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半导体物理考试重点

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题型:名词解释3*10=30分;简答题4*5=20分;证明题10*2=20分;计算题15*2=30分

一.名词解释

1、施主杂志:在半导体中电离时,能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。

2、受主杂志:在半导体中电离时,能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。

3、本征半导体:完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不可能绝对地纯净,本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。

4、多子、少子

(1)少子:指少数载流子,是相对于多子而言的。如在半导体材料中某种载流子占少数,在导电中起到次要作用,则称它为少子。

(2)多子:指多数载流子,是相对于少子而言的。如在半导体材料中某种载流子占多数,在导电中起到主要作用,则称它为多子。

5、禁带、导带、价带

(1)禁带:能带结构中能量密度为0的能量区间。常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。

(2)导带:对于被电子部分占满的能带,在外电场作用下,电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去,形成电流,起导电作用,常称这种能带为导带

(3)价带:电子占据了一个能带中的所有的状态,称该能带为满带,最上面的一个满带称为价带

6、杂质补偿

施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用,通常称为杂质的补偿作用。

7、电离能:使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能

8、(1)费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。

(2)受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级

(3)施主能级:被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级

9、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。

10、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。

11、直/间接复合

(1)直接复合:电子在导带和价带之间的直接跃迁,引起电子和空穴的复合,称为直接复合。

(2)间接复合:电子和空穴通过禁带的能级(复合中心)进行的复合方式称为间接复合。

12、(1)非平衡载流子:半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。

(2)非平衡载流子的寿命:非平衡载流子的平均生存时间。

13、载流子热运动

14、小注入条件:当注入半导体材料的非平衡载流子的浓度远小于平衡时多数载流子的浓度时,满足这个条件的注入称为小注入。

15、(1)载流子迁移率:单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。

(2)载流子产生率:单位时间内载流子的产生数量

16、深/浅能级

(1)浅能级杂质:在半导体中,能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。

(2)深能级杂质:在半导体中,能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。

17、同/异质结

(1)同质结:由同一种半导体材料形成的结称之为同质结,包括pp结、nn结、pn结。

(2)异质结:由不同种半导体材料形成的结称之为异质结,包括pp结、nn结、pn结、np结。

18、两性杂质

在半导体中既起施主作用又起受主作用的杂质,称为两性杂质。

19、表面态与表面态密度钉扎

(1)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。

(2)表面密度钉扎:在半导体表面,费米能级的位置由表面态决定,而与半导体掺杂浓度等因素无关的现象。

20、漂移运动:在外加电压时,导体内部的自由电子受到电场力的作用,沿着电场的反方向作定向移动构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动。

21、陷阱效应:杂质能级积累非平衡载流子的作用,被称为陷阱效应

22、欧姆接触: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。

23、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

24、隧道(齐纳)击穿

隧道击穿是在强电场作用下,有隧道效应,使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。因为最早是有齐纳提出来解释电解质击穿现象的,故叫齐纳击穿。

25、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。

26、热电击穿:由于热不稳定性引起的击穿,称为热电击穿

27、平均自由程与平均自由时间

(1)平均自由程:载流子在相邻两次散射过程之间的平均距离。

(2)平均自由时间:载流子在两次散射之间经历的平均时间。

28、肖特基二极管

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。

29.扩散长度:非平衡载流子深入样品的平均距离。

30. 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

31.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。

二.简答题

1.PN结反向击穿的原理(雪崩效应、齐纳击穿、热电击穿)(183号)

答:(1)雪崩击穿:半导体中,pn结反向电压增大时,势垒区中的电场很强,在势垒区内的电子和空穴由于受到强电场的漂移作用,具有很大的动能,它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时,能把价键上的电子和空穴碰撞出来,成为导电电子,同时产生一个空穴。新产生的载流子在电场作用下碰撞出其他价电子产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中载流子数量急剧增加,流过PN结的电流急剧增加击穿PN结。

(2)齐纳击穿:当pn 结加反向偏压时,势垒区能带发生倾斜;反向偏压越大,势垒越高,势垒区的内建电场也越强,势垒区能带也越加倾斜,甚至可以使n区的导带底比p区的价带顶还低。内建电场E使p区的价带电子得到附加势能qEx;当内建电场E大到某值以后,价带中的部分电子所得到的附加势能qEx 可以大于禁带宽度Eg。如图示,当AB点的水平禁带宽度随着偏压的继续增大而短到一定量度是时,p区价带中的电子将以一定的概率通过隧道效应穿过禁带而到达n区导带中。并且,势垒区的电场越强,水平禁带宽度越窄,隧穿概率越大。

(3)热电击穿:当pn结施加反向电压时,流过pn结的反向电流要引起损耗。反向电压逐渐增大时,对应于一定的反向电流所损耗的功率也增大,这将产生大量热量,进而导致结的温度上升,反向饱和电流密度增大。如此反复循环下去,最后电流密度无限增大而发生击穿。这种由于热不稳定性引起的击穿,称为热点击穿。对于禁带宽度较小的半导体,由于反向饱和电流密度较大,在室温下这种击穿很重要。

