；（b ）体心立方；(c)金刚石晶格。解：（a ）面心立方： 8个拐角原子×81=1个原子

6个面原子×21=3个原子

∴ 面心立方中共含4个原子

（b ）体心立方：8个拐角原子×81=1个原子

1个中心原子 =1个原子 ∴ 体心立方中共含2个原子

（c ）金刚石晶格：8个拐角原子×81=1个原子

6个面原子×2

1 =3个原子

4个中心原子 =4个原子 ∴ 金刚是晶格中共含8个原子

1.15 计算如下平面硅原子的面密度：（a ）（100），（b ）（110），（c ）（111）。解：(a):（100）平面面密度，通过把晶格原子数与表面面积相除得：

面密度=

()

8-1043.52?个原子

=214/1078.6cm 个原子?

(b):(110)表面面密度=

(

)

8-1043.524?个原子=214/1059.9cm 个原子?

(c):(111)表面面密度=

()

-1043.534?个原子=214/1083.7cm 个原子?

1.19（a ）如果硅中加入浓度为2×1610/3cm 的替位硼杂质原子，计算单晶中硅原子替位的百分率。（b ）对于浓度为1510/3cm 的硼杂质原子，重新计算（a ）解：（a ）：硅原子的体密度()

3223

8-/1000.51043.58cm 个原子个原子

?≈?=

∴ 硅原子替位百分率=0

05-0022

1041001000.5102?=??? （b ）同理：硅原子替位百分率=006-0022

10210010

00.5101?=???

3.14 图3.35所示色E-k 关系曲线表示了两种可能的价带。说明其中哪一种对应的空穴有效质量较大。为什么？

解：图中B 曲线对应的空穴有效质量较大

空穴的有效质量： 2

2*11

m k d E d p ?

图中曲线A 的弯曲程度大于曲线B

故 B

d E d k

d E

d 2

2222>

∴()()*

*m m B p A p <

3.16 图3.37所示为两种不同半导体材料导带中电子的E-k 关系抛物线，试确定两种电子的有效质量（以自由电子质量为单位）。

解：E-k 关系曲线k=0附近的图形

近似于抛物线故有：*2

m 2k n C E E =-

由图可知 0=C E

①对于A 曲线有

(

)

0.55me kg 104.97 1006.107.01011.010055.12k m 3119

-2

10-2

34-22*≈?=????? ??

???==-E A n ）（

②对于B 曲线有

(

)

0.055me kg 104.97 1006.17.01011.010055.12k m 3219

-2

10-2

34-22*≈?=????? ??

???==-E B n ）（

3.20 硅的能带图3.23b 所示导带的最小能量出现在[100]方向上。最小值附近一维方向上的能量可以近似为

)(cos 010k k E E E --=α

其中0k 是最小能量的k 值。是确定0k k =时的粒子的有效质量。

解：导带能量最小值附近一维方向上的能量

)(cos 010k k E E E --=α

)(cos 012222k k E k

d E

d -=∴αα

当0k k =时 1)(cos 0=-k k α； 1

2222E k d E

d α=

又2

222*1m 1k d E d n =

∴0

k k =时粒子的有效质量为：1

*m E n

α =

3.24 试确定T=300K 时GaAs 中T E E k -v v 和之间的总量子态数量。

解：根据(

)

E E h E V V -=

23*p

2m π4)(g

当T=300K 时 GaAs 中T E E V V k -和之间总量子态数量：

()

()()()()()

()

323

342

331-2

23*p

k 23

323*p

k 3

23*p

1028.33001038.13

2106262.610

9.1090.672π43

22m π4322m π42m π4)(g ------?≈??????=

-??

??-=-=?

cm kT h

E E h dE

E E h

E V V V

V E T

E V E T

E V T

3.37 某种材料T=300K 时的费米能级为6.25eV 。该材料中的电子符合费米-狄拉克函数。（a ）求6.50eV 处能级被电子占据的概率。（b ）如果温度上升为T=950K ，重复前面的计算（假设F E 不变）.(c)如果比费米能级低0.03eV 处能级为空的概率是1%。此时温度为多少？

解：根据费米-狄拉克分布函数：??

