搜索
第1页共5页安徽大学2009—2010学年第一学期《半导体物理学》考试试卷（B卷）（闭卷时间120分钟）一、选择题（每小题2分，共20分）1.本征半导体是指()的半导体。A.不含杂质和缺陷B.电子浓度和空穴浓度相等C.电阻率高D.电子浓度与本征载流子浓度相等2.关于Si的能带特征，以下描述错误的是()。A.导带底位于六个等效的100方向B.价带顶位于布里渊区中心C.Si是直接带隙半导体D.导带底附件的等能面是旋转椭球面3.导带底附件的状态密度为()cgE，电子占据能级E的几率为()BfE，则导带电子浓度为()。A.()()cBgEfEB.()()cBgEfEdEC.()cEccEgEdE′∫D.()()cEccBEgEfEdE′∫4.简并半导体是指()的半导体。A.(Ec－EF)或(EF-Ev)≤0B.(Ec－EF)或(EF-Ev)≥0C.能使用玻尔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5.对于n型非简并半导体，在饱和区，电阻率随温度上升而增加，可能的原因是()。A.电离杂质的散射增强B.晶格振动散射增强题号一二三四五六七总分得分阅卷人院/系年级专业姓名学号答题勿超装订线------------------------------装---------------------------------------------订----------------------------------------线----------------------------------------得分第2页共5页C.载流子浓度减少D.杂质没有完全电离6.对于小注入的n型半导体，电子和空穴的准费米能级分别为nFE和pFE。平衡态时的费米能级FE。下述内容正确的是()。A.npFFFEEE==B.npFFFFEEEE−−C.pnFFFFEEEE−−D.pnFFEE7.有效陷阱的能级必靠近()。A.禁带中部B.导带C.价带D.费米能级8.实际p-n结的反向电流大于理想p-n结的反向电流，其原因是()。A.势垒区中的复合电流B.势垒区中的产生电流C.反向击穿D.大注入效应9.金属和p型半导体接触时，如果smWW，则半导体表面形成()。A.n型阻挡层B.p型阻挡层C.n型反阻挡层D.p型反阻挡层10.在p型半导体构成的理想MIS结构中，当金属端所加电压VG大于开启电压VT时，半导体表面空间电荷的特征是()。A.正电荷，多子堆积B.负电荷，少子堆积C.负电荷，多子耗尽D.负电荷，反型二、填空题(每空2分，共28分)1、同时含有一种施主和一种受主杂质的均匀半导体，电中性条件为。2、设DN和AN分别为硅中施主与受主杂质，且ADNN，如杂质全部电离，则该材料表现为型半导体；若不考虑本征激发，载流子浓度等于。对载流子起散射作用的杂质浓度Ni=。3、若非平衡载流子浓度和寿命分别为p∆和τ，则单位时间内非平衡载流子的复合几率为，单位时间单位体积内净复合消失的非平衡载流子即复合率为。4、复合中心浓度为Nt，复合中心的电子浓度为nt，复合中心对电子和空穴的俘获系数为rn和rp，导带电子和价带空穴浓度为n、p。则复合中心对电子的俘获率为，对空穴的俘获率为。5、表面复合率是指：。得分第3页共5页6、空穴的扩散流密度()ppdpxSDdx∆=−，则空穴的扩散电流()pJ扩=。电子的扩散流密度()nndnxSDdx∆=−⋅，则电子的扩散电流()nJ扩=。7、隧道结是指。8、平衡情况的p-n结，内建电场的方向由n区指向p区，n区的电势高于p区的电势，内建电势差为DV，则从n区到p区的电子要越过的势垒高度为。当外加正向偏压V(0)时，势垒高度变为。三、判断题(在括号内，正确的划√，错误的划×。每小题1分，共10分)1.宽带中电子的有效质量比窄带中的小。()2.热平衡情况下，半导体中电子和空穴系统有统一的费米能级。()3.温度越高，晶格振动对载流子的散射越强。()4.电子和空穴的准费米能级相差越大，说明半导体越偏离平衡状态。()5.俄歇复合时释放能量的方式是发射光子。()6.有效复合中心的存在延长了非平衡载流子的寿命。()7.理想p-n结的电流是少数载流子漂移产生的电流。()8.考虑势垒区的产生电流后，p-n结实际反向电流比理想反向电流要大。()9.对于金属半导体接触，考虑镜像和隧道效应时，势垒的高度减小。()10.p型半导体构成的MIS结构，反型时表面势小于零。()四、简答题（每小题6分，共30分）1、画出只含施主杂质的n型硅中电子浓度与温度之间的变化关系曲线(2分)。标出低温弱电离区、饱和区和高温本征激发区(2分)。写出各个区间的电中性条件(2分)。得分得分第4页共5页2、说明最有效陷阱的特点(3分)，电子和空穴陷阱能级的位置(3分)。3、简述理想p-n结模型(3分)。画出平衡p-n结的能带图，并标出p型/n型半导体的导带底和价带顶、费米能级和势垒高度(3分)。4．以实际的p+-n结为例，分别讨论：正向(4分)和反向(2分)偏压下，p-n结电流电压特性偏离理想方程的因素有哪些。第5页共5页5、什么是欧姆接触(3分)？如何制作欧姆接触(3分)？五、推导证明题(12分)由p型半导体构成的MIS结构，在半导体表面处于耗尽状态时，用“耗尽层近似”推导出耗尽层宽度dx和空间电荷面密度sQ随表面势sV的变化。(设p型半导体是均匀掺杂的，杂质浓度为NA。)