半導(dǎo)體器件作業(yè)-有答案

1、1 半導(dǎo)體硅材料的晶格結(jié)構(gòu)是（ A ） A 金剛石 B 閃鋅礦 C 纖鋅礦 2 下列固體中，禁帶寬度 Eg 最大的是（ C ） 金屬 半導(dǎo)體 絕緣體 3 硅單晶中的層錯屬于（ C ） 點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷 4 施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（ B ），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（ A ），本征激發(fā)后 向半導(dǎo)體提供（ A B ）。 A 空穴 B 電子 5 砷化鎵中的非平衡載流子復(fù)合主要依靠（ A ） A 直接復(fù)合 B 間接復(fù)合 C 俄歇復(fù)合 6 衡量電子填充能級水平的是（ B ） 施主能級 費(fèi)米能級 受主能級 D 缺陷能級 7 載流子的遷移率是描述載流子( A )的一個物理量；載流子的擴(kuò)散系數(shù)是描

2、述載流子( B ) 的一個物理量。 A 在電場作用下的運(yùn)動快慢 B 在濃度梯度作用下的運(yùn)動快慢 8 室溫下，半導(dǎo)體 Si中摻硼的濃度為 1014cm3，同時摻有濃度為 1.1×1015cm3 的磷，則電子濃度 約為（ B ），空穴濃度為（ D ），費(fèi)米能級（ G ）；將該半導(dǎo)體升溫至 570K，則多子濃度 約為（ F ），少子濃度為（ F ），費(fèi)米能級（ I ）。（已知：室溫下，ni1.5×1010cm3，570K 時，ni2×1017cm3） A 1014cm3 B 1015cm3 C 1.1×1015cm3 D 2.25×105cm3 E

3、1.2×1015cm3 F 2×1017cm3 G 高于 Ei H 低于 Ei I 等于 Ei 9 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生（ C ）電流，漂移運(yùn)動產(chǎn)生（ A ）電流。 A 漂移 B 隧道 C 擴(kuò)散 10. 下列器件屬于多子器件的是（ B D ） 穩(wěn)壓二極管 肖特基二極管 發(fā)光二極管 D 隧道二極管 11. 平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體中載流子濃度 n0p0=ni2，載流子的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，而當(dāng) np<ni2 時，載流 子的復(fù)合率（ C ）產(chǎn)生率 大于 等于 小于 12. 實(shí)際生產(chǎn)中，制作歐姆接觸最常用的方法是（ A ） 重?fù)诫s的半導(dǎo)體與金屬接觸 輕摻雜的半導(dǎo)體與金屬接觸 13在下

4、列平面擴(kuò)散型雙極晶體管擊穿電壓中數(shù)值最小的是 （ C ）A BVCEO B BVCBO C BVEBO 14MIS 結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面出現(xiàn)強(qiáng)反型的臨界條件是（ B ）。（ VS為半導(dǎo)體表面電勢；qVB=Ei-EF）A VS=VB B VS=2VB C VS=015晶體管中復(fù)合與基區(qū)厚薄有關(guān)，基區(qū)越厚，復(fù)合越多，因此基區(qū)應(yīng)做得 （ C ） A較厚 B較薄 C很薄 16pn 結(jié)反偏狀態(tài)下，空間電荷層的寬度隨外加電壓數(shù)值增加而（ A ）。 A展寬 B變窄 C不變 17在開關(guān)器件及與之相關(guān)的電路制造中，（ C ）已作為縮短少數(shù)載流子壽命的有效手段。 A 鈍化工藝 B 退火工藝 C 摻金工藝 18在二極管中

5、，外加反向電壓超過某一數(shù)值后，反向電流突然增大，這個電壓叫（ B ）。 A 飽和電壓 B 擊穿電壓 C 開啟電壓 19真空能級和費(fèi)米能級的能值差稱為（ A ） A 功函數(shù) B 親和能 C 電離電勢 20. 平面擴(kuò)散型雙極晶體管中摻雜濃度最高的是（ A ） A 發(fā)射區(qū) B 基區(qū) C 集電區(qū) 21柵電壓為零，溝道不存在，加上一個負(fù)電壓才能形成 P 溝道，該 MOSFET 為（ A ） A P 溝道增強(qiáng)型 B P 溝道耗盡型 C N 溝道增強(qiáng)型 D N 溝道耗盡型 二、判斷題（共 20 分，每題分） （ ）半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 （ ）半導(dǎo)體中的電子濃度越大，則空穴濃度越小。 （