??-+=

E E E F

F ex p 11

)(f

（a ）在6.50eV 处能级被电子占据的概率：

%1037.61038.1300106.125.6-50.6exp 11)(f 3

-19

--?≈??

????????+=

）（E F

（b ）温度上升为950K 时 6.50eV 能级被占据概率：

%1052.41038.1950106.125.6-50.6exp 11

)(f 323

-19

--?≈??

????????+=

）（E F

（c ）有题意可知比费米能级低0.3eV 处能级为空的概率为1%，即被占据的概率为99%

T In T kT e kT e kT 7570101.011038.11060.13.00101.013.0exp 99

.013.0exp 199

.0e 3.0-exp 11

2319=?

??=?÷?=?

??=?

??-+=?

? ??+∴

--解得：

故此时温度为757K

习题4

4.14 假设某种半导体材料的导带状态密度为一常量K,且假设费米-狄拉克统计分布和波尔兹曼近似有效。试推导热平衡状态下导带内电子浓度的表达式。

解：令常数())(g 常数K E c =，则：

()()E d KT E E K E

d KT E E K E

d E f E Ec

F Ec F Ec

F c ???

∞∞

∞

? ??-≈?

? ??-+==

exp exp 11

g n 0 设,KT

E E F

η则

)exp(exp exp )

()(d ηη

-??

??-=???

??----=-∴=KT

E E KT E E E E E E E E KTd E C

F F C F C F

上式可写为

??-??=-??

? ??-??=?∞

KT E E kT K d KT E E kT K C F C F exp n )exp(exp n 000即η

4.22 (a)考虑T=300K 时的硅。若ev E E F F 3

5.0i =-求0p (b)假设(a)中的0p 保持不变，

求T=400K 时F F E E -i 的值

(c)求出(a)与(b)中的0n

解：当T=300K 时，硅的ev kT cm 0259.0,105.1n 3

10i

=?=- 则

)

m (1011.10259.035.0exp 105.1exp n p 3

-16

0c kT E E F Fi i ?=?

? ???=?

?? ??-=

(b)当T=300K 时，硅中318317100.7,cm 107.4--?=?=cm N N v C 当T=400K 时

)

(1038.2n )03454

.01.12exp(-)300400)(100.7)(107.4(n 03454.0)300

400

)(0259.0()

kT Eg

exp(-n 312i 3181722-?=??====cm ev

KT N N i

V C i

则：

()ev n p kT E E i

F F 292.01038.21011.1ln 03453.0)

ln(12160

i =?

????==-

(c)由(a)得:

)cm 1003.21011.1105.1(n 3416

10020-?=??==（）p n i

对（b ）有：

)cm 1010.510

11.11038.2(n 3

8162

12020-?=??==（）p n i

习题四（2）

4.34 已知T450K 时的一块硅样品，掺杂了浓度为的153

1.510cm -?硼和浓度为的143

810cm -?砷。（a ）该材料时n 型半导体还是p 型

半导体物理器件期末考试试题(全)

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2015半导体物理器件期末考试试题(全) 半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师：陈建萍一、简答题（共 6 题，每题 4 分）。代表试卷已出的题目1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。 2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏 Fpn 结的电容。 3、Pn 结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流迅速增大的现象。 4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流的接触。 5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。 6、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。 7、基区宽度调制效应：随 C-E 结电压或 C-B 结电压的变化，中性基区宽度的变化。 8、截止频率：共发射极电流增益的幅值为 1 时的频率。 9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象） 10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。 11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系： 12、扩散电容：正偏 pn 结内由于少子的存储效应而形成的电容。 1/ 11

13、空间电荷区：冶金结两侧由于 n 区内施主电离和 p 区内受主电离

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。 14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的 pn 结。 15、界面态：氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。 16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。 17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。 18、表面散射：当载流子在源极和源漏极漂移时，氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。 19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿。 20、内建电场：n 区和 p 区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由 n 区指向 p 区。 21、齐纳击穿：在重掺杂 pn 结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由 p 区的价带直接隧穿到 n 区的导带的现象。 22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应； (3)发射结电流集边效应。它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。 3/ 11