2、导体、半导体、绝缘体能带的差别

答:(1)在导体中,价带和导带是重叠的,它们之间没有禁带。价电子所在的能带只有部分电子被充满,其余部分是空的。因此即使在很低的温度下也会有大量的处于较高能级的价电子参与导电。

(2)半导体的价带充满了电子,而导带基本上是空的,在价带和导带之间有一个禁带。由于禁带宽度较窄,所以在一定温度下(如室温),也会有一定数量的电子从价带跃迁到导带上,从而在电场的作用下参与导电。

(3)绝缘体的能带结构和半导体类似,只是它的禁带宽度比半导体宽得多,在一般情况下,依靠热激发很难将电子激发到导带上。

3、热电子发射理论与扩散理论(以N型或P型半导体为例)

答: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Js D与外加电压有关。

4、MIS结构能带图与反型层的简单解释(考N型)(211页)

答:(1)MIS结构反型层能带图

(2)解释

对于N性半导体,当加于金属和半导体间的反向电压达到一定值时,表面势Vs为负值,表面处能带强烈地向上弯曲。这时表面处费米能级位置可能低于禁带中央能级Ei,也就是费米能级离价带顶比导带底还要更近一些,这意味着表面处空穴浓度将超过电子浓度,即形成与原来半导体衬底导电类型相反的一层,称作反型层。在这种情况下,半导体空间电荷层内的正电荷由两部分组成,一部分是耗尽层中已电离的施主负电荷,另一部分是反型层中的空穴,后者主要堆积在近表面区。

5、PN结电容的起源(扩散电容和势垒电容)

答:pn结的电容来源主要有势垒电容和扩散电容:

(1)势垒电容:当pn结加正向电压时,势垒区的电场将随正向偏压的增加而减弱,势垒区宽度变窄,空间电荷数量减少。因为空间电荷是由不可移动的杂质离子组成的,所以空间电荷的减少是由于n区的电子和p区的空穴过来中和了势垒区的一部分电离施主和电离受主。Pn结上外加电压的变化而引起的电子和空穴在势垒区的”存入“和”取出“作用,导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化,这与一个电容器的充电盒放电作用相似。这就是pn结的势垒电容。

(2)外加电压变化时,n区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。同样,p区扩散区内积累的非平衡电子和它保持电中性的空穴也要增加。这种由于扩散区的电荷量随外加电压的变化所产生的电容效应,称为pn结的扩散电容。

6、金半接触如何形成欧姆接触?

答: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。

7、试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系

答:Si的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段:

(1)温度很低时,电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱,可以忽略;载流子主要来源于杂质电离,随着温度升高,载流子浓度逐步增加,相应地电离杂质散射也随之增加,从而使得迁移率随温度升高而增大,导

致电阻率随温度升高而降低。

(2)温度进一步增加(含室温),电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内,杂质已经全部电离,同时本征激发尚不明显,故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射,迁移率随温度升高而降低,导致电阻率随温度升高而升高。

(3)温度再进一步增加,电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多,虽然迁移率随温度升高而降低,但是本征载流子增加很快,其影响大大超

过了迁移率降低对电阻率的影响,导致电阻率随温度升高而降低。当然,温度超过器件的最高工作温度时,器件已经不能正常工作了。

8.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?

答:(1)适用范围:扩散理论:载流子平均自由程远大于势垒宽度,即阻挡层较薄时;热电子发射理论:势垒宽度远大于载流子平均自由程,即阻挡层较厚时(2)热电子发射电流与外加电压无关,但对温度敏感;扩散电流随外界电压变化,但对温度变化敏感不如热电子发射电流

9.电子有效质量的意义是什么?它与能带有什么关系?

答:有效质量概括了晶体中电子的质量以及内部周期势场对电子的作用,引入有

效质量后,晶体中电子的运动可用类似于自由电子运动来描述。

有效质量与电子所处的状态有关,与能带结构有关:

(1)、有效质量反比于能谱曲线的曲率:

(2)、有效质量是k 的函数,在能带底附近为正值,能带顶附近为负值。

(3)、具有方向性——沿晶体不同方向的有效质量不同。只有当等能面是球面

时,有效质量各向同性。

10.为什么肖特基势垒二极管电流偏离理想较大,与外加电压、掺杂浓度有什么

关系?

