電子科技大學(xué)2010半導(dǎo)體物理期末考試試卷A試題答案(共5頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 電子科技大學(xué)二零 一零 至二零 一一 學(xué)年第 一 學(xué)期期 末 考試 1．對于大注入下的直接輻射復(fù)合，非平衡載流子的壽命與（D ） A. 平衡載流子濃度成正比 B. 非平衡載流子濃度成正比 C. 平衡載流子濃度成反比 D. 非平衡載流子濃度成反比 2．有3個硅樣品，其摻雜情況分別是： 1． 含鋁110-15cm-3 乙.含硼和磷各110-17cm-3 丙.含鎵110-17cm-3 室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的順序是（C ） A. 甲乙丙 B. 甲丙乙 C

2、. 乙甲丙 D. 丙甲乙 3．題2中樣品的電子遷移率由高到低的順序是（ B ） 4． 題2中費米能級由高到低的順序是（ C ） 5. 歐姆接觸是指（ D ）的金屬一半導(dǎo)體接觸 A. Wms = 0 B. Wms < 0 C. Wms > 0 D. 阻值較小且具有對稱而線性的伏安特性 6．有效復(fù)合中心的能級必靠近( A ) A. 禁帶中部 B.導(dǎo)帶 C.價帶 D.費米能級 7．當(dāng)一種n型半導(dǎo)體的少子壽命由直接輻射復(fù)合決定時，其小

3、注入下的少子壽命正比于（C ） A.1/n0 B.1/△n C.1/p0 D.1/△p 8．半導(dǎo)體中載流子的擴(kuò)散系數(shù)決定于其中的( A ) A.散射機(jī)構(gòu) B. 復(fù)合機(jī)構(gòu) C.雜質(zhì)濃變梯度 D.表面復(fù)合速度 9．MOS 器件絕緣層中的可動電荷是（ C ） A. 電子 B. 空穴 C. 鈉離子 D. 硅離子 10．以下4種半導(dǎo)體中最適合于制作高溫器件的是（ D ） A. Si

4、 B. Ge C. GaAs D. GaN 得 分 二、解釋并區(qū)別下列術(shù)語的物理意義（30 分，7+7+8+8，共4 題） 1. 有效質(zhì)量、縱向有效質(zhì)量與橫向有效質(zhì)量（7 分） 答：有效質(zhì)量：由于半導(dǎo)體中載流子既受到外場力作用，又受到半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢場作用。有效概括了半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢場的作用，使外場力和載流子加速度直接聯(lián)系起來。在直接由實驗測得的有效質(zhì)量后，可以很方便的解決電子的運動規(guī)律。(3分) 縱向有效質(zhì)量、橫向有效質(zhì)量：由于k空間等能面是橢球面，有效質(zhì)量各向異性，在回旋共振實驗中，當(dāng)磁感應(yīng)強度相對晶軸

5、有不同取向時，可以得到為數(shù)不等的吸收峰。我們引入縱向有效質(zhì)量跟橫向有效質(zhì)量表示旋轉(zhuǎn)橢球等能面縱向有效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量。(4分) 2. 擴(kuò)散長度、牽引長度與德拜長度（7 分） 答：擴(kuò)散長度：指的是非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離。由擴(kuò)散系數(shù)和材料非平衡載流子的壽命決定，即L = Dτ。(2分) 牽引長度：指的是非平衡載流子在電場ε作用下，在壽命 τ 時間內(nèi)所漂移的距離，即L(ε) = εμτ (2分) 德拜長度：它是徳拜在研究電解質(zhì)表面極化層時提出的理論上的長度，用來描寫正離子的電場所能影響到電子的最遠(yuǎn)距離。對于半導(dǎo)體，表面空間電荷層厚度隨襯底摻雜濃度

6、介電常數(shù)、表面電勢等多種因素而改變，但其厚度的數(shù)量級用一個特稱長度——德拜長度LD表示。(3分) 3. 費米能級、化學(xué)勢與電子親和能（8 分） 答：費米能級與化學(xué)勢：費米能級表示等系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對外做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起系統(tǒng)自由能的變化，等于系統(tǒng)的化學(xué)勢。處于熱平衡的系統(tǒng)有統(tǒng)一的化學(xué)勢。這時的化學(xué)勢等于系統(tǒng)的費米能級。費米能級和溫度、材料的導(dǎo)電類型雜質(zhì)含量、能級零點選取有關(guān)。費米能級標(biāo)志了電子填充能級水平。費米能級位置越高，說明較多的能量較高的量子態(tài)上有電子。隨之溫度升高，電子占據(jù)能量小于費米能級的量子態(tài)的幾率下降，而電子占據(jù)能量大于費米能級的量子態(tài)的幾率增大