半导体器件物理课后习题解答

半导体器件物理课后作业第二章对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器件，简述它们的工作原理和应用场合。解：发光二极管它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写为LED。工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。光电二极管光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电二极管有多种类型，用途也不尽相同，主要有以下几种： PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真发射键型特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体用途：主要用于紫外线等短波光的检测雪崩型特性：响应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光用途：高速光通信、高速光检测隧道二极管隧道二极管（Tunnel Diode）又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半

半导体器件物理试题库

半导体器件试题库常用单位：在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分（一）名词解释题杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。晶向：晶面：（二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为、多晶和三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为杂质和杂质两种。 3．点缺陷主要分为、和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括、两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向弯曲，获得空穴时，能带向弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为、弱简并和三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。

9．在Si-SiO 2系统中，存在、固定电荷、和辐射电离缺陷4种基本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向移动；对于P 型半导体，当温度升高时，费米能级向移动。（三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？（四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？（五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算：（a ）该样品的离化杂质浓度是多少？（b ）该样品的少子浓度是多少？（c ）未离化杂质浓度是多少？（d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?，（a ）该半导体是N 型还是P 型的？（b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。（c ）样品的电导率是多少？（d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化

《半导体物理与器件》习题库

《半导体物理与器件》习题库目录《半导体物理与器件》习题库 (1) 第1章思考题和习题 (2) 第2章思考题和习题 (3) 第3章思考题和习题 (6) 第4章思考题和习题 (10) 第5章半导体器件制备技术 (12) 第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)

第1章思考题和习题 1. 300K时硅的晶格常数a=5.43?，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？ 2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。 3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。 4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。 5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。 6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。 7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：（a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。（b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？ 8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。 9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。 10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。 11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（a）光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子，是否为小注

【合肥工业大学】【半导体器件物理】试卷含答案剖析

《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则一、填空（共24分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种；答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。 3、晶体管特征频率定义； β时答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数β下降为1 =所对应的频率 f，称作特征频率。 T 4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；答案：0 V。 > T 5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。 6、BV CEO含义；答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、MOSFET短沟道效应种类；答案：短窄沟道效应、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。 8、扩散电容与过渡区电容区别。答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。二、简述（共20分，每小题5分） 1、内建电场；答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成内建电场，方向由N区指向P区。 2、发射极电流集边效应；答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区

半导体器件物理试题

1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 5.以NPN型晶体管为例，试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分布特征及与晶体管输出特性间的关系 6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工作状态和输出特性 7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程，并描述影响非平衡载流子寿命的因素 8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征 9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征 10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率，请叙述共发射极短路电流放大系数与频率间的关系 11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征 12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线，并叙述曲线在不同外加电信号作用下的曲线特征及原因 13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些？它们是如何影响C-V曲线的 14.MOS中硅-二氧化硅，二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素 15.介绍MIS结构及其特点，并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压时半导体表面特征 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别（各自有缺点）是什么 18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系 19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输出曲线并描述其特征 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征 23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别 24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理 25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些 26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应 27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线

半导体物理与器件复习

半导体物理与器件复习一、选择填空 1. 非平衡载流子寿命公式 2. 本征载流子浓度公式 3. 本征半导体概念 4. 半导体功函数概念 5. 单位晶胞中原子占据的百分比，原子的数目 6. N型半导体，P型半导体的概念 7. 载流子的迁移率和扩散系数，爱因斯坦关系式，影响载流子的迁移率的因素，两种散射机制 8. PN结击穿的类型，机制 9.金属、半导体、绝缘体的本质区别，半导体的几种类型二、名词解释和简答题 1. 空间电荷区，存储时间，费米能级，准费米能级，肖特基接触，非本征半导体，简并半导体，直接带隙半导体，电子有效质量，雪崩击穿，单边突变结，电子有效质量，双极输运，欧姆接触，本征半导体，非简并半导体，间接带隙半导体 2. 什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 3.为什么随着掺杂浓度的增大，击穿电压反而下降？ 4. 对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。 5.漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移

率和扩散系数之间满足什么关系？ 6. 什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？ 7. 画出肖特基二极管和pn结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。 8. 空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 9. 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。 10. 什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？ 11. 何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 12. 何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 13. 什么是声子? 它对半导体材料的电导起什么作用? 三计算题作业题：3-37，3-40，4-47，7-8，8-6 最后一门学位课，一定要认真复习。