三、证明题

1、证明:(1)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E Fn >E F 。

(2)对于某p 型半导体,试证明其费米能级在其本征半导体的费米能

级之下,即E Fp >E F 2.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。

3、证明非平衡载流子的寿命满足()τt

e p t p -?=?0,并说明式中各项的物理意义。 证明:

()[]p

p dt t p d τ?=?-=非平衡载流子数而在单位时间内复合的子的减少数单位时间内非平衡载流 时刻撤除光照如果在0=t ,则在单位时间内减少的非平衡载流子数=在单位时间

内复合的非平衡载流子数,即 2i D A 0D ln n N N q T k V =

()[]()1?→??=?-p

p dt t p d τ

在小注入条件下,τ为常数,解方程(1),得到

()()()20?→??=?-p

t

e p t p τ

式中,Δp (0)为t=0时刻的非平衡载流子浓度。此式表达了非平衡载流子随时间呈指数衰减的规律。

4.非简并的非均匀半导体电子电流形式

5、(149)导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。

6、证明小信号条件下,本征半导体非平衡载流子的寿命最长。

四、计算题

1、(范题,178)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N A =5×1017cm -3,V D =0.8V 。

解:正向电压为0.6 V

nm qN V V X A D r D 2310

5106.1)6.08.0(1085.89.112)(21719140=???-????=-=--εε 反向电压为40 V

m qN V V X A D r D μεε33.010

5106.1)408.0(1085.89.112)(21719140=???+????=-=--

2.(范题)施主浓度N D =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4.5×1017cm -3,W Al =4.25eV ,W Au =4.80eV 。

解:室温下杂质全电离,则:

解得En=0.04eV ,Ws=4.07+0.04=4.11eV 因为W Au >Ws 和W Al >Ws ,所以n-GaAs 和Al,Au 接触时均形成阻挡层。

3、(范题,第三章)Si 样品中施主浓度为4.5x1016cm 3-,试计算300K 时电子浓度和空穴浓度各为多少?

解:在300K 时,因为N D >10n i ,因此杂质全电离

n O =N D ≈4.5×1016cm -3

()()33162

10020100.5105.4105.1-?=??==cm n n p i 答:300K 时样品中的的电子浓度和空穴浓度分别是4.5×1016cm -3和5.0×103cm -3。

4、(范题,70)含受主浓度为8.0x106cm 3-和施主浓度7.25x1017cm 3-的Si 材料,试求温度分别为300K 和400K 时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。

5、若N D =5×1015,N A =5×1017,室温300K 下Si 的本征载流子浓度约为1.02×1010cm -3,求室温下Si 突变pn 结的V D ?

6.已知突变结两边杂质浓度为N A =1016cm -3,N D =1020cm -3,①求势垒高度和势垒宽度;②画出E(x)和V(x)图。

7、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。

17010)exp()exp(==-=--=D n c F c c N kT

E N kT E E N n

8、有一块施主浓度N D=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V D=0.4eV,求加上0.3V电压时的正向电流密度。

补充

1.常用数据

(1)硅中本征载流子浓度n

i =1.5×1010cm3-,介电常数ε

r

=11.9F/m

(2)真空介电常数ε

=8.85×1012-F/m

(3)玻尔兹曼常数k

=1.38×1023-/k

(4)常温时,k

T=0.026eV

2.名词解释

(1)载流子产生率:单位时间内载流子的产生数量。

(2)扩散长度:非平衡载流子深入样品的平均距离。

(3)非平衡载流子的寿命:非平衡载流子的平均生存时间。

(4)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。

(5)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。

3.载流子产生/复合种类?机理不同?

答:从能级角度看,产生/复合有直接复合和间接复合两种;从物理机理看,可以分成生子跃迁,光子跃迁,Auger跃迁和碰撞电离。

4.半导体的导电性与哪些因素有关?

答:跟温度和掺杂浓度有关

5.什么是半导体?

答:导电性介于金属和非金属之间,比金属差,比非金属强的物质.

6.如果没有半导体,那么我们今天也将不会有什么?

答:收音机,电话,电视机,电话机.计算机.计算器.

7.为什么CPU等硅集成电路不能耐高温?

答:因为Si的能隙约为1.1eV,工作温度相对不高,高温下p-n易被热击穿。8.为什么金属与半导体接触,势垒高度并不等于半导费米能级与金属体功函数之

差?

答:因为表面态的存在,有可能形成表面态钉扎,导致理想化的接触失效。9.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?

答:Voc并不随光照强度无限地增大,当开路电压Voc增大到pn结势垒消失时,即得到最大开路电压Vmax,因此Vmax应等于pn结势垒高度Vd,与材料掺杂程度和禁带宽度有关。

10.为什么PN结具有电容特性?

答:外界电压的变化会导致势垒区、扩散区内电荷数量的变化,和电容器的充放电作用相似,因此,pn结具有电容特性。

11.半导体冰箱的工作原理?

