半導體簡答題

1、1. 在怎樣條件下，電流密度隨電場強度成線性變化?在強電場下,歐姆定律是否仍然正確? 電場強度不大的條件下；不正確2.產生負微分電導的條件是什么？3.如何用霍耳效應來測量出半導體的導電類型、載流子濃度及遷移率？ 從霍爾電壓的正負可以判別半導體的導電類型；測出RH可求載流子濃度；測出電導率可求出霍爾遷移率。4.具有相同電阻率的摻雜鍺和硅,哪一個材料的少子濃度高?為什么?鍺的少子濃度高。由電阻率=1/nqu和（ni）2=n0p0以及硅和鍺本征載流子濃度的數量級差別，可以算出鍺的少子濃度高。5. 電導有效質量與狀態(tài)密度有效質量有何區(qū)別?它們與電子的縱向有效質量和橫向有效質量的關系如何?當導帶底的等能

2、面不是球面時，不同方向的電導的有效質量就不同，且態(tài)密度分布可能不同，通過把不同的電導有效質量進行加權平均，就可以換算得到狀態(tài)密度的有效質量。6.什么是聲子?它對半導體材料的電導起什么作用?聲子是晶格振動的簡正模能量量子，聲子可以產生和消滅，有相互作用的聲子數不守恒，聲子動量的守恒律也不同于一般的粒子，并且聲子不能脫離固體存在。電子在半導體中傳輸時若發(fā)生晶格振動散射，則會發(fā)出或者吸收聲子，使電子動量發(fā)生改變，從而影響到電導率。7.半導體的電阻溫度系數是正還是負的?為什么?負的，遷移率隨溫度的升高逐漸降低1.區(qū)別半導體平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)有何不同？什么叫平衡載流子？半導體的熱平衡狀態(tài)是相對的，有條

3、件的。如果對半導體施加外界作用，破壞了熱平衡條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡態(tài)的半導體比平衡態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。2.在平衡情況下，載流子有沒有復合這種運動形式？為什么著重討論非平衡載流子的復合運動？ 有，3.什么是俄歇復合?在半導體中，電子與空穴復合時，把能量或者動量，通過碰撞轉移給另一個電子或者另一個空穴，造成該電子或者空穴躍遷的復合過程叫俄歇復合4.為什么不能用費米能級作為非平衡載流子濃度的標準而要引入準費米能級？準費米能級和費米能級有何區(qū)別？當熱平衡狀態(tài)受到外界影響，遭到破壞, 使半導體處于非平衡狀態(tài),不再存在統(tǒng)一的費米能級,因

4、為費米能級和統(tǒng)計分布函數都是指熱平衡狀態(tài)下。而分別就價帶和導帶中的電子來說,它們各自基本上處于平衡狀態(tài),導帶和價帶之間處于不平衡狀態(tài)，準費米能級是不重合的。1. 為什么在非平衡條件下，能用電子準費米能級來描述導帶的電子分布，而不能用于描述價帶的空穴分布？因為在非平衡狀態(tài)下，導帶和價帶在總體上處于非平衡，不能用統(tǒng)一的費米能級來描述導帶中的電子和價帶中的空穴按能量的分布問題，而導帶中的電子和價帶中的空穴按能量在各自的能帶中處于準平衡分布2. 區(qū)別平均自由時間、弛豫時間和非平衡載流子壽命的意義？平均自由時間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時間。前者

5、與散射有關，散射越弱，平均自由時間越長；后者由復合幾率決定，它與復合幾率成反比關系。3.如何區(qū)別深能級是復合中心還是陷井中心？間接復合效應是指非平衡載流子通過位于禁帶中特別是位于禁帶中央的雜質或缺陷能級Et而逐漸消失的效應，Et的存在可能大大促進載流子的復合；陷阱效應是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質或缺陷能級Et中，使在Et上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時有較大的變化，從引起np，這種效應對瞬態(tài)過程的影響很重要。此外，最有效的復合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級在費米能級附近。一般來說，所有的雜質或缺陷能級都有某種程度的陷阱效應，而且陷阱效應是否成立還與一定的外界條件有關。1. 解釋一