09级半导体器件物理A卷答案

一、选择题：（含多项选择，共30分，每空1分，错选、漏选、多选均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ）Ａ金属Ｂ半导体Ｃ绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ）Ａ点缺陷Ｂ线缺陷Ｃ面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ）Ａ施主能级Ｂ费米能级Ｃ受主能级 D 缺陷能级 7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。 A 在电场作用下的运动快慢 B 在浓度梯度作用下的运动快慢 8．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm － 3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni ≈1.5×1010cm － 3，570K 时，ni ≈2×1017cm － 3） A 1014cm －3 B 1015cm －3 C 1.1×1015cm － 3 D 2.25×105cm －3 E 1.2×1015cm －3 F 2×1017cm － 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。 A 漂移 B 隧道 C 扩散 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ）Ａ稳压二极管Ｂ肖特基二极管Ｃ发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np

半导体物理与器件第四版课后习题答案3

Chapter 3 3.1 If o a were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal. If o a were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator. ________________________ _______________ 3.2 Schrodinger's wave equation is: ()()() t x x V x t x m , , 22 2 2 ψ ? + ? ψ ? - () t t x j ? ψ ? = , Assume the solution is of the form: AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF ()()??? ????????? ????? ??-=ψt E kx j x u t x exp , Region I: ()0=x V . Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: ()??? ????????? ????? ??-?????-t E kx j x jku x m exp 22 ()?? ??????????????? ????? ??-??+ t E kx j x x u exp ()??? ????????? ????? ??-???? ??-=t E kx j x u jE j exp which becomes ()()??? ????????? ????? ??-???-t E kx j x u jk m exp 22 2 ()??? ????????? ????? ??-??+t E kx j x x u jk exp 2 ()?? ? ?????????????? ????? ??-??+t E kx j x x u exp 2 2 ()??? ????????? ????? ??-+=t E kx j x Eu exp This equation may be written as ()()()()0222222 =+??+??+-x u mE x x u x x u jk x u k Setting ()()x u x u 1 = for region I, the equation becomes: ()() () ()0212212 12=--+x u k dx x du jk dx x u d α where 2 2 2 mE = α Q.E.D. In Region II, ()O V x V =. Assume the same

《半导体物理学》期末考试试卷(A卷)-往届

赣南师范学院 2010–2011学年第一学期期末考试试卷（A 卷）开课学院：物电学院课程名称：半导体物理学考试形式：闭卷，所需时间：120分钟注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。一、填空题（共30分，每空1分） 1、半导体中有电子和空穴两种载流子，而金属中只有电子一种载流子。 2、杂质原子进入材料体内有很多情况，常见的有两种，它们是替代式杂质和间隙式杂质。 1、 3、根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵从费米统计率，对于能量为E 的一个量子态，被一个电子占据的概率为()f E ，表达式为， ()f E 称为电子的费米分布函数，它是描写在热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布的一个统计分布函数。当0F E E k T ->>时，费米分布函数转化为 ()B f E ，表达式为，()B f E 称为电子的玻尔兹曼分布函数。在 0F E E k T ->>时，量子态被电子占据的概率很小，这正是玻尔兹曼分布函数适用的范围。费米统计率与玻尔兹曼统计率的主要差别在于前者受泡利不相容原理的限制，而在0F E E k T ->>的条件下，该原理失去作用，因而两种统计的结果变成一样了。 4、在一定温度下，当没有光照时，一块n 型半导体中，电子为多数载流子，空穴是少数载流子，电子和空穴的浓度分别为0n 和0p ，则0n 和0p 的关系为大于，当用g h E ν>>（该半导体禁带宽度）的光照射该半导体时，光子就能把价带电子激发到导带上去，此时会产生电子空穴对，使导带比平衡时多出一部分电子n ，价带比平衡时多出一部分空穴p ，n 和p 的关系为，这时把非平衡电子称为非平衡多数载流子，而把非平衡空穴称为非平衡少数载流子。在一般小注入情况下，在半导体材料中，非平衡多数载流子带来的影响可忽略，原因是注入的非平衡多数载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多，而非平衡少数载流子却往往起着重要作用，原因是 2、注入的非平衡少数载流子浓度比平衡时的少数载流子浓度大得多。 5、非平衡载流子的复合，就复合的微观机构讲，大致可分为两种，直接复合和间接复合，直接复合是指电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合，间接复合是指电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合。载流子在复合时，一定要释放出多余的能量，放出能量的方法有三种，分别为、、 3、发射光子发射声子将能量给予其它载流子，增加它们的动能。 6、在外加电场和光照作用下，使均匀掺杂的半导体中存在平衡载流子和非平衡载流子，由于半导体表面非平衡载流子浓度比内部高，从而非平衡载流子在半导体中作运动，从而形成电流，另外，由于外加电场的作用，半导体中的所有载流子会作运动，从而形成电流。二、选择题（共10分，每题2分） 1、本征半导体是指的半导体。 A 、不含杂质和缺陷 B 、电子密度与空穴密度相等 C 、电阻率最高 D 、电子密度与本征载流子密度相等 2、在Si 材料中掺入P ，则引入的杂质能级 A 、在禁带中线处 B 、靠近导带底 C 、靠近价带顶 D 、以上都不是 3、以下说法不正确的是 A 、价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。 B 、本征激发后，形成了导带电子和价带空穴，在外电场作用下，它们都将参与导电。 C 、电子可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格释放能量。 D 、处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热载流子。 4、以下说法不正确的是