答:当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。如果电流从自由电子数较高的一端A流向自由电子数较低的一端B,则B端的温度就会升高;反之,B短的温度就会降低。这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。如果电流由导体1流向导体2,则在单位时间内,接头处吸收/放出的热量与通过接头处的电流密度成正比。这一效应是可逆的,如果电流方向反过来,吸热便转变成放

电子科技大学半导体物理期末考试试卷试题答案

电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题卷( 120分钟)考试形式:闭卷考试日期200 7年 1 月 14日 注:1、本试卷满分70分,平时成绩满分15分,实验成绩满分15分; 2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。 课程成绩构成:平时分,期中分,实验分,期末分 一、选择填空(含多选题)(2×20=40分) 1、锗的晶格结构和能带结构分别是( C )。 A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型 C. 金刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型 2、简并半导体是指( A )的半导体。 A、(E C -E F )或(E F -E V )≤0 B、(E C -E F )或(E F -E V )≥0 C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015cm-3,则该半导体为( B )半导体;其有效杂质浓度约为( E )。 A. 本征, B. n型, C. p型, D. 1.1×1015cm-3, E. 9×1014cm-3 4、当半导体材料处于热平衡时,其电子浓度与空穴浓度的乘积为( B ),并且该乘积和(E、F )有关,而与( C、D )无关。 A、变化量; B、常数; C、杂质浓度; D、杂质类型; E、禁带宽度; F、温度 5、在一定温度下,对一非简并n型半导体材料,减少掺杂浓度,会使得( C )靠近中间能级E i ;如果增加掺杂浓度,有可能使得( C )进入( A ),实现重掺杂成为简并半导

体。 A 、E c ; B 、E v ; C 、E F ; D 、 E g ; E 、E i 。 67、如果温度升高,半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是(C )。 A 、变大,变大 B 、变小,变小 C 、变小,变大 D 、变大,变小 8、最有效的复合中心能级的位置在(D )附近,最有利于陷阱作用的能级位置位于(C )附近,并且常见的是( E )陷阱。 A 、E A ; B 、E B ; C 、E F ; D 、 E i ; E 、少子; F 、多子。 9、一块半导体寿命τ=15μs ,光照在材料中会产生非平衡载流子,光照突然停止30μs 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/e 2 D 、1/2 10、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的( A )。 A 、散射机构; B 、复合机构; C 、杂质浓度梯度; C 、表面复合速度。 11、下图是金属和n 型半导体接触能带图,图中半导体靠近金属的表面形成了(D )。 A 、n 型阻挡层 B 、p 型阻挡层 C 、p 型反阻挡层 D 、n 型反阻挡层 12、欧姆接触是指( D )的金属-半导体接触。 A 、W ms =0 B 、W ms <0 C 、W ms >0 D 、阻值较小并且有对称而线性的伏-安特性 13、MOS 器件中SiO 2层中的固定表面电荷主要是( B ),它能引起半导体表面层中的能带( C )弯曲,要恢复平带,必须在金属与半导体间加( F )。 A .钠离子; B 硅离子.;C.向下;D.向上;E. 正电压;F. 负电压 二、证明题:(8分) 由金属-SiO 2-P 型硅组成的MOS 结构,当外加的电压使得半导体表面载流子浓度n s 与内部多数载流子浓度P p0相等时作为临界强反型层条件,试证明:此时半导体的表面势为: 证明:设半导体的表面势为V S ,则表面的电子浓度为: 200exp()exp()S i S s p p qV n qV n n KT p KT == (2分) 当n s =p p0时,有:20exp( ),S p i qV p n KT = (1分)

西安电子科技大学2018考研大纲:半导体物理与器件物理.doc

西安电子科技大学2018考研大纲:半导体 物理与器件物 出国留学考研网为大家提供西安电子科技大学2018考研大纲:801半导体物理与器件物理基础,更多考研资讯请关注我们网站的更新! 西安电子科技大学2018考研大纲:801半导体物理与器件物理基础 “半导体物理与器件物理”(801) 一、 总体要求 “半导体物理与器件物理”(801)由半导体物理、半导体器件物理二部分组成,半导体物理占60%(90分)、器件物理占40%(60分)。 “半导体物理”要求学生熟练掌握半导体的相关基础理论,了解半导体性质以及受外界因素的影响及其变化规律。重点掌握半导体中的电子状态和带、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、半导体中的非平衡载流子等相关知识、基本概念及相关理论,掌握半导体中载流子浓度计算、电阻(导)率计算以及运用连续性方程解决载流子浓度随时间或位置的变化及其分布规律等。 “器件物理”要求学生掌握MOSFET器件物理的基本理

论和基本的分析方法,使学生具备基本的器件分析、求解、应用能力。要求掌握MOS基本结构和电容电压特性;MESFET器件的基本工作原理;MOSFET器件的频率特性;MOSFET器件中的非理想效应;MOSFET器件按比例缩小理论;阈值电压的影响因素;MOSFET的击穿特性;掌握器件特性的基本分析方法。 “半导体物理与器件物理”(801)研究生入学考试是所学知识的总结性考试,考试水平应达到或超过本科专业相应的课程要求水平。 二、 各部分复习要点 ●“半导体物理”部分各章复习要点 (一)半导体中的电子状态 1.复习内容 半导体晶体结构与化学键性质,半导体中电子状态与能带,电子的运动与有效质量,空穴,回旋共振,元素半导体和典型化合物半导体的能带结构。 2.具体要求 半导体中的电子状态和能带 半导体中电子的运动和有效质量 本征半导体的导电机构