6、 × ）半導(dǎo)體中載流子低溫下發(fā)生的散射主要是晶格振動的散射。 （ × ）雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的增加而下降。 （ ）半導(dǎo)體中雜質(zhì)越多，晶格缺陷越多，非平衡載流子的壽命就越短。 （ ）非簡并半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的判據(jù)是 n0p0=ni2。 （ ）MOSFET 只有一種載流子（電子或空穴）傳輸電流。 （ ）反向電流和擊穿電壓是表征晶體管性能的主要參數(shù)。 （ × ）同一種材料中，電子和空穴的遷移率是相同的。 10（ ）MOS 型的集成電路是當(dāng)今集成電路的主流產(chǎn)品。 （ ）平衡 PN 結(jié)中費(fèi)米能級處處相等。 （ ）能夠產(chǎn)生隧道效應(yīng)的 PN 結(jié)二極管通常結(jié)的兩邊摻雜都很

7、重，雜質(zhì)分布很陡。 （ ）位錯就是由范性形變造成的，它可以使晶體內(nèi)的一原子或離子脫離規(guī)則的周期 而位移一段距離。 （ ）在某些氣體中退火可以降低硅-二氧化硅系統(tǒng)的固態(tài)電荷和界面態(tài)。 （ ）高頻下，pn 結(jié)失去整流特性的因素是 pn 結(jié)電容 （ × ）pn 結(jié)的雪崩擊穿電壓主要取決于高摻雜一側(cè)的雜質(zhì)濃度。 （ ）要提高雙極晶體管的直流電流放大系數(shù) 、 值，就必須提高發(fā)射結(jié)的注入系數(shù) 和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)。 （ ）二氧化硅層中對器件穩(wěn)定性影響最大的可動離子是鈉離子。 （ × ）制造 MOS 器件常常選用111晶向的硅單晶。 （ ）場效應(yīng)晶體管的源極和漏極可以互換，但雙極型晶體管的發(fā)射

8、極和集電極是不可 以互換的。 三、 名詞解釋 (共 15 分，每題 5分，給出關(guān)鍵詞得 3分) 1雪崩擊穿 隨著 PN 外加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場不斷增強(qiáng)，當(dāng)超過某臨界 值時，載流子受電場加速獲得很高的動能，與晶格點(diǎn)陣原子發(fā)生碰撞使之電離，產(chǎn)生新的電子 空穴對，再被電場加速，再產(chǎn)生更 多的電子 空穴對，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為雪 崩擊穿。 2非平衡載流子 由于外界原因，迫使半導(dǎo)體處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)， 稱為非平衡狀態(tài)，其載流子濃度可以比平衡狀 態(tài)時多出了一部分，比平衡時多出了的這部分載流子稱為非平衡載流子。 3共有化運(yùn)動

9、 當(dāng)原子相互接近形成晶體時，不同原子的內(nèi)外各電子殼層之間就有了一定程度 的交疊，相鄰原子最外層交疊 最多，內(nèi)殼層交疊較少。原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個原子上，可以由一 個原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，因而，電子將可以在整個晶體中運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為電子的 共 有化運(yùn)動。 四、 問答題（22 分） 1簡述肖特基二極管的優(yōu)缺點(diǎn)。（6 分，每小點(diǎn) 1 分） 優(yōu)點(diǎn)： （ 1 ） 正向壓降低 （ 2 ） 溫度系數(shù)小 （ 3 ）工作頻率高。（ 4 ）噪聲系數(shù)小 缺點(diǎn)： （ 1 ）反向漏電流較大 （ 2 ）耐壓低 2MIS 結(jié)構(gòu)中，以金屬絕緣體P 型半導(dǎo)體為例，半導(dǎo)體表面在什么情況

10、下成為積累層？什么情況下出現(xiàn)耗 盡層和反型層？ （6 分，每小點(diǎn) 2 分） 積累狀態(tài)： 當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時，表面勢為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，表面層內(nèi)就會出現(xiàn)空穴的堆積。 （ 2 分） 耗盡狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加正電壓時，表面勢為正值，表面處能帶向下彎曲，表面處的空穴濃度較體內(nèi)的低 得多，這種狀態(tài)就叫做耗盡狀態(tài)。（ 2 分） 反型狀態(tài)：當(dāng)正電壓進(jìn)一步增加時，能帶進(jìn)一步向下彎曲，使表面 處的費(fèi)米能級高于中央能級 E i ，這意味著表面的 電子濃度將超過空穴濃度，形成反型層。（ 2 分）3如何加電壓才能使 NPN 晶體管起放大作用。請畫出平衡時和放大工作時的能帶圖。 答： 要使NPN