6、下連續(xù)性方程中各項的含義？第1項-由于擴散運動,單位時間單位體積中積累的空穴數；第2,3項-由于漂移運動,單位時間單位體積中積累的空穴數；第4項-由于其它某種因素單位時間單位體積中產生的空穴數(產生率)；第5項-為由于存在復合過程單位時間單位體積中復合消失的空穴數。2. 非平衡載流子從半導體表面向體內擴散時，電子和空穴的擴散速度是否相同，穩(wěn)定時它們在半導體內部的分布是否相同。由于擴散系數的不同,就是說在相同溫度下電子與空穴的遷移率不同.其速度為遷移率和電勢能的乘積,所以速度不同。3. 什么是丹倍效應?什么是光磁效應?丹倍效應：非平衡載流子擴散速度的差異而引導起的光照方向產生電場和電位差。光磁效

7、應：在光輻射情況下，物質磁性會發(fā)生變化的現象。5. D，L四個參量之間的關系如何?檢查他們各自的單位，考論擴散系數與那些物理量有關? L=(D)1/2 D=kT/q6. 如下圖所示， AB能帶傾斜，費米能級在同一水平線上，在這種情況下，是否存在： 1) 電子擴散流 2) 電子漂移流 3) 總電流1. 平衡pn結有什么特點，畫出勢壘區(qū)中載流子漂移運動和擴散運動的方向。2. 定性地畫出正向偏置時pn結能帶圖；在圖上標出準費米能級地位置，并與平衡時pn結能帶圖進行比較。3. 平衡pn結既然存在有電勢差，為什么pn結又不能作為固體電池呢？p-n結的內電勢是為了抵消結兩邊載流子因濃度差而產生的擴散運動而

8、產生的4.pn結處的空間電荷層寬度的數量級是多少？這種空間電荷層是由什么組成的？5.寫出pn結整流方程，并說明方程中每一項的物理意義？對于較大的正向偏置和反向偏置，這個方程分別說明什么樣的物理過程？J=JSexp（qV/k0T)-1 正向偏壓, V>0, 正向電流密度隨正向偏壓指數增大；反向電流密度為常數，不隨偏壓改變6. 反向電流由哪幾部分構成的？在一般情況下什么是主要的？為什么反向電流和溫度關系很大？7. 解釋硅pn結的反向電流隨反向電壓增加而增大的原因。8. 在測試pn結反向電流時，有光照和無光照是不一樣的，試問哪種情況下數值大？為什么？有光照大。處于反偏的PN

9、結，無光照時，反向電阻很大，反向電流很?。挥泄庹諘r，光子能量足夠大產生空穴對，在PN結電場作用下，形成光電流，電流方向與反向電流一致，光照越大電流越大。9.考慮一個兩側摻雜濃度相等的突變pn結，畫出其電荷、電場強度、電勢在反偏條件下與到pn結距離x的函數關系。1. 分別畫出正向、反向偏置pn結n側少數載流子的濃度與到pn結距離之間的函數關系曲線，指出過剩載流子濃度何處為正，何處為負？2. 說明pn結勢壘電容和擴散電容的物理意義，分別討論它們與電流或電壓的關系。反偏pn結有無擴散電容？為什么？p-n結的勢壘電容是勢壘區(qū)中空間電荷隨電壓而變化所引起的一種效應（微分電容），相當于平板電容。反向偏壓越

10、大，勢壘厚度就越大，則勢壘電容越小。加有正向偏壓時，則勢壘厚度減薄，勢壘電容增大，但由于這時正偏p-n結存在有導電現象，不便確定勢壘電容，不過一般可認為正偏時p-n結的勢壘電容等于0偏時勢壘電容的4倍。p-n結的擴散電容是兩邊擴散區(qū)中少數載流子電荷隨電壓而變化所引起的一種微分電容效應，因此擴散電容是伴隨著少數載流子數量變化的一種特性。正向電壓越高，注入到擴散區(qū)中的少數載流子越多，則擴散電容越大，因此擴散電容與正向電壓有指數函數關系。無，少數載流子越過PN結形成很小的反向電流，此時PN結截止。3.為什么pn結的接觸電位差不能通過萬用表跨接在二極管兩端的方法進行測量？4.當pn結n型區(qū)的電導率遠遠