7、。(6分) 電子親和能：表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的的最小能量。(2分) 4. 復(fù)合中心、陷阱中心與等電子復(fù)合中心（8 分） 答：復(fù)合中心：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷可以在禁帶中形成一定的能級，這些能級具有收容部分非平衡載流子的作用，雜質(zhì)能級的這種積累非平衡載流子的作用稱為陷阱效應(yīng)。把產(chǎn)生顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心。(4分) 等電子復(fù)合中心：在III- V族化合物半導(dǎo)體中摻入一定量與主原子等價的某種雜質(zhì)原子，取代格點上的原子。由于雜質(zhì)原子與主原子之間電性上的差別，中性雜質(zhì)原子可以束縛電子或空穴而成為帶電中心。帶電中心吸引與被束縛載流子符號相反的載流子，形成一個激子束

8、縛態(tài)。這種激子束縛態(tài)叫做等電子復(fù)合中心。(4分) 得 分 三、 問答題（共20分，10＋10，共二題） 1. 如金屬和一p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）（10分） 答：在金屬和p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＜Ws時，在半導(dǎo)體表面形成阻擋層接觸，是個高阻區(qū)，能帶向下彎曲；（3分） 當(dāng)Wm＞W(wǎng)s時，在半導(dǎo)體表面形成反阻擋層接觸，是個高電導(dǎo)區(qū)，能帶向上彎曲；（3分） 對應(yīng)的 I-V曲線分別為： V I

9、 V I （2分） （2分） 2.在一維情況下，描寫非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運動規(guī)律的連續(xù)方程為：，請說明上述等式兩邊各個單項所代表的物理意義。（10分） 答：――在x處，t時刻單位時間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（2分） ――由于擴(kuò)散，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分） ――由于漂移，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分） ――由于復(fù)合，單位時間、單位體積中空穴的消失數(shù)；（2分） ――由于其他原因，單位時間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。（2分） 得 分 四、 計算題（共30分，15

10、＋15，共2題） 1、有一金屬與n型Si單晶接觸形成肖特基二極管，已知Wm=4.7eV，Xs=4.0eV，Nc=11019cm-3,ND=11015cm-3，半導(dǎo)體的相對介電常數(shù)εr=12。若忽略表面態(tài)的影響，試計算在室溫下：（ε0=8.8510-14，q=1.610-19C） ① 半導(dǎo)體Si的費米能級的位置；(3分) ② 在零偏壓時勢壘高度與接觸電勢差；(4分) ③ 勢壘寬度；(4分) ④ 在正偏壓為0.2eV時熱電子發(fā)射電流，設(shè)A*/A=2.1, A=120A/cm2. (4分) 解：（1）由ND=n0=NCexp?(-EC-EFK0T)可得： EC-EF=K0TlnN

11、CND=0.026 ln=0.17(eV) （2）WS=XS+(EC-EF)=4.17(eV) 所以勢壘高度：qVD=Wm-Ws=4.7-4.17=0.53(eV) 接觸電勢差：VD=0.53(eV) （3）Xd=2εrε0 VDqND 12=2128.8510-140.531.610-191016 12=2.610-5(cm) （4）金屬一邊的勢壘高度：q?ns=qVD+En=0.53+0.17=0.7(eV) 所以在V=0.2V時， J=A*T2exp-q?nsK0T(exp?(qVK0T)-1) =2.11203002 exp-0.70.026(exp?(0.20.026

12、)-1)=8.410-2(Acm2) 2.有一金屬板與n型Si相距0.4μm,構(gòu)成平行版電容器，其間的干燥空氣的相對介電常數(shù)εra=1,當(dāng)金屬端加負(fù)電壓時，半導(dǎo)體處于耗盡狀態(tài)。如圖所示。ND=1016cm-3。 (15分) ① 求耗盡層內(nèi)電勢的分布V(x)；(7分) ② 當(dāng) Vs=0.4V時的耗盡層寬度Xd和最大耗盡寬度Xdm的表達(dá)式；(8分) 解：（1）根據(jù)耗盡層近似，空間電荷區(qū)的電荷密度為ρ(x)=qND,故泊松方程可寫為: d2vdx2=-qNDεrsε0 (1)

13、 因半導(dǎo)體內(nèi)電場強度為零，并假設(shè)體內(nèi)電勢為零，則右邊界條件 ε(x)∣x-xd = - dv dx∣x = xd = 0 (2) V∣X=Xd = 0 (3) 則由式（1）與（2）、(3)得 dv（x） dx= --qNDεrsε0(xd-x) V(x)= qND(xd-x)22εrsε0

14、 當(dāng)x=0時，即為表面勢Vs,即 Vs= -qND(xd)22εrsε0 (2)耗盡層寬度Xd為 Xd=2εrSε0 VSqND 12=2128.8510-140.41.610-101016 12=2.310-5(cm) = 23(μm) 最大耗盡層寬度時的表面勢Vsm=2VB，即 Vsm= 2k0TqlnNDni=20.26 ln10161.51010=0.697(V) Xdm=2εrSε0 VSqND 12=2128.8510-140.6971.610-101016 12=3.0410-5(cm) = 30.4(μm) 專心---專注---專業(yè)