電子科技大學(xué)2012半導(dǎo)體物理期末考試試卷A試題答案(共7頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 2012半導(dǎo)體物理學(xué)期末試題 一、選擇填空（22分） 1、在硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)中，在布里淵中心存在兩個極大值重合的價帶，外面的能帶（ B ）， 對應(yīng)的有效質(zhì)量（ C ），稱該能帶中的空穴為( E )。 A. 曲率大； B. 曲率?。? C. 大；D. 小； E. 重空穴；F. 輕空穴 2、如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為（ F ）。 A. 施主 B. 受主 C.復(fù)合中心 D.陷阱 F. 兩性雜質(zhì) 3、在通常情況下，GaN呈（ A ）型結(jié)構(gòu)，具有（ C ），它是（ F ）半導(dǎo)體

2、材料。 A. 纖鋅礦型； B. 閃鋅礦型； C. 六方對稱性；D. 立方對稱性；E.間接帶隙； F. 直接帶隙。 4、同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對介電常數(shù)εr是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（ D ）。 A.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的8/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/4 B.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的3/2，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的32/9 C.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的16/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的8/3 D.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/8 5、.一塊半導(dǎo)體壽命τ=

3、15s，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30s后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/2 6、對于同時存在一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的均勻摻雜的非簡并半導(dǎo)體，在溫度足夠高、ni >> /ND-NA/ 時，半導(dǎo)體具有 （ B ） 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。 A. 非本征 B.本征 7、在室溫下，非簡并Si中電子擴(kuò)散系數(shù)Dｎ與ＮＤ有如下圖 （C ） 所示的最恰當(dāng)?shù)囊蕾囮P(guān)系： 　　　　 Ｄｎ　　　　 ?。模睢　　? 　　Ｄｎ　　　　　　　

4、 　　　　Ｄｎ ＮＤ　　　　　　　　　　?。危摹　　　　　　　　　　　。危摹　? ＮＤ 　　　　　　　　　 　　　　　 Ａ　　　　 Ｂ　　　 Ｃ 　　　　 Ｄ 8、在純的半導(dǎo)體硅中摻入硼，在一定的溫度下，當(dāng)摻入的濃度增加時，費米能級向（ A ）移動；當(dāng)摻雜濃度一定時，溫度從室溫逐步增加，費米能級向( C )移動。A.Ev ； B.Ec ； C.Ei； D. EF 9、把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（ D ）。 A.改變禁帶寬度 ； B.產(chǎn)生復(fù)合中心 ；

5、 C.產(chǎn)生空穴陷阱 ； D.產(chǎn)生等電子陷阱。 10、對于大注入下的直接復(fù)合，非平衡載流子的壽命不再是個常數(shù)，它與（ C ）。 A.非平衡載流子濃度成正比 ； B.平衡載流子濃度成正比； C.非平衡載流子濃度成反比； D.平衡載流子濃度成反比。 11、雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（ B ）。 A.變大，變小 ； B.變小，變大； C.變小，變??； D.變大，變大。 12、如在半導(dǎo)體的禁帶中有一個深雜質(zhì)能級位于禁帶中央，則它對電子的俘獲率（ B ）空穴的

6、俘獲率，它是（ D ）。 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的復(fù)合中心； E. 有效陷阱。 13、在磷摻雜濃度為21016cm-3的硅襯底（功函數(shù)約為4.25eV）上要做出歐姆接觸，下面四種金屬最適合的是（ A ）。A. In (Wm=3.8eV) ； B. Cr (Wm=4.6eV)； C. Au (Wm=4.8eV)； D. Al (Wm=4.2eV)。 14、在硅基MOS器件中，硅襯底和SiO2界面處的固定電荷是（ B ），它的存在使得半導(dǎo)體表面的能帶（ C ）彎曲，在C-V曲線上造成平帶電壓（ F ）偏移。 A.鈉離子 ； B.過剩的硅離子；

7、 C.向下； D.向上； E. 向正向電壓方向； F. 向負(fù)向電壓方向。 二、簡答題：（5+4+6=15分） 躍遷過程1 (0.5分) Ec (0.5分) Ec (0.5分) 1、用能帶圖分別描述直接復(fù)合、間接復(fù)合過程。（4分） 躍遷過程2 (0.5分) Ec (0.5分) Et（或：雜質(zhì)或缺陷能級）(0.5分) Ec (0.5分) 躍遷過程Ec (0.5分) 2、對于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對載流子的主要散射機(jī)構(gòu)是什么？寫出其主要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。（4分） 答：對摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、G

8、e，其主要的散射機(jī)構(gòu)為長聲學(xué)波散射（1分）和電離雜質(zhì)散射 其散射幾率和溫度的關(guān)系為： 聲學(xué)波散射：，電離雜質(zhì)散射：（根據(jù)題意，未含Ni也可） 3、如金屬和一n型半導(dǎo)體形成金屬－半導(dǎo)體接觸，請簡述在什么條件下，形成的哪兩種不同電學(xué)特性的接觸，說明半導(dǎo)體表面的能帶情況，并畫出對應(yīng)的I-V曲線。（忽略表面態(tài)的影響）（6分） 答：在金屬和n型半導(dǎo)體接觸時，如金屬的功函數(shù)為Wm, 半導(dǎo)體的功函數(shù)為Ws。 當(dāng)Wm＞W(wǎng)s時，在半導(dǎo)體表面形成阻擋層接觸，是個高阻區(qū)，能帶向上彎曲；（2分） 當(dāng)Wm＜Ws時，在半導(dǎo)體表面形成反阻擋層接觸，是個高電導(dǎo)區(qū)，能帶向下彎曲；（2分） 對應(yīng)的 I-V曲線分別為