半导体物理知识点及重点习题总结

基本概念题: 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数,而且某些能量区间能级是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k 关系决定。 1.4本征半导体 既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。 1.4空穴 空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷,并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量,这样就引进了一个假想的

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

半导体物理期末试卷含部分答案

一、填空题 1.纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质,当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质;相应的半导体称 N 型半导体。 2.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时,载流子将做 扩散 运动;在半导体存在外加电压情况下,载流子将做 漂移 运动。 3.n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态,当半导体掺入的杂质含量改变时,乘积n o p o 改变否? 不变 ;当温度变化时,n o p o 改变否? 改变 。 4.非平衡载流子通过 复合作用 而消失, 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ,寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关,对于强p 型和 强n 型材料,小注入时寿命τn 为 ,寿命τp 为 . 5. 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量, 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量,联系两者的关系式是 q n n 0=μ ,称为 爱因斯坦 关系式。 6.半导体中的载流子主要受到两种散射,它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用,后者在 温度高 下起主要作用。 7.半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ;深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品,其掺杂情况分别是:甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9.对n 型半导体,如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准,那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件; T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件; 0≤-F C E E 为简并条件。 10.当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时,反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ,其种类为: 雪崩击穿 、和 齐纳击穿(或隧道击穿) 。 11.指出下图各表示的是什么类型半导体? 12. 以长声学波为主要散射机构时,电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数,电子占据(E F +kT )能级的几率 B 。 A .等于空穴占据(E F +kT )能级的几率 B .等于空穴占据(E F -kT )能级的几率 C .大于电子占据E F 的几率 D .大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C .价带顶 D .费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体,费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C .经过一极小值趋近E i D .经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零,则该半导体必定_D _。 A .不含施主杂质 B .不含受主杂质 C .不含任何杂质 D .处于绝对零度

半导体物理考试重点

半导体物理考试重点 题型:名词解释3*10=30分;简答题4*5=20分;证明题10*2=20分;计算题15*2=30分 一.名词解释 1、施主杂志:在半导体中电离时,能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。 2、受主杂志:在半导体中电离时,能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。 3、本征半导体:完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不可能绝对地纯净,本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。 4、多子、少子 (1)少子:指少数载流子,是相对于多子而言的。如在半导体材料中某种载流子占少数,在导电中起到次要作用,则称它为少子。 (2)多子:指多数载流子,是相对于少子而言的。如在半导体材料中某种载流子占多数,在导电中起到主要作用,则称它为多子。 5、禁带、导带、价带 (1)禁带:能带结构中能量密度为0的能量区间。常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。 (2)导带:对于被电子部分占满的能带,在外电场作用下,电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去,形成电流,起导电作用,常称这种能带为导带 (3)价带:电子占据了一个能带中的所有的状态,称该能带为满带,最上面的一个满带称为价带 6、杂质补偿 施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用,通常称为杂质的补偿作用。 7、电离能:使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能

8、(1)费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。 (2)受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级 (3)施主能级:被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级 9、功函数:功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级之差。 10、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。 11、直/间接复合 (1)直接复合:电子在导带和价带之间的直接跃迁,引起电子和空穴的复合,称为直接复合。 (2)间接复合:电子和空穴通过禁带的能级(复合中心)进行的复合方式称为间接复合。 12、(1)非平衡载流子:半导体中比热平衡时所多出的额外载流子。 (2)非平衡载流子的寿命:非平衡载流子的平均生存时间。 13、载流子热运动 14、小注入条件:当注入半导体材料的非平衡载流子的浓度远小于平衡时多数载流子的浓度时,满足这个条件的注入称为小注入。 15、(1)载流子迁移率:单位电场强度下载流子所获得的平均漂移速率。 (2)载流子产生率:单位时间内载流子的产生数量 16、深/浅能级 (1)浅能级杂质:在半导体中,能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。(2)深能级杂质:在半导体中,能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。17、同/异质结 (1)同质结:由同一种半导体材料形成的结称之为同质结,包括结、结、结。 (2)异质结:由不同种半导体材料形成的结称之为异质结,包括结、结、结、结。

半导体物理知识点总结

半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。(重点掌握)在1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的概念。(重点掌握)在1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。(重点掌握)在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。(重点掌握)在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。(理解即可)在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构。(掌握能带结构特征)在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构。(掌握能带结构特征)本章重难点: 重点: 1、半导体硅、锗的晶体结构(金刚石型结构)及其特点; 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同:孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动,自由电子是在恒定为零的势场中运动,而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动(共有化运动),单电子近似认为,晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动,这个势场也是周期性变化的,而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂,是形成半导体能带的原因,半导体能带的特点: ①存在轨道杂化,失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带,上能带称为导带,下能带称为价带②低温下,价带填满电子,导带全空,高温下价带中的一部分电子跃迁到导带,使晶体呈现弱导电性。