半导体物理与器件第四版课后习题答案

Chapter 3 3、1 If were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal、 If were to decrease, the bandgap energy would increase and the material would begin to behave more like an insulator、 _______________________________________ 3、2 Schrodinger's wave equation is: Assume the solution is of the form: Region I: 、 Substituting the assumed solution into the wave equation, we obtain: which bees This equation may be written as Setting for region I, the equation bees: where Q、E、D、 In Region II, 、 Assume the same form of the solution: Substituting into Schrodinger's wave equation, we find: This equation can be written as: Setting for region II, this equation bees where again Q、E、D、 _______________________________________ 3、3 We have Assume the solution is of the form: The first derivative is and the second derivative bees Substituting these equations into the differential equation, we find bining terms, we obtain We find that Q、E、D、 For the differential equation in and the proposed solution, the procedure is exactly the same as above、 _______________________________________ 3、4 We have the solutions for and for 、 The first boundary condition is which yields The second boundary condition is which yields The third boundary condition is which yields

半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总

半导体期末复习补充材料一、名词解释１、准费米能级费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。２、直接复合、间接复合直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。二、简答题 1、发射区重掺杂效应及其原因。答：发射区掺杂浓度过重时会引起发射区重掺杂效应，即过分加重发射区掺杂不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降。原因：发射区禁带宽度变窄和俄歇复合效应增强

半导体器件物理复习题

半导体器件物理复习题一．平衡半导体：概念题： 1. 平衡半导体的特征（或称谓平衡半导体的定义）所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体，是指无外界（如电压、电场、磁场或温度梯度等）作用影响的半导体。在这种情况下，材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体：本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主（杂质）原子：形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 4. 施主（杂质）原子：形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 5. 杂质补偿半导体：半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体：对N 型掺杂的半导体而言，电子浓度大于导带的有效状态密度，费米能级高于导带底（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（0F v E E -<）。

7. 有效状态密度：在导带能量范围（ ~c E ∞ ）内，对导带量子态密度函数导带中电子的有效状态密度。在价带能量范围（ ~v E -∞）内，对价带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度：其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度：其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10.

11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ：是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带带宽度g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ：本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度 00i n p n ==。硅半导体，在300T K =时，1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态：当温度高于某个温度时，掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质，称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态：在绝对零度时，半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时，半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征：本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近，且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级