9、： V I V I （1分） （1分） 三、在３００Ｋ時，某Ｓｉ器件顯示出如下的能帶圖：（6+4+4=14分） ０　　　 ｘ１?。蹋场。病　。玻蹋场　　　? Ｌ　　　　ｘ （１）平衡條件成立嗎？試證明之。（6分）　?。牛纾? ＥＦ Ｅi Ｅｃ Ｅｖ 答：成立。（4分） 因為費米能級處處相等的半導(dǎo)體處于熱平衡態(tài)（即 ）（2分） 或 EFn=EFp=EF （2分） 或 np=ni2 （2分） 或 J=0 （2分） （２）在何處附近半

10、導(dǎo)體是簡并的？（4分） 答：在靠近ｘ＝L附近 （4分）或 分為三個區(qū)域，每個區(qū)各為 2分 或 2L/3

11、少數(shù)載流子在100μs的時間內(nèi)移動了1cm，求少數(shù)載流子的漂移速率、遷移率和擴(kuò)散系數(shù)。（kT=0.026eV）(6分) 解：在電場下少子的漂移速率為： 遷移率為： 擴(kuò)散系數(shù)為： 六、 摻雜濃度為ND=1016cm-3的n型單晶硅材料和金屬Au接觸，忽略表面態(tài)的影響，已知：WAu=5.20eV, χn=4.0eV, Nc=1019cm-3,ln103=6.9 在室溫下kT=0.026eV, 半導(dǎo)體介電常數(shù)εr=12, ε0=8.85410-12 F/m，q=1.610-19 庫，試計算：(4+4+4=12分) ⑴ 半導(dǎo)體的功函數(shù)；（4分） ⑵

12、 在零偏壓時，半導(dǎo)體表面的勢壘高度，并說明是哪種形式的金半接觸，半導(dǎo)體表面能帶的狀態(tài)； ⑶ 半導(dǎo)體表面的勢壘寬度。（4分） 解：⑴由得： （1分） （1分） ⑵ 在零偏壓下，半導(dǎo)體表面的勢壘高度為： 對n型半導(dǎo)體，因為Wm＞W(wǎng)s，所以此時的金半接觸是阻擋層（或整流）接觸（1分），半導(dǎo)體表面能帶向上彎曲（或：直接用能帶圖正確表示出能帶彎曲情況）（1分）。 ⑶ 勢壘的寬度為： （2分） 七、T=300 K下，理想MOS電容，其能帶圖如下圖所示。所施加的柵極偏壓使得能帶彎曲，在Si-SiO2界面EF=Ei。Si的電子親合勢為4.0 eV

13、，Nc=1019cm-3。利用耗盡近似，回答下列問題：（5+5+5+5+6=26分） EFm Ec Ev x ρ 0.29eV 0.59 eV Ei EFs （1.5分） （1.5分） 1. 半導(dǎo)體中達(dá)到了平衡嗎？為什么？（5分） 答：達(dá)到了平衡。因為半導(dǎo)體中EF處處相等（或EFn=EFp=EF，或np=ni2， 或J=0 ）。 2. 求出半導(dǎo)體Si-SiO2界面EF=Ei處的電子濃度？同時繪出與該能帶圖對應(yīng)的定性電荷塊圖。 (1分) (0.5分) (0.5分) 或

14、 電荷塊圖見上圖（評分標(biāo)準(zhǔn)在電荷塊圖下方） 3. 求出ND？（5分） 4. 寫出VG詳細(xì)表達(dá)式？（5分） 或 如果兩個n型半導(dǎo)體構(gòu)成的MOS結(jié)構(gòu)除了器件1是Al柵，器件2是Au柵，其它參數(shù)都相同，將導(dǎo)致這兩個MOS結(jié)構(gòu)的高、低頻C-V特性曲線發(fā)生什么定性變化？試?yán)L出定性高、低頻C-V特性曲線。已知WAl=4.25 eV，WAu=4.75 eV。（6分） （1）VFB(Al)<0, VFB(Au)>0 或：直接在C-V圖中VG坐標(biāo)上明確標(biāo)出VFB(Al)位于VG坐標(biāo)軸負(fù)方向（1分），VFB(Au) 位于VG坐標(biāo)軸正方向（1分） （2）判題時請注意，如果考生將兩個C-V曲線分別繪在兩個坐標(biāo)圖中，注意VFB(Al)是否位于VG坐標(biāo)軸負(fù)方向（1分）、VFB(Au) 是否位于VG坐標(biāo)軸正方向 Al柵C-V：2分（高頻C-V 1分+低頻C-V 1分） Au柵C-V：2分（高頻C-V 1分+低頻C-V 1分） Al柵（低頻各1分） Au柵 VFB(Au) VFB(Al) VG C （高頻各1分） 專心---專注---專業(yè)