半导体物理试卷a答案

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 受主能级:通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下,此能级为空穴所占据,这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 2. 直接复合:导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带,与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为直接复合。 3. 空穴:当满带顶附近产生P0个空态时,其余大量电子在外电场作用下所产生的电流,可等效为P0个具有正电荷q和正有效质量m p,速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流,这样的准经典粒子称为空穴。 4. 过剩载流子:在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下,半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴,超过热平衡浓度的电子△n=n-n0和空穴 △p=p-p0称为过剩载流子。 5.费米能级、化学势 答:费米能级与化学势:费米能级表示等系统处于热平衡状态,也不对外做功的情况下,系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化,等于系统的化学势。处于热平衡的系统有统一的化学势。这时的化学势等于系统的费米能级。费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高,说明较多的能量较高的量子态上有电子。随之温度升高,电子占据能量小于费米能级的量子态的几率下降,而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。 二、选择题(本大题共5题每题3分,共15分) 1.对于大注入下的直接辐射复合,非平衡载流子的寿命与(D ) A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2.有3个硅样品,其掺杂情况分别是: 含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是(C ) 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙3.有效复合中心的能级必靠近( A ) 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级4.当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时,其小注入下的少子寿

半导体物理学复习提纲(重点)

第一章 半导体中的电子状态 §1.1 锗和硅的晶体结构特征 金刚石结构的基本特征 §1.2 半导体中的电子状态和能带 电子共有化运动概念 绝缘体、半导体和导体的能带特征。几种常用半导体的禁带宽度; 本征激发的概念 §1.3 半导体中电子的运动 有效质量 导带底和价带顶附近的E(k)~k 关系()()2 * 2n k E k E m 2h -0= ; 半导体中电子的平均速度dE v hdk = ; 有效质量的公式:2 2 2 * 11dk E d h m n = 。 §1.4本征半导体的导电机构 空穴 空穴的特征:带正电;p n m m ** =-;n p E E =-;p n k k =- §1.5 回旋共振 §1.6 硅和锗的能带结构 导带底的位置、个数; 重空穴带、轻空穴 第二章 半导体中杂质和缺陷能级 §2.1 硅、锗晶体中的杂质能级

基本概念:施主杂质,受主杂质,杂质的电离能,杂质的补偿作用。 §2.2 Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级 杂质的双性行为 第三章 半导体中载流子的统计分布 热平衡载流子概念 §3.1状态密度 定义式:()/g E dz dE =; 导带底附近的状态密度:() () 3/2 * 1/2 3 2()4n c c m g E V E E h π=-; 价带顶附近的状态密度:() () 3/2 *1/2 3 2()4p v V m g E V E E h π=- §3.2 费米能级和载流子的浓度统计分布 Fermi 分布函数:()01 ()1exp /F f E E E k T = +-???? ; Fermi 能级的意义:它和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量以及能量零点的选取有关。1)将半导体中大量的电子看成一个热力学系统,费米能级F E 是系统的化学势;2)F E 可看成量子态是否被电子占据的一个界限。3)F E 的位置比较直观地标志了电子占据量子态的情况,通常就说费米能级标志了电子填充能级的水平。费米能级位置较高,说明有较多的能量较高的量子态上有电子。 Boltzmann 分布函数:0()F E E k T B f E e --=; 导带底、价带顶载流子浓度表达式: 0()()c c E B c E n f E g E dE '= ?

半导体物理知识点及重点习题总结

基本概念题: 第一章半导体电子状态 1、1 半导体 通常就是指导电能力介于导体与绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1、2能带 晶体中,电子的能量就是不连续的,在某些能量区间能级分布就是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1、2能带论就是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程与周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1、2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型就是为分析晶体中电子运动状态与E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上就是周期函数,而且某些能量区间能级就是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1、2导带与价带 1、3有效质量 有效质量就是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k

半导体物理学期末复习试题及答案一

一、选择题 1.与绝缘体相比,半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 ( B )。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半 导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料,在温度一定时,减小掺杂浓度,费 米能级会( B )。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时,P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数,它和( B )有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.· 6.MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型 ( B )。 A.相同 B.不同 C.无关 7.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 8.砷化稼的能带结构是( A )能隙结构。

A. 直接 B. 间接 9. 将Si 掺杂入GaAs 中,若Si 取代Ga 则起( A )杂质作 用,若Si 取代As 则起( B )杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 10. 在热力学温度零度时,能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 ( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为( A )。 · A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 11. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中,AB 段代表 ( A ),CD 段代表(B )。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 12. P 型半导体发生强反型的条件( B )。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??= i D S n N q T k V ln 0 D. ???? ??≥i D S n N q T k V ln 20 13. - 14. 金属和半导体接触分为:( B )。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触