半导体物理与器件复习资料

非平衡载流子寿命公式：本征载流子浓度公式：本征半导体：晶体中不含有杂质原子的材料半导体功函数：指真空电子能级E 0与半导体的费米能级E f 之差电子>(<)空穴为n(p)型半导体，掺入的是施主(受主)杂质原子。 Pn 结击穿的的两种机制：齐纳效应和雪崩效应载流子的迁移率扩散系数爱因斯坦关系式两种扩散机制：晶格扩散，电离杂质扩散迁移率受掺杂浓度和温度的影响金属导电是由于自由电子；半导体则是因为自由电子和空穴；绝缘体没有自由移动的带电粒子，其不导电。空间电荷区：冶金结两侧由于n 区内施主电离和p 区内受主电离而形成的带净正电与负电的区域。存储时间：当pn 结二极管由正偏变为反偏是，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳定值变为零所用的时间。费米能级：是指绝对零度时，电子填充最高能级的能量位置。准费米能级：在非平衡状度下，由于导带和介质在总体上处于非平衡，不能用统一的费米能级来描述电子和空穴按能级分布的问题，但由于导带中的电子和价带中的空穴按能量在各自能带中处于准平衡分布，可以有各自的费米能级成为准费米能级。肖特基接触：指金属与半导体接触时，在界面处的能带弯曲，形成肖特基势垒，该势垒导放大的界面电阻值。非本征半导体：将掺入了定量的特定杂质原子，从而将热平衡状态电子和空穴浓度不同于本征载流子浓度的材料定义为非本征半导体。简并半导体：电子或空穴的浓度大于有效状态密度，费米能级位于导带中（n 型）或价带中（p 型）的半导体。直接带隙半导体：导带边和价带边处于k 空间相同点的半导体。电子有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例常熟。雪崩击穿：由空间电荷区内电子或空穴与原子电子碰撞而产生电子--空穴对时，创建较大反偏pn 结电流的过程 1、什么是单边突变结？为什么pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ ①冶金结一侧的掺杂浓度大于另一侧的掺杂浓度的pn 结；②由于pn 结空间电荷区p 区的受主离子所带负电荷与N 区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带点离子不能自由移动的，所以空间电荷区内的低掺杂一侧，其带点离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。 2、为什么随着掺杂弄得的增大，击穿电压反而下降？随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，分离能级就会扩展成微带，会使原奶的导带往下移，造成禁带宽度变宽，不如外加电压时，能带的倾斜处隧长度Δx 变得更短，当Δx 短到一定程度，当加微小电压时，就会使p 区价带中电子通过隧道效应通过禁带而到达N 区导带，是的反响电流急剧增大而发生隧道击穿，所以。。。。。。 3、对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体，为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主导作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体相比较影响并不大，所以这时随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加下，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。对于一般掺杂半导体，由于杂质浓度低，电离杂子散射基本可以忽略，其主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越小。 4、漂移运动和扩散运动有什么不同？对于非简并半导体而言，迁移率和扩散系数之间满足什么关系？漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均，导致载流子从浓度高的地方向浓度低的地方定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力是载流子的分布引起的。关系为：T k D 0 //εμ= 5、什么叫统计分布函数？并说明麦克斯韦-玻尔兹曼、玻色-爱因斯坦、费米狄拉克分布函数的区别？描述大量粒子的分部规律的函数。 ①麦克--滋曼分布函数：经典离子，粒子可区分，而且每个能态多容纳的粒子数没有限制。 ②波色--斯坦分部函数：光子，粒子不可区分，每个能态所能容纳的粒子数没有限制。 ③费米狄拉克分布函数：晶体中的电子，粒子不可分辨，而且每个量子态，只允许一个粒子。 6、画出肖特基二极管和pn 结二极管的正偏特性曲线；并说明它们之间的差别。两个重要的区别：反向饱和电流密度的数量级，开关特性；两种器件的电流输运机构不同：pn 结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，而肖特基势垒二极管中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差而形成的。肖特基二极管的有效开启电压低于pn 结二极管的有效开启电压。 7、（a ）5个电子处于3个宽度都为a=12A °的三维无限深势阱中，假设质量为自由电子质量，求T=0k 时费米能级（b ）对于13个电子呢？解：对于三维无限深势阱对于5个电子状态，对应nxnynz=221=122包含一个电子和空穴的状态 ev E F 349.2)122(261.022=++?= 对于13个电子……=323=233 ev E F 5.742)323(261.0222=++?= 8、T=300k 时，硅的实验测定值为p 0=2×104cm -3,Na=7*1015cm -3, (a)因为P 0

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