11、晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)要加正向偏壓，集電結(jié)反向偏壓。放大工作時的能帶圖如下五、 計(jì)算題（共 13 分，其中第一小題 5分，第二小題 5 分，第三小題 3 分） 1. 計(jì)算（1）摻入 ND 為 1×1015 個/cm3 的施主硅，在室溫（300K）時的電子 n0 和空穴濃度 p0， 其中本征載流子濃度 n i=2×1010 個/cm3。（ 2）如果在（1）中摻入 NA=5×1014 個/cm3 的受主， 那么電子 n0 和空穴濃度 p0 分別為多少？（3）若在（1）中摻入 NA=1×1015 個/cm3 的受主，那么電子 n0 和空穴濃度 p0 又為多少

12、？ 一、 填空題（共25分每空分）、硼、鋁、鎵等 三族元素?fù)饺氲焦柚校纬傻哪芗壥?受主 （施主能級或受主能級）；砷、磷等五族元素?fù)饺氲焦柚?，所形成的能級?施主 （同上）。、平衡狀態(tài)下，我們用統(tǒng)一的費(fèi)米能級來標(biāo)志電子填充能級的水平，在非平衡狀態(tài)下，導(dǎo)帶中的電子填充能級的水平是用導(dǎo)帶費(fèi)米能級 （n）來衡量，價帶中電子填充能級的水平是用價帶費(fèi)米能級 （p）來衡量。、載流子的散射機(jī)構(gòu)主要有電離雜質(zhì)散射 和晶格振動散射 。、結(jié)擊穿共有三種： 雪崩擊穿 、 齊納擊穿 、 熱擊穿 、晶體管的品種繁多，按其結(jié)構(gòu)分可分為 雙極型 、 MOS 晶體管。在電子電路應(yīng)用中，主要有兩種接法即： 共基極 和 共射極

13、 ，其標(biāo)準(zhǔn)偏置條件為： 發(fā)射極 正向偏置、集電極 反向偏置。、P型半導(dǎo)體的MIS結(jié)構(gòu)外加?xùn)艍簳r，共有三種狀態(tài)：積累 、 耗盡 、 反型。、 真空能級和費(fèi)米能級的能量差稱為 功函數(shù) ，真空能級和半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的能量差稱為 親和能 。9、在二極管中，外加反向電壓超過某一數(shù)值后，反向電流突然增大，這個電壓叫 擊穿電壓 。10、晶體管中復(fù)合與基區(qū)厚薄有關(guān)，基區(qū)越厚，復(fù)合越多，因此基區(qū)應(yīng)做得 較薄 （較厚或較?。?。11、載流子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生 擴(kuò)散 電流，漂移運(yùn)動產(chǎn)生 漂移 電流。12、在開關(guān)器件及與之相關(guān)的電路制造中， 摻金工藝 已作為縮短少數(shù)載流子壽命的有效手段。二、判斷題（共10分，每題1分）1、位錯

14、是半導(dǎo)體材料中的一種常見的線缺陷。 （ R ）2、在高溫本征激發(fā)時，本征激發(fā)所產(chǎn)生的載流子數(shù)將遠(yuǎn)多于雜質(zhì)電離所產(chǎn)生的載流子數(shù)。 （ R ）3、電離雜質(zhì)散射與半導(dǎo)體中雜質(zhì)濃度成正比。 （R ）4、由注入所引入的非平衡載流子數(shù)，一定少于平衡時的載流子數(shù)，不管是多子還是少子。 （ F ）5、非平衡少子濃度衰減到產(chǎn)生時的1/e時的時間，稱為非平衡載流子的壽命。 （R ）6、俄歇復(fù)合是一種輻射復(fù)合。 （ F ）7、愛因斯坦關(guān)系式表明了非簡并情況下載流子的遷移率和擴(kuò)散系數(shù)直接的關(guān)系。 （R ）8、在大的正向偏壓時，擴(kuò)散電容起主要的作用。 （R ）9、齊納擊穿是一種軟擊穿。 ( F )10、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨

