電子科技大學(xué)2009半導(dǎo)體物理期末考試試卷B試題答案

1、學(xué)院 姓名 學(xué)號(hào) 任課老師 選課號(hào)/座位號(hào) 密封線以?xún)?nèi)答題無(wú)效電子科技大學(xué)二零 九 至二零 一零 學(xué)年第 一 學(xué)期期 末 考試 半導(dǎo)體物理 課程考試題 B卷 （ 120分鐘） 考試形式： 閉卷 考試日期 2010年 元月 18日課程成績(jī)構(gòu)成：平時(shí) 10 分， 期中 5 分， 實(shí)驗(yàn) 15 分， 期末 70 分一二三四五六七八九十合計(jì)復(fù)核人簽名得分簽名得 分一、 填空題: （共16分，每空1 分）1. 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體一般是 重 摻雜半導(dǎo)體，這時(shí) 電離雜質(zhì) 對(duì)載流子的散射作用不可忽略。2. 處在飽和電離區(qū)的N型Si半導(dǎo)體在溫度升高后，電子遷移率會(huì) 下降/減小 ，電阻率會(huì) 上升/增大 。3. 電子陷阱存在

2、于 P/空穴 型半導(dǎo)體中。4. 隨溫度的增加，P型半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)的符號(hào) 由正變?yōu)樨?fù) 。5. 在半導(dǎo)體中同時(shí)摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，它們具有 雜質(zhì)補(bǔ)償 的作用，在制造各種半導(dǎo)體器件時(shí)，往往利用這種作用改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。6. ZnO是一種寬禁帶半導(dǎo)體，真空制備過(guò)程中通常會(huì)導(dǎo)致材料缺氧形成氧空位，存在氧空位的ZnO半導(dǎo)體為 N/電子 型半導(dǎo)體。7. 相對(duì)Si而言，InSb是制作霍爾器件的較好材料，是因?yàn)槠潆娮舆w移率較 高/大 。8. 摻金工藝通常用于制造高頻器件。金摻入半導(dǎo)體Si中是一種 深能級(jí) 雜質(zhì)，通常起 復(fù)合 中心的作用，使得載流子壽命減小。9. 有效質(zhì)量 概括了晶體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)對(duì)載流子的作

3、用，可通過(guò)回旋共振實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。10. 某N型Si半導(dǎo)體的功函數(shù)WS 是4.3eV，金屬Al的功函數(shù)Wm是4.2 eV， 該半導(dǎo)體和金屬接觸時(shí)的界面將會(huì)形成 反阻擋層接觸/歐姆接觸 。11. 有效復(fù)合中心的能級(jí)位置靠近 禁帶中心能級(jí)/本征費(fèi)米能級(jí)/Ei 。12. MIS結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面處于臨界強(qiáng)反型時(shí)，表面少子濃度等于內(nèi)部多子濃度，表面反型少子的導(dǎo)電能力已經(jīng)足夠強(qiáng)，稱(chēng)此時(shí)金屬板上所加電壓為 開(kāi)啟電壓/閾值電壓 。13. 金屬和n型半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢(shì)壘，若外加正向偏壓于金屬，則半導(dǎo)體表面電子勢(shì)壘高度將降低，空間電荷區(qū)寬度將相應(yīng)地（減少/變窄/變?。５?分二、 選擇題（共15分，每題1 分）1

4、. 如果對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行重?fù)诫s，會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象是 D 。A. 禁帶變寬B. 少子遷移率增大C. 多子濃度減小D. 簡(jiǎn)并化2. 已知室溫下Si的本征載流子濃度為。處于穩(wěn)態(tài)的某摻雜Si半導(dǎo)體中電子濃度，空穴濃度為，則該半導(dǎo)體 A 。A. 存在小注入的非平衡載流子B. 存在大注入的非平衡載流子C. 處于熱平衡態(tài)D. 是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體3. 下面說(shuō)法錯(cuò)誤的是 D 。A. 若半導(dǎo)體導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為0，則該半導(dǎo)體必定處于絕對(duì)零度B. 計(jì)算簡(jiǎn)并半導(dǎo)體載流子濃度時(shí)不能用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)代替費(fèi)米統(tǒng)計(jì)C. 處于低溫弱電離區(qū)的半導(dǎo)體，其遷移率和電導(dǎo)率都隨溫度升高而增大D. 半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶電子都處于導(dǎo)帶底Ec能級(jí)位置4. 下面

