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 任課老師 選課號/座位號 密封線以內(nèi)答題無效電子科技大學(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日課程成績構(gòu)成：平時 10 分， 期中 5 分， 實驗 15 分， 期末 70 分一二三四五六七八九十合計復(fù)核人簽名得分簽名得 分一、 填空題: （共16分，每空1 分）1. 簡并半導(dǎo)體一般是 重 摻雜半導(dǎo)體，這時 電離雜質(zhì) 對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 下降/減小 ，電阻率會 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 由正變?yōu)樨?fù) 。5. 在半導(dǎo)體中同時摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，它們具有 雜質(zhì)補償 的作用，在制造各種半導(dǎo)體器件時，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，真空制備過程中通常會導(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Si而言，InSb是制作霍爾器件的較好材料，是因為其電子遷移率較 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 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)部勢場對載流子的作

3、用，可通過回旋共振實驗來測量。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)體和金屬接觸時的界面將會形成 反阻擋層接觸/歐姆接觸 。11. 有效復(fù)合中心的能級位置靠近 禁帶中心能級/本征費米能級/Ei 。12. MIS結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面處于臨界強反型時，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，稱此時金屬板上所加電壓為 開啟電壓/閾值電壓 。13. 金屬和n型半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢壘，若外加正向偏壓于金屬，則半導(dǎo)體表面電子勢壘高度將降低，空間電荷區(qū)寬度將相應(yīng)地（減少/變窄/變薄）。得 分二、 選擇題（共15分，每題1 分）1

4、. 如果對半導(dǎo)體進行重?fù)诫s，會出現(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. 是簡并半導(dǎo)體3. 下面說法錯誤的是 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)體必定處于絕對零度B. 計算簡并半導(dǎo)體載流子濃度時不能用波爾茲曼統(tǒng)計代替費米統(tǒng)計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能級位置4. 下面

5、說法正確的是 D 。A. 空穴是一種真實存在的微觀粒子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. 空間實驗室中失重狀態(tài)下生長的GaAs與地面生長的GaAs相比，載流子遷移率要高，這是因為 B 。A. 無雜質(zhì)污染B. 晶體生長更完整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)合機構(gòu)B. 散射機構(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、. 簡并半導(dǎo)體8. 對于只含一種雜質(zhì)的非簡并型半導(dǎo)體，費米能級隨溫度上升而 D 。A. 上升B. 下降C. 不變D. 經(jīng)過一極值后趨近Ei9. GaAs具有微分負(fù)電導(dǎo)現(xiàn)象，原因在于在強電場作用下， 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：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，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中分布的可動正電荷不會影響 C 。A. 半導(dǎo)體表面勢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、 問答題（共31分，共四題， 6 分10分10分5分） 1. 寫出下面能帶圖代表的半導(dǎo)體類型，摻雜程度。 （6分）ECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFECEVEFEi(a)(b)(c)(d)(e)(f)答：(a) 強n型 (b) 弱p型 (c) 本征型或高度補償型(d) 簡并、p型 (e) 弱n型 (f) 強p型2. 型半導(dǎo)體襯底形成的MIS結(jié)構(gòu)，畫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?。或者使半?dǎo)體內(nèi)沒有能帶彎曲時所加的柵電壓。 （2分）3. 寫出至少兩種測試載流子濃度的實驗方法，并說明實驗測試原理。 （10分） 答：可以采用C-V測試以及霍耳效應(yīng)來測試載流子濃度；（2分）方法： C-V測試法：a)采用金半接觸結(jié)構(gòu)，測試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)。霍耳實驗中，根據(jù)Ix，Bz，d，測出霍耳電壓VH，由霍耳電壓

11、正負(fù)判斷導(dǎo)電類型，因為 ，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。 （5分）答：在x處，t時刻單位時間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（1分）由于擴散，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（1分）由于漂移，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（1分）由于復(fù)合，單位時間、單位體積中空穴的消失數(shù)；（1分）由于其他原因，單位時間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。（1分）得 分四、 計算題（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,室溫時硅的Eg=1.12eV，ni=1.5×1010cm-3，k0T=0.026eV。 （8分） 計算這塊半導(dǎo)體材料的電子濃度；判斷材料的導(dǎo)電類型； 計算費米能級的位置。解：（1） （2分）因為，故該材料為p型半導(dǎo)體。 （2分）（2） （4分）即該p型半導(dǎo)體的費米能級在禁帶中線下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)體費米能級位置及功函數(shù)；2) 若不計表面態(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)的勢壘高度和勢壘寬度。（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) 費米能級： （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) 對于p型Si，因為能夠形成空穴阻擋層 （2 分）3) 半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘高度： （2分）勢壘寬度： （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) 求開啟電壓VT；2) 若SiO2-Si界面處存在固定的正電荷,實驗測得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) 費米勢： （2分）表面電荷量： （1分）絕緣層電容： （1分）開啟電壓： （2