15、摻雜濃度的增加而增加。 （ R ）二、 選擇題：（單選多選均有共分每題分）下列對純凈半導(dǎo)體材料特性敘述正確的是 A、D 半導(dǎo)體的電阻率在導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的上升而升高。半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的上升而減小。半導(dǎo)體的電阻率可以在很大范圍內(nèi)變化。下列器件中導(dǎo)電載流子是多子器件的是B穩(wěn)壓二極管肖特基二極管發(fā)光二極管 變?nèi)荻O管電子的遷移率是A 空穴的遷移率。大于等于小于下列固體中，禁帶寬度Eg最大的是C金屬半導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體與金屬Al形成良好的歐姆接觸的結(jié)構(gòu)形式有B、D Al-n-n+ Al-n+-n Al-p-p+ D Al-p+-p晶體中內(nèi)層電子有效質(zhì)量A外層電子的有效質(zhì)量。大于等

16、于小于不一定原子構(gòu)成的平面在x、y、z軸上的截距分別為、，則其密勒指數(shù)為A（，）（，）C （，）D（，）Pn結(jié)耗盡層中（如圖所示）電場強(qiáng)度最大的地方是C ppxxnn一樣大 P x n P N P x n最能起到有效的復(fù)合中心作用的雜質(zhì)是A深能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì)中等能級雜質(zhì) 在下列半導(dǎo)體中，費(fèi)米能級最高的是 C A 強(qiáng)P型 B 弱P型 C 強(qiáng)N型 D 弱N型三、 名詞解釋(共15分每題5分)、 準(zhǔn)費(fèi)米能級費(fèi)米能級和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)都是指的熱平衡狀態(tài)，而當(dāng)半導(dǎo)體的平衡態(tài)遭到破壞而存在非平衡載流子時，可以認(rèn)為分就導(dǎo)帶和價帶中的電子來講，它們各自處于平衡態(tài)，而導(dǎo)帶和價帶之間處于不平衡態(tài)，因而費(fèi)米能級和統(tǒng)計(jì)

17、分布函數(shù)對導(dǎo)帶和價帶各自仍然是適用的，可以分別引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級和價帶費(fèi)米能級，它們都是局部的能級，稱為“準(zhǔn)費(fèi)米能級”，分別用EFn、EFp表示。、直接復(fù)合、間接復(fù)合直接復(fù)合電子在導(dǎo)帶和價帶之間直接躍遷而引起電子和空穴的直接復(fù)合。 間接復(fù)合電子和空穴通過禁帶中的能級（復(fù)合中心）進(jìn)行復(fù)合。、擴(kuò)散電容 PN結(jié)正向偏壓時，有空穴從P區(qū)注入N區(qū)。當(dāng)正向偏壓增加時，由P區(qū)注入到N區(qū)的空穴增加，注入的空穴一部分?jǐn)U散走了，一部分則增加了N區(qū)的空穴積累，增加了載流子的濃度梯度。在外加電壓變化時，N擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的非平衡空穴也增加，與它保持電中性的電子也相應(yīng)增加。這種由于擴(kuò)散區(qū)積累的電荷數(shù)量隨外加電壓的變化所產(chǎn)生的

18、電容效應(yīng)，稱為P-N結(jié)的擴(kuò)散電容。用CD表示。 四、 問答題（分）、畫出雜質(zhì)半導(dǎo)體電阻率與溫度的關(guān)系圖，并分析該圖。（8分）AB：溫度很低，本征激發(fā)可忽略，載流子主要上由雜 質(zhì)提供， 它隨溫度增加而增加，散射主要由 C電離雜質(zhì)決定，遷移率隨溫度的增加而增加， 所以電阻率隨溫度的 A D增加而下降。（2分）BC：溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)已全部電離，載 B 流子濃度基本不變，晶格振動散射上升為主要矛盾，遷 移率隨溫度的升高 而下降，所以電阻率隨溫度的升高而增大。（2分）CD：溫度繼續(xù)升高，大量本征載流子的產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn) T超過遷移率減小對電阻率的 影響，電阻率隨溫度的升高而急劇下降。MOSFET與雙極晶體管相比有何優(yōu)點(diǎn)？（6分）MOS管：多子器件，驅(qū)動能力強(qiáng)，易集成，功耗低，適合于大規(guī)模集成電路，現(xiàn)已成為超大規(guī)模集成電路的主流形式。（3分）雙極器件：少子器件，速度較快，但集成度較低，功耗大，不適合于大規(guī)模集成電路。（3分）MIS結(jié)構(gòu)中，P型半導(dǎo)體表面在什么情況下成為積累層？什么情況下出現(xiàn)耗盡層和反型層？并請畫出相應(yīng)的能帶圖。（分）EFM EC EC EC EV EFM EV EFM EV 積累狀態(tài) 耗盡狀態(tài) 反型狀積累狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時，表面勢為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，表面層內(nèi)就會出現(xiàn)空穴的堆積。（2分）耗盡狀