5、說(shuō)法正確的是 D 。A. 空穴是一種真實(shí)存在的微觀粒子B. MIS結(jié)構(gòu)電容可等效為絕緣層電容與半導(dǎo)體表面電容的的并聯(lián)C. 穩(wěn)態(tài)和熱平衡態(tài)的物理含義是一樣的D. 同一種半導(dǎo)體材料中，電子遷移率比空穴遷移率高5. 空間實(shí)驗(yàn)室中失重狀態(tài)下生長(zhǎng)的GaAs與地面生長(zhǎng)的GaAs相比，載流子遷移率要高，這是因?yàn)?B 。A. 無(wú)雜質(zhì)污染B. 晶體生長(zhǎng)更完整C. 化學(xué)配比更合理D. 宇宙射線的照射作用6. 半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命的大小主要決定于 A 。A. 復(fù)合機(jī)構(gòu)B. 散射機(jī)構(gòu)C. 禁帶寬度D. 晶體結(jié)構(gòu)7. 若某材料電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，該材料是 A 。A. 本征半導(dǎo)體B. 雜質(zhì)半導(dǎo)體C. 金屬導(dǎo)體D

6、. 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體8. 對(duì)于只含一種雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)隨溫度上升而 D 。A. 上升B. 下降C. 不變D. 經(jīng)過(guò)一極值后趨近Ei9. GaAs具有微分負(fù)電導(dǎo)現(xiàn)象，原因在于在強(qiáng)電場(chǎng)作用下， A 。A. 載流子發(fā)生能谷間散射B. 載流子遷移率增大C. 載流子壽命變大D. 載流子濃度變小10. 以下4種不同摻雜情況的N型Ge半導(dǎo)體中，室溫下電子遷移率由大到小的順序是 C 。a) 摻入濃度1014 cm-3的P原子；b) 摻入濃度1015 cm-3的P原子；c) 摻入濃度2×1014 cm-3的P原子，濃度為1014 cm-3的B原子；d) 摻入濃度3×1015 cm-3

7、的P原子，濃度為2×1015 cm-3的B原子。A. abcdB. bcdaC. acbdD. dcba11. 以下4種Si半導(dǎo)體，室溫下功函數(shù)由大到小的順序是 C 。a) 摻入濃度1016 cm-3的B原子；b) 摻入濃度1016 cm-3的P原子；c) 摻入濃度1016 cm-3的P原子，濃度為1015 cm-3的B原子；d) 純凈硅。A. abcdB. cdbaC. adcbD. dabc12. 以下4種不同摻雜情況的半導(dǎo)體，熱平衡時(shí)室溫下少子濃度最高的是 D 。A. 摻入濃度1015 cm-3 P原子的Si半導(dǎo)體；B. 摻入濃度1014 cm-3 B原子的Si半導(dǎo)體；C. 摻

8、入濃度1015 cm-3 P原子Ge半導(dǎo)體；D. 摻入濃度1014 cm-3 B原子Ge半導(dǎo)體。（已知室溫時(shí)：Si的本征載流子濃度，Ge的本征載流子濃度）13. 直接復(fù)合時(shí)，小注入的P型半導(dǎo)體的非平衡載流子壽命 td 決定于 B 。A. B. C. D. 其它14. 在金屬-SiO2-p型Si構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)中，SiO2中分布的可動(dòng)正電荷不會(huì)影響 C 。A. 半導(dǎo)體表面勢(shì)B. 平帶電壓C. 平帶電容D. 器件的穩(wěn)定性15. 不考慮表面態(tài)的影響，如需在n型硅上做歐姆電極，以下四種金屬中最適合的是 A 。A. In (Wm=3.8 eV)B. Cr (Wm=4.6 eV)C. Au (Wm=4.8

9、 eV)D. Al (Wm=4.2 eV) 得 分三、 問(wèn)答題（共31分，共四題， 6 分10分10分5分） 1. 寫(xiě)出下面能帶圖代表的半導(dǎo)體類(lèi)型，摻雜程度。 （6分）ECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFECEVEFEi(a)(b)(c)(d)(e)(f)答：(a) 強(qiáng)n型 (b) 弱p型 (c) 本征型或高度補(bǔ)償型(d) 簡(jiǎn)并、p型 (e) 弱n型 (f) 強(qiáng)p型2. 型半導(dǎo)體襯底形成的MIS結(jié)構(gòu)，畫(huà)出外加不同偏壓下積累、平帶、耗盡、反型四種狀態(tài)的能帶圖。畫(huà)出理想的低頻和高頻電容-電壓曲線。解釋平帶電壓。 (10分)答： 圖略（各2分，共8分）平帶電壓