得分第1页共4页安徽大学2009—2010学年第一学期《半导体物理学》B卷参考答案及评分标准一、选择题（每小题2分，共20分）1.A.2.C.3.D.4.A.5.B.6.B.7.D.8.B.9.B.10.D二、填空题(每空2分，共28分)1、−++=+ADpnnp002、n；ADNN−；ADNN+3、τ1；τp∆4、()nttrnNn−；ptrpn5、单位时间内通过单位面积复合掉的电子-空穴对数Us(s-1cm-2)6、()pdpxqDdx∆−；()nndnxqSqDdx∆−=7、重掺杂的n区和p区形成的p-n结称为隧道结8、DqV；()VVqD−三、判断题(在括号内，正确的划√，错误的划×。每小题1分，共10分)1.√2.√3.√4.√5.×6.×7.×8.√9.√10.×四、简答题（每小题6分，共30分）1、画出只含施主杂质的n型硅中电子浓度与温度之间的变化关系曲线(2分)。标出低温弱电离区、饱和区和高温本征激发区(2分)。写出各个区间的电中性条件(2分)。答：0--100K：n随温度迅速增加。oDnn+=，00p=第2页共4页100—500K：杂质全部电离，00,0DnNp==，（饱和），不随温度变化。500K以上：本征激发开始起主要作用，00np=2、说明最有效陷阱的特点(3分)，电子和空穴陷阱能级的位置(3分)。答：(1)典型的陷阱对电子和空穴的俘获系数rn和rp必须有很大差别。(2)少数载流子的陷阱效应更显著(3)一定的杂质能级能否成为陷阱，还决定于能级的位置。电子陷阱能级位置位于费米能级以上并靠近费米能级的位置；空穴陷阱能级位于费米能级以下并靠近费米能级的位置。3、简述理想p-n结模型(3分)。画出平衡p-n结的能带图，并标出p型/n型半导体的导带底和价带顶、费米能级和势垒高度(3分)。答：符合以下假设条件的p-n结称为理想p-n结模型(3分)：(1)小注入条件。即注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多。(2)突变耗尽层条件。即外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，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。(3)通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用。(4)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。(3分)4．以实际的p+-n结为例，分别讨论：正向(5分)和反向(1分)偏压下，p-n结电流电压特性偏离理想方程的因素有哪些。答：理想p-n结的电流是少数载流子扩散形成的。但实际上还存在复合电流、大注入效应、体电阻效应以及产生电流，使得实际电流-电压特性偏离理想情形。归纳如下：第3页共4页p+-n结加正向偏压时，电流电压关系可表示为F0qVJexpmkT⎛⎞∝⎜⎟⎝⎠，m在1~2之间变化，随外加正向偏压而定。(1分)正向偏压较小时，m=2，JF∝exp(qV/2k0T)，势垒区的复合电流起主要作用，偏离理想情形；(1分)正向偏压较大时，m=1，JF∝exp(qV/k0T)，扩散电流起主要作用，与理想情形吻合；(1分)正向偏压很大，即大注入时，m=2，JF∝exp(qV/2k0T)，偏离理想情形；(1分)在大电流时，还必须考虑体电阻上的电压降VR’，于是V=VJ+Vp+VR’，忽略电极上的压降，这时在p-n结势垒区上的电压降就更小了，正向电流增加更缓慢。(1分)在反向偏压下，因势垒区中的产生电流，从而使得实际反向电流比理想方程的计算值大并且不饱和。(1分)5、什么是欧姆接触(3分)？如何制作欧姆接触(3分)？答：欧姆接触是指这样的接触：它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。从电学上讲，理想欧姆接触的接触电阻与半导体样品或器件相比应当很小，当有电流流过时，欧姆接触上的电压降应当远小于样品或器件本身的压降，这种接触不影响器件的电流－电压特性，或者说，电流－电压特性是由样品的电阻或器件的特性决定的。(3分)不能用选择金属材料的办法来获得欧姆接触。重掺杂的半导体与金属接触时可以形成接近理想的欧姆接触。重掺杂的p-n结可以产生显著的隧道电流，当隧道电流占主导地位时，接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。(3分)n-n+-金属；p-p+-金属；蒸发、溅射、电镀五、推导证明题(12分)解：耗尽层近似：假设空间电荷层的空穴都已全部耗尽，电荷全由已电离的受主杂质构成。在这种情况下，若半导体掺杂是均匀的，则空间电荷层的电荷密度()AxqNρ=−(2分)泊松方程为：第4页共4页220ArsqNdVdxεε=(2分)利用0dxxdVdx==，0dxxV==得出()202AdrsqNxxVεε−=(2分)上式中令x=0，得到202AdSrsqNxVεε=(2分)因此2102⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=SArsdVqNxεε(2分)又因为SAdQqNx=−，将xd代入得出()2102srsAsVqNQεε=(2分)