电子科技大学半导体物理期末考试试卷试题答案

电子科技大学二零一零至二零一一学年第一学期期末考试 1.对于大注入下的直接辐射复合,非平衡载流子的寿命与(D ) A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2.有3个硅样品,其掺杂情况分别是: 甲.含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是(C ) A.甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙 3.题2中样品的电子迁移率由高到低的顺序是( B ) 4.题2中费米能级由高到低的顺序是( C ) 5. 欧姆接触是指( D )的金属一半导体接触 A. W ms = 0 B. W ms < 0 C. W ms > 0 D. 阻值较小且具有对称而线性的伏安特性 6.有效复合中心的能级必靠近( A ) A.禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级 7.当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时,其小注入下的少子寿命正比于(C ) A.1/n0 B.1/△n C.1/p0 D.1/△p 8.半导体中载流子的扩散系数决定于其中的( A ) A.散射机构 B. 复合机构 C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度 9.MOS 器件绝缘层中的可动电荷是( C ) A. 电子 B. 空穴 C. 钠离子 D. 硅离子 10.以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是( D ) A. Si B. Ge C. GaAs D. GaN 二、解释并区别下列术语的物理意义(30 分,7+7+8+8,共4 题) 1. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量(7 分) 答:有效质量:由于半导体中载流子既受到外场力作用,又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用,使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后,可以很方便的解决电子的运动规律。(3分) 纵向有效质量、横向有效质量:由于k空间等能面是椭球面,有效质量各向异性,在回旋共振实验中,当磁感应强度相对晶轴有不同取向时,可以得到为数不等的吸收峰。我们引入纵向有效质量跟横向有效质量表示旋转椭球等能面纵向有效质量和横向有效质量。(4分) 2. 扩散长度、牵引长度与德拜长度(7 分) 答:扩散长度:指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离。由扩散系数

半导体物理期末考试试卷A参考答案与评分标准

电子科技大学二零零 七 至二零零 八 学年第 一 学期期 末 考试 一、选择填空(22分) 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.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εr 是乙的3/4, m n */m 0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3/4 B.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32/9 C.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8/3 D.甲的施主杂质电离能是乙的32/9,的弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8 5、.一块半导体寿命τ=15μs ,光照在材料中会产生非平衡载流子,光照突然停止30μs 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/e 2 ; D.1/2 6、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、n i >> /N D -N A / 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 n与ND有如下图 (C ) 所示的最恰当的依赖关系: Dn Dn Dn Dn A B C D 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 ND ND ND ND

2011东南大学半导体物理试卷

共 10 页 第 1 页 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 考试时间长度 120分钟 室温下,硅的相关系数:10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==? 1932.810c N cm -=? 1931.110v N cm -=?,电子电量191.610e 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 ,t N 代表__________,t E 代表__________,当2i np n -为___________时,半导体存在净复合,当2i np n -_______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17 3 10/cm 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16 3 10/cm 的硼,半导体是_______型。假定有掺入浓度为15 3 10/cm 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。 20() 2t i t i i N C np n U E E n p n ch k T -= ?? -++ ? ??

华工半导体物理考试大纲(标重点)

912半导体物理考试大纲 考试内容 1、半导体晶体结构和半导体的结合性质(1-1主要的几种结构); 2、半导体中的电子状态: (1)半导体能带的形成(1-2共有化运动), (2)Ge、Si、GaAs能带结构(1-6,1-7,主要是导带和价带的结构),(3)有效质量、空穴(1-3,1-4定义要求) (4)杂质和缺陷能级(2-1施主杂质,施主能级,受主杂质,受主能级,杂质的补偿,深能级和浅能级杂质); 3、热平衡下半导体载流子的统计分布: (1)状态密度、费米能级、(3-1,3-2理解定义) (2)本征半导体(3-3)和杂质半导体的载流子浓度(3-4浓度与温度的关系图),(3)简并半导体和重掺杂效应(3-6定义要求); 注意:计算主要在这一章 4、半导体的导电性: (1)半导体导电原理(载流子的漂移和扩散运动), (2)载流子的漂移运动、迁移率、散射机构(4-1,4-2定义要求), (3)半导体电阻率(电导率)随温度和杂质浓度的变化规律(关系图), (4)强电场效应、热载流子,负阻效应(4-6,4-7定义要求); 5、非平衡载流子: (1)非平衡载流子与准费米能级,非平衡载流子注入与复合(5-1,5-2,5-3定义要求) (2)复合理论(5-4复合的分类) (3)非平衡载流子寿命,爱因斯坦关系,载流子漂移、扩散运动(5-6,5-7定义要求), (4)缺陷效应(定义要求5-5), (5)连续性方程(5-8计算题可能); 6、pn结: (1)平衡与非平衡pn结特点及其能带图(6-1能带图和载流子的分布图), (2)pn结的I-V特性(6-2J-V曲线,反向饱和电流的定义) (3)电容特性(6-3势垒电容和扩散电容的定义) (4)开关特性(单向导电性) (5)击穿特性(6-4雪崩击穿,隧道击穿和热击穿); 7、金属和半导体接触: (1)半导体表面态(了解)

