_半导体物理试题B参考答案和评分标准

1电子科技大学二00四至二00五学年第一学半导体物理（B卷）课程考试题(120分钟)考试日期:2004年12月28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。一、选择填空（含多选题）（25分）1、与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（A）；A、比半导体的大，B、比半导体的小，C、与半导体的相等。2、室温下，半导体Si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，ni≈1.5×1010cm-3，570K时，ni≈2×1017cm-3）A、1014cm-3B、1015cm-3C、1.1×1015cm-3D、2.25×105cm-3E、1.2×1015cm-3F、2×1017cm-3G、高于EiH、低于EiI、等于Ei3、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2提供（A），本征激发后向半导体提供（AB）；A、空穴，B、电子。4、对于一定的p型半导体材料，掺杂浓度降低将导致禁带宽度（B（A）），本征流子浓度（B（C）），功函数（C）；A、增加，B、不变，C、减少。5、对于一定的n型半导体材料，温度一定时，减少掺杂浓度，将导致（D）靠近Ei；A、Ec，B、Ev，C、Eg，D、EF。6、热平衡时，半导体中的电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（CD）有关，而与（AB）无关；A、杂质浓度B、杂质类型C、禁带宽度，D、温度。7、表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（A）；A、施主态B、受主态C、电中性8、当施主能级ED与费米能级EF相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（C）倍；A、1，B、1/2，C、1/3，D、1/4。9、最有效的复合中心能级位置在（D）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（C）附近，常见的是E陷阱。A、EA，B、ED，C、EF，D、EiE、少子F、多子。310、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11、MIS结构的表面发生强反型时，其表面的导电类型与体材料的（B），若增加掺杂浓度，其开启电压将（C）。A、相同B、不同C、增加D、减少二、证明题：（8分）p型半导体的费米能级在n型半导体的费米能级之下。（8分）证明一：由于nnnp（或pppn）（2分）即TkEETkEEFcpFcneNceNc00（2分）（2分）（或TkEETkEEvnvvnveNveNv00，TkFnEinEFnineneniTkEEi00）对上面不等式两边同时求对数，即得EFnEFp（2分）证明二：对于p型半导体ppni（或ninp）即iTkEEinenFpi0（2.5分）则有FpiEE（1分）同理对于n型半导体nnni（2.5分）可得到iFnEE（1分）因此EFnEFp（1分）三、简答题1、下图为中等掺杂的Si的电阻率ρ随温度T的变化关系，分析其变化的原因。（3分）4ρCDABT答：设半导体为n型，有nnq1AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，故电阻率ρ随温度T升高下降；（1分）BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降，故电阻率ρ随温度T升高上升；（1分）CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，故电阻率ρ随温度T升高而下降；（1分）2、试简述杂质在半导体中的几种作用，并分别在能带图上标志出其在半导体中的作用过程。（4分）答：（1）使载流子浓度增加（即作为浅能级杂质起施主和受主，分别为半导体提供电子和空穴）（1分）使载流子浓度减少（即作为深能级杂质起复合中心和陷阱，俘获载流子）（1分）（2）0.5分0.5分0.5分0.5分54、画出p型衬底构成的MIS结构在高频、低频以及深耗尽情况下的C-V特性曲线。（3分）C低频（1分）高频（1分）深耗尽（1分）V4、对上题三种情况下的C-V曲线进行对比分析。（3分）答：（1）低频：半导体表面进入强反型，CC0；（1分）（2）高频：半导体表面的电荷变化跟不上外加电压信号的变化，耗尽层宽度达到最大值，半导体表面电容达到最大，故总电容达到最小；（1分）（3）深耗尽：脉冲信号变化太快，耗尽层不断展宽，导致半导体表面电容逐渐变小，故总电容越来越小。（1分）5、说明绝缘层中正电荷对n型衬底MIS结构的高频C-V特性曲线的影响。（3分）答：（1）向负偏压方向平移动；（2分）（2）由于在半导体表面感应负电荷所致（或平带电压公式）；（16分）6、分别画出n型半导体表面发生弱反型和强反型时的能带图。（4分）四、计算题1、（8分）室温下Ge中掺入锑的浓度为1015cm-3，设杂质全电离，且μn=3600cm2/Vs，μp=1700cm2/Vs，已知本征载流子浓度ni=2.5×1013cm-3，试求：（1）室温下电子和空穴浓度；（2）室温下该材料的电阻率。（计算时可能会用到的常数：q=1.6×10-19C，k0=1.38×10-23J/K，ε0=8.85×10-12F/m，ln10=2.3，ln2=0.69）解：（1）n0≈1015cm-3（1分）7)(1025.6311020cmnnpi（2分）（0.5分）（0.5分）（2）)(7.11cmnqn（2分）（0.5分）（0.5分）2、功率P=10mW的入射单色光（hv=2eV）射在n-GaAs样品上，设其中80%的光被样品吸收了以产生电子-空穴，问：（1）过剩载流子的产生率是多少？（1eV=1.6×10-19J）（3分）（2）如果少子寿命为1×10-6s，问稳定时的过剩电子与空穴各为多少？（3分）（3）设在t=t0时突然关闭光，经过10-6s后还剩下的电子与空穴各为多少？（4分）解：（1）)(105.2%8013160scmhPG（2分）（0.5分）（0.5分）（2）)(105.23100cmGpn（1分）（1分）（0.5分）（0.5分）8(3))(102.9)()(39cmeptptnt（1分）（1分）（0.5分）（0.5分）第