10、：功函數(shù)或者絕緣層電荷等因素引起半導(dǎo)體內(nèi)能帶發(fā)生彎曲，為了恢復(fù)平帶狀態(tài)所需加的外加?xùn)牌珘??；蛘呤拱雽?dǎo)體內(nèi)沒(méi)有能帶彎曲時(shí)所加的柵電壓。 （2分）3. 寫(xiě)出至少兩種測(cè)試載流子濃度的實(shí)驗(yàn)方法，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理。 （10分） 答：可以采用C-V測(cè)試以及霍耳效應(yīng)來(lái)測(cè)試載流子濃度；（2分）方法： C-V測(cè)試法：a)采用金半接觸結(jié)構(gòu)，測(cè)試C-V曲線，可以得到曲線為一條直線，斜率為，因此可以求出摻雜濃度ND或NA；b)若采用MIS結(jié)構(gòu)，測(cè)試高頻C-V曲線，由C-V曲線的最大值求出氧化層厚度d0，再結(jié)合最小值可以求出摻雜濃度；（4分）方法：霍耳效應(yīng)。霍耳實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)Ix，Bz，d，測(cè)出霍耳電壓VH，由霍耳電壓

11、正負(fù)判斷導(dǎo)電類(lèi)型，因?yàn)?，因此求出霍耳系數(shù)RH；再根據(jù)或求出載流子濃度。 （4分）4. 在一維情況下，描寫(xiě)非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)方程為：，請(qǐng)說(shuō)明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)所代表的物理意義。 （5分）答：在x處，t時(shí)刻單位時(shí)間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（1分）由于擴(kuò)散，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（1分）由于漂移，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（1分）由于復(fù)合，單位時(shí)間、單位體積中空穴的消失數(shù)；（1分）由于其他原因，單位時(shí)間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。（1分）得 分四、 計(jì)算題（共38分，8101010，共4題） 1. 有一塊半導(dǎo)體硅材料，已知在室溫下（300K）它的空穴

12、濃度為p0=2.25×1016cm-3,室溫時(shí)硅的Eg=1.12eV，ni=1.5×1010cm-3，k0T=0.026eV。 （8分） 計(jì)算這塊半導(dǎo)體材料的電子濃度；判斷材料的導(dǎo)電類(lèi)型； 計(jì)算費(fèi)米能級(jí)的位置。解：（1） （2分）因?yàn)?，故該材料為p型半導(dǎo)體。 （2分）（2） （4分）即該p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)在禁帶中線下0.37eV處。（1分2分1分）2. 某p型Si半導(dǎo)體中受主雜質(zhì)濃度為 NA=1017cm-3且在室溫下完全電離， Si的電子親和能為4.05eV，禁帶寬度為1.12eV，試求：1) Si半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位置及功函數(shù)；2) 若不計(jì)表面態(tài)的影響，該p型Si半導(dǎo)體與

13、銀接觸后是否能夠形成阻擋層？已知銀的功函數(shù)為WAg=4.81eV。3) 若能形成阻擋層，求半導(dǎo)體一側(cè)的勢(shì)壘高度和勢(shì)壘寬度。（室溫下k0T=0.026eV，Si介電常數(shù)r=12，0=8.85×10-14F/cm，C） (10分)解：1) 費(fèi)米能級(jí)： （2分）即位于禁帶中心以下0.41 eV位置 （即qVB=0.41 eV）功函數(shù)： （2分）2) 對(duì)于p型Si，因?yàn)槟軌蛐纬煽昭ㄗ钃鯇?（2 分）3) 半導(dǎo)體一側(cè)的勢(shì)壘高度： （2分）勢(shì)壘寬度： （2分）3. 假設(shè)室溫下某金屬與SiO2及p型Si構(gòu)成理想MIS結(jié)構(gòu)，設(shè)Si半導(dǎo)體中受主雜質(zhì)濃度為NA=1.5×1015/cm3, SiO2厚度0.2 mm，SiO2介電常數(shù)3.9，Si介電常數(shù)12。1) 求開(kāi)啟電壓VT；2) 若SiO2-Si界面處存在固定的正電荷,實(shí)驗(yàn)測(cè)得VT=2.6eV, 求固定正電荷的電荷量。（k0T=0.026eV，Si:,0=8.85×10-14 F/cm，C）(10分)解：1) 費(fèi)米勢(shì)： （2分）表面電荷量： （1分）絕緣層電容： （1分）開(kāi)啟電壓： （2