11、大于p型區(qū)的電導率時，pn結電流主要是空穴流還是電子流？5.說明處于開路條件下的突變pn結其接觸電位差與哪些物理量有關？為什么一個開路的pn結必然形成接觸電位差？6.說明pn結理想模型（即擴散模型）的基本假設。在推導pn結電流電壓關系時，這些基本假設體現在哪些地方？小注入-即注入少數載流子濃度比平衡多數載流子濃度小得多； 突變耗盡層-即外加電壓和接觸電勢差都落在耗盡層上，耗盡層中的電荷是由電離施主和電離受主的電荷組成，耗盡層外的半導體是 電中性的。因此,注入的少數載流子在p區(qū)和n區(qū)是純擴散運動;通過耗盡層的電子和空穴電流為常量-耗盡層中沒有載流子的產生 及復合作用;玻耳茲曼邊界條件-即在耗盡層

12、兩端,載流子分布滿足玻耳茲曼統(tǒng)計分布7.對于非理想情況應做如何修正（著重從物理角度予以說明）?測量結果與理論值存在差異的主要原因：勢壘區(qū)中載流子的產生與復合對電流影響；大的注入條件；表面復合；串聯(lián)電阻效應8.pn結的接觸電勢差有無可能超過禁帶寬度？為什么？9.比較不同電阻率的鍺pn結及其反向電流的大小。比較電阻率近似相等的鍺和硅pn結，其反向電流的大小。.1. 什么是歐姆接觸？實現歐姆接觸的方法是什么?簡要說明其物理原理。指金屬與半導體的接觸，其接觸面的電阻遠小于半導體本身的電阻，實現的主要措施是在半導體表面層進行高參雜或引入大量的復合中心。在不考慮表面態(tài)的時候，重摻雜的pn結可以產生顯著的隧

13、道電流。金屬和半導體接觸時，如果半導體摻雜濃度很高，則勢壘區(qū)寬度很薄，電子也要通過隧道效應貫穿勢壘產生相當大的隧道電流，甚至超過熱電子發(fā)射電流而成為電流的主要成分。當隧道電流占主導地位時，它的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。所以，當半導體重摻雜時，它與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸2.試比較p-n結和肖特基結主要異同點。共同點：由載流子進行電流傳導。 不同點：p-n結由少數載流子來進行電流傳導；肖特基結的主要傳導機制是半導體中多數載流子的熱電子發(fā)射越過電勢勢壘而進入金屬中。3. 比較擴散理論和熱電子發(fā)射理論的異同點，其物理實質有何不同。以N型半導體為例（1）熱電子發(fā)射理論：當n型阻擋

14、層很薄，以至于電子平均自由程遠大于勢壘寬度時，電子在勢壘區(qū)的碰撞可以忽略，因此，這時起決定作用的是勢壘高度。半導體內部的電子只要有足夠的能量越過勢壘的頂點，就可以自由地通過阻擋層進入金屬。同樣，金屬中能超越勢壘頂的電子也都能到達半導體內。理論計算可以得出，這時的總電流密度Jst與外加電壓無關，是一個更強烈地依賴于溫度的函數。 （2）擴散理論：對于n型阻擋層，當勢壘寬度比電子平均自由程大得多時，電子通過勢壘區(qū)將發(fā)生多次碰撞，這樣的阻擋層稱為厚阻擋層。擴散理論正是適用于這樣的厚阻擋層。此時，總電流密度JsD與外加電壓有關。4.何謂熱電子？半導體中的電子可以吸收一定能量（如光子、外電場等）而被激發(fā)，

15、處于激發(fā)態(tài)的電子稱為熱電子，處于激發(fā)態(tài)的電子可以向較低的能級躍遷，如果以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導體的發(fā)光現象1. 金屬和半導體的功函數是如何定義的？半導體的功函數與那些因素有關？金屬的功函數表示一個起始能量等于費米能級的電子，由金屬內部逸出到表面外的真空中所需的最小能量。E0與費米能級之差稱為半導體的功函數。與費米能級，電子的親和能有關2. 說明金屬-半導體接觸在什么條件下能形成接觸勢壘（阻擋層）？分析n型和p型形成阻擋層和反阻擋層的條件？所謂阻擋層，在半導體的勢壘區(qū)，形成的空間電荷區(qū)，它主要由正的電離施主雜質或負的電離受主雜質形成，其多子電子或空穴濃度比體內小得多，是一個高阻區(qū)域，在這個區(qū)域能帶向上或向下彎曲形成電子或空穴的阻擋。3. 分