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,ikTeVncm1932.810cNcm1931.110vNcm，电子电量191.610eC。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，tN代表__________，tE代表__________，当2inpn为___________时，半导体存在净复合，当2inpn_______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17310/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16310/cm的硼，半导体是_______型。假定有掺入浓度为15310/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。学号姓名密封线20()2titiiNCnpnUEEnpnchkT共10页第2页7.n型半导体导带极值在[110]轴上，那么共有________个导带底。已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m，横向有效质量为0.920m，重空穴的质量0.490m，轻空穴的质量为0.160m，则硅的导带底电子的状态有效质量为__________，价带顶空穴的状态有效质量为__________，硅的沿x方向的电导有效质量为_______________。8.对于Si、Ge和GaAs，_________适合制作高温器件，其原因是______________________________________________________________________________________________。9.PN结电容主要有_________电容和__________电容，正向偏压越大，_________电容的作用越重要。对于点接触型二极管和面接触型二极管，__________________更适合高频电路使用。二、简要回答（1-3题8分，4题6分，共30分）1．下图分别是半导体材料Si、Ge、GaAs的能带结构示意图。（1）请指出图a、图b、图c分别对应何种材料，您判断的依据是什么？（2）在三幅图中，价带对于同一个K，E(K)可以有两个值，表明对应两种有效质量不同的空穴，即重空穴和轻空穴。试指出曲线1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？共10页第3页2.（1）画出轻掺杂半导体和重掺杂半导体的迁移率与温度的关系，并解释之。（2）n型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会出现这样的变化规律。3.（1）画出实现反阻挡的金属——半导体欧姆接触后的能带图；（2）实际加工中在对半导体进行电互连时，将半导体的接触区进行重掺杂后在与金属连接，而不是直接用金—半欧姆接触进行电互连，试解释之。4.举一关于异质结应用的例子，并说明异质结相比于同质结有哪些优点。共10页第4页三、计算题（35分）1.（5分）在室温下，当反向偏压等于0.13eV时，流过PN结二极管的电流为5A。计算当二极管正向偏置同样大小的电压时，流过二极管的电流为多少？2.（6分）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.044eV，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。3.（6分）单晶硅中均匀地掺入两种杂质，掺硼1631.510cm，掺磷153510cm。已知221350/,500/npcmVscmVs，计算：（1）载流子的浓度；（2）费米能级相对禁带中央的位置；（3）电导率。共10页第5页4.（8分）稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子，产生率为gp，且无外场作用，在t=0时刻，撤去光照。（1）求t0时半导体载流子的浓度；（2）求t0时半导体载流子的浓度。已知22pppppppdppDpgtxdxx5．（10分）若在掺有受主杂质NA的p型衬底上采用扩散工艺又掺入一层浓度为ND施主杂质，且NDNA，本征载流子浓度为ni。求：（1）求接触电势差VD；（2）画出平衡时p-n结的能带图；（3）请问p区和n区哪边的势垒宽度宽，为什么？（4）分析说明外加正向偏置时，正向扩散电流的主要成分是电子电流还是空穴电流？（5）若外加正向电压为Vf时，分别写出注入p区和n区的载流子浓度。共10页第6页东南大学考试卷（卷）课程名称半导体物理考试学期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,ikTeVncm1932.810cNcm1931.110vNcm，电子电量191.610eC。一．填空（每空1分，共32分）1.半导体作为电子工程主角，具有可控性、___________________________和通道时延等特点。在半导体中，决定载流子分布的两大基本法则为费米能级的调控作____________。2．纯净半导体Si中掺硼元素的杂质，当杂质电离时从Si中夺取，在Si晶体的共价键中产生了一个，这种杂质称杂质。3．p型Ge中掺入施主杂质，费米能级将____________(上升，下降或不变)。若温度升高至本征激发起主导作用时费米能级所处位置为______________________。4．n型半导体硅导带极值在[110]轴上，则有________个导带底。已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m，横向有效质量为0.920m，重空穴的质量0.490m，轻空穴的质量为0.160m，则硅的价带顶空穴的状态有效质量为__________，当回旋共振试验中，磁场沿[100]方向时，测得共振吸收峰个数为_________。5．半导体Si属于半导体（填“直接带隙”或“间接带隙”），砷化镓属于_________________半导体，直接带隙和间接带隙半导体的区别在于___________________________________________________________________________________________。5．轻掺杂的目的是_____________________,深能级掺杂能起到_______________________的重要作用，而我们进行重掺杂主要是利用重掺杂的高电导性和______________的特点，尽管其可能给半导体器件带来不理想的结果，如_____________________________。学号姓名密封线共10页第7页6．半导体中的载流子寿命不是取决于材料的基本性质，而是与半导体材料中的缺陷、___________或应力相关；在半导体材料中有一些缺陷能级，它们可以俘获载流子，并长时间把载流子束缚在这些能级上，这种现象称为_____________。7．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和______________。前者在_______________________下起主要作用，后者在______________________________________下起主要作用。8．改变半导体电导率最常见的方法是通过掺杂，除此之外还可以通过_________________、__________________________和__________________________等。9.锗p-n结与硅p-n结的内建电势差VD相比，_____________内建电势差VD大，其原因是_____________________________________________________________。10.p-n结的理想伏安特性与实际伏安特性的区别是_______________________________________________________________，其原因是忽略了_____________________________和________________________________________________________。11.爱因斯坦关系式___________________表征了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系。二．简要回答（每题8分，共32分）1.（1）从能带论出发，简述半导体能带的基本特征；（2）利用能带论分析讨论为什么金属和半导体电导率具有不同的依赖性。2.简述多能谷散射对半导体导电性的影响，举一例说明。共10页第8页3.（1）试画出并解释载流子浓度随温度的变化关系，说明为什么高温下半导体器件无法工作；（2）试画出n型半导体的费米能级随温度变化规律，并解释之。4.在半导体器件制造中，常遇到低掺杂半导体引线问题，一般采用在低掺杂上外延一层相同导电类型重掺杂半导体，请以金属—n半导体—n为例，分别画出平衡时、正向偏置和反向偏置下的能带图，并说明其欧姆接触特性。三．计算（共36分）1．（8分）施主浓度为17310cm的n型硅，室温下的功函数是多少？如果不考虑表面态的影响，试画出它与金（Au）接触的能带图，并标出势垒高度和接触电势差的数值。已知硅的电子亲和能4.05eV，金的功函数为4.58eV。共10页第9页2.（8分）一块补偿硅材料，已知掺入受主杂质浓度NA=1×1015cm-3,室温下测得其费米能级位置恰好与施主能级重合，并测得热平衡时电子浓n0=5×1015cm-3。（1）热平衡时空穴浓度为多少？（2）掺入材料中的施主杂质浓度为多少？（3）电离杂质中心浓度为多少？（4）中性杂质中心浓度为多少？3.（8分）如图所示，一个很长的掺杂均匀的n型半导体样品，其中心附近长度为2a的范围内被一稳定光照射，假定光均匀的穿透样品，电子-空穴对的产生率为G。（少子的连续性方程为GpxEPXPExpDtpPpp2）（1）写出整个样品在小注入条件下少数载流子方程表达式；（2）求出载流子你n(x)表达式。共10页第10页4.（12分）某一掺杂半导体及能带图如图所示：（1）分析其倾斜原因；（2）求AB两端电子浓度之比和空穴浓度之比；（3）求电场，以V/m为单位，在图中标出电场方向、电子加速方向和空穴加速方向；（4）半导体两端接一导线，收尾相连，你认为回路中有电流吗？