半导体物理知识点梳理

半导体物理考点归纳 一· 1.金刚石 1) 结构特点: a. 由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成 b. 属面心晶系,具立方对称性,共价键结合四面体。 c. 配位数为4,较低,较稳定。(配位数:最近邻原子数) d. 一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。 2) 代表性半导体:IV 族的C ,Si ,Ge 等元素半导体大多属于这种结构。 2.闪锌矿 1) 结构特点: a. 共价性占优势,立方对称性; b. 晶胞结构类似于金刚石结构,但为双原子复式晶格; c. 属共价键晶体,但有不同的离子性。 2) 代表性半导体:GaAs 等三五族元素化合物均属于此种结构。 3.电子共有化运动: 原子结合为晶体时,轨道交叠。外层轨道交叠程度较大,电子可从一个原子运动到另一原子中,因而电子可在整个晶体中运动,称为电子的共有化运动。 4.布洛赫波: 晶体中电子运动的基本方程为: ,K 为波矢,uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数, 5.布里渊区: 禁带出现在k=n/2a 处,即在布里渊区边界上; 允带出现在以下几个区: 第一布里渊区:-1/2a

半导体物理期末试卷(含部分答案

一、填空题 1.纯净半导体Si 中掺错误!未找到引用源。族元素的杂质,当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质;相应的半导体称 N 型半导体。 2.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时,载流子将做 扩散 运动;在半导体存在外加电压情况下,载流子将做 漂移 运动。 3.n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态,当半导体掺入的杂质含量改变时,乘积n o p o 改变否? 不变 ;当温度变化时,n o p o 改变否? 改变 。 4.非平衡载流子通过 复合作用 而消失, 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ,寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关,对于强p 型和 强n 型材料,小注入时寿命τn 为 ,寿命τp 为 . 5. 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量, 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 q n n 0=μ ,称为 爱因斯坦 关系式。 6.半导体中的载流子主要受到两种散射,它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用,后者在 温度高 下起主要作用。 7.半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ;深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品,其掺杂情况分别是:甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下,这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9.对n 型半导体,如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准,那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件; T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件; 0≤-F C E E 为简并条件。 10.当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时,反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ,其种类为: 雪崩击穿 、和 齐纳击穿(或隧道击穿) 。 11.指出下图各表示的是什么类型半导体? 12. 以长声学波为主要散射机构时,电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上,而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点,因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数,电子占据(E F +kT )能级的几率 B 。 A .等于空穴占据(E F +kT )能级的几率 B .等于空穴占据(E F -kT )能级的几率 C .大于电子占据E F 的几率 D .大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C .价带顶 D .费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体,费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C .经过一极小值趋近E i D .经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零,则该半导体必定_D _。 A .不含施主杂质 B .不含受主杂质 C .不含任何杂质 D .处于绝对零度

电子科技大学2009半导体物理期末考试试卷A试题答案..

电子科技大学二零九至二零一零学年第一学期期末考试 半导体物理课程考试题 A卷( 120分钟)考试形式:闭卷考试日期 2010年元月 18日 课程成绩构成:平时 10 分,期中 5 分,实验 15 分,期末 70 分 一、选择题(共25分,共 25题,每题1 分) 1、本征半导体是指( A )的半导体。 A. 不含杂质和缺陷 B. 电阻率最高 C. 电子密度和空穴密度相等 D. 电子密度与本征载流子密度相等 2、如果一半导体的导带中发现电子的几率为零,那么该半导体必定( D )。 A. 不含施主杂质 B. 不含受主杂质

C. 不含任何杂质 D. 处于绝对零度 3、对于只含一种杂质的非简并n 型半导体,费米能级随温度上升而( D )。 A. 单调上升 B. 单调下降 C. 经过一个极小值趋近 D. 经过一个极大值趋近 4、如某材料电阻率随温度上升而先下降后上升,该材料为( C )。 A. 金属 B. 本征半导体 C. 掺杂半导体 D. 高纯化合物半导体 5、公式*/m q τμ=中的τ是半导体载流子的( C )。 A. 迁移时间 B. 寿命 C. 平均自由时间 D. 扩散时间 6、下面情况下的材料中,室温时功函数最大的是( A ) A. 含硼1×1015 cm -3 的硅 B. 含磷1×1016 cm -3 的硅 C. 含硼1×1015 cm -3 ,磷1×1016 cm -3 的硅 D. 纯净的硅 7、室温下,如在半导体中,同时掺有1×1014 cm -3 的硼和1.1×1015 cm -3 的磷,则电子浓度约为( B ),空穴浓度为( D ),费米能级为( G )。将该半导体由室温度升至570K ,则多子浓度约为( F ),少子浓度为( F ),费米能级为( I )。(已知:室温下,≈1.5×1010 cm -3 ;570K 时,≈2×1017 cm -3 ) A 、1×1014 cm -3 B 、1×1015 cm -3 C 、1.1×1015 cm -3 D 、2.25×105 cm -3 E 、1.2×1015 cm -3 F 、2×1017 cm -3 G 、高于 H 、低于 I 、等于

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