半導(dǎo)體物理學(xué)題庫

1、一.填空題1._ 能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對(duì)于波矢的 _ ，引入有效質(zhì)量的意義在于其反映了晶體材料的 _ 的作用。（二階導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)）2.半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度取決于導(dǎo)帶的（即量子態(tài)按能量如何分布）和_ （即電子在不同能量的量子態(tài)上如何分布）。（狀態(tài)密度，費(fèi)米分布函數(shù)）3._ 兩種不同半導(dǎo)體接觸后，費(fèi)米能級(jí)較高的半導(dǎo)體界面一側(cè)帶 _ 電，達(dá)到熱平衡后兩者的費(fèi)米能級(jí) _ 。（正，相等）4.半導(dǎo)體硅的價(jià)帶極大值位于空間第一布里淵區(qū)的中央，其導(dǎo)帶極小值位于 _方向上距布里淵區(qū)邊界約 0.85 倍處，因此屬于 _ 半導(dǎo)體。（100,間接帶隙）5._間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷稱為_;形

2、成原子空位而無間隙原子的點(diǎn)缺陷稱為_。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）6.在一定溫度下，與費(fèi)米能級(jí)持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為_，高于費(fèi)米能級(jí) 2kT 能級(jí)處的占據(jù)概率為 _ 。（1/2 , 1/1+exp（2）7._從能帶角度來看，鍺、硅屬于 _半導(dǎo)體，而砷化稼屬于 _半導(dǎo)體，后者有利于光子的吸收和發(fā)射。（間接帶隙，直接帶隙）& 通常把服從 _ 的電子系統(tǒng)稱為非簡(jiǎn)并性系統(tǒng)，服從_ 的電子系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)并性系統(tǒng)。（玻爾茲曼分布，費(fèi)米分布）9.對(duì)于同一種半導(dǎo)體材料其電子濃度和空穴濃度的乘積與 _ 有關(guān)，而對(duì)于不同的半導(dǎo)體材料其濃度積在一定的溫度下將取決于 _ 的大小。（溫度，禁帶寬度）10.

3、半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)式多種多樣的，常見的 Ge 和 Si 材料，其原子均通過共價(jià)鍵四面體相互結(jié)合，屬于_結(jié)構(gòu)；與 Ge 和 Si 晶格結(jié)構(gòu)類似，兩種不同元素形成的化合物半導(dǎo)體通過共價(jià)鍵四面體還可以形成 _和纖鋅礦等兩種晶格結(jié)構(gòu)。 （金剛石，閃鋅礦）11. 如果電子從價(jià)帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)波矢k 不發(fā)生變化，則具有這種能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為_ 禁帶半導(dǎo)體，否則稱為_ 禁帶半導(dǎo)體。（直接，間接）12. 半導(dǎo)體載流子在輸運(yùn)過程中，會(huì)受到各種散射機(jī)構(gòu)的散射，主要散射機(jī)構(gòu)有_、 _ 、中性雜質(zhì)散射、位錯(cuò)散射、載流子間的散射和等價(jià)能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散射，晶格振動(dòng)的散射）13.半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合可以有很多途

4、徑，主要有兩大類：_的直接復(fù)合和通過禁帶內(nèi)的 _ 進(jìn)行復(fù)合。（電子和空穴，復(fù)合中心）14._反向偏置 pn 結(jié)，當(dāng)電壓升高到某值時(shí)，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為 主要的擊穿機(jī)理有兩種： _ 擊穿和擊穿。（雪崩，隧道）選擇題3.有效復(fù)合中心的能級(jí)必靠近（A ）。5.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(shí)，其小注入下的少子壽命正比于 （A ）。A. 1/nOB. 1/ n C. 1/p0 D. 1/ p6.在 Si 材料中摻入 P,則引入的雜質(zhì)能級(jí)（B ）7.公式二q./m*中的T是半導(dǎo)體載流子的（C ）。A.遷移時(shí)間B.壽命8.對(duì)于一定的 n 型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，減少摻雜濃度

5、，將導(dǎo)致（D）靠近 Ei。A. EcB. EvC. EgD. EFB ）雜質(zhì)后，能形成 N 型半導(dǎo)體。pn 結(jié)擊穿,15. _ 雜質(zhì)可顯著改變載流子濃度；命，是有效的復(fù)合中心。（淺能級(jí)，深能級(jí)）_雜質(zhì)可顯著改變非平衡載流子的壽1 本征半導(dǎo)體是指（AA 不含雜質(zhì)和缺陷C.電子密度和空穴密度相等）的半導(dǎo)體。B.電阻率最高D.電子密度與本征載流子密度相等2.如果一半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，那么該半導(dǎo)體必定（D ）。A.不含施主雜質(zhì)B.不含受主雜質(zhì)C.不含任何雜質(zhì)D.處于絕對(duì)零度A.禁帶中部B.導(dǎo)帶C.價(jià)帶 D.費(fèi)米能級(jí)4 對(duì)于只含一種雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并A.單調(diào)上升C.經(jīng)過一個(gè)極小值趨近Ein 型半

6、導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)B.單調(diào)下降D.經(jīng)過一個(gè)極大值趨近EF隨溫度上升而（D ）。EiA.在禁帶中線處B.靠近導(dǎo)帶底 C.靠近價(jià)帶頂D.以上都不是C.平均自由時(shí)間D.擴(kuò)散時(shí)間9.在晶體硅中摻入元素（A.鍺B.磷C.硼D.錫10.對(duì)大注入條件下，在一定的溫度下，非平衡載流子的壽命與（11.重空穴是指（ C ）A.質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴 B價(jià)帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C. 價(jià)帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D. 自旋一軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴12.電子在導(dǎo)帶能級(jí)中分布的概率表達(dá)式是（C ） 。3B.次方成反比23D.-次方成正比214.把磷化鎵在氮?dú)夥罩型嘶?，?huì)有氮取代部分的磷，這

7、會(huì)在磷化鎵中出現(xiàn)（D ）。A.改變禁帶寬度B.產(chǎn)生復(fù)合中心C.產(chǎn)生空穴陷阱D.產(chǎn)生等電子陷阱15. 一般半導(dǎo)體器件使用溫度不能超過一定的溫度，這是因?yàn)檩d流子濃度主要來源于，而將忽略不計(jì)。（ A ）A.雜質(zhì)電離，本征激發(fā)B.本征激發(fā)，雜質(zhì)電離C.施主電離，本征激發(fā) D.本征激發(fā)，受主電離16. 一塊半導(dǎo)體壽命T=15 ,光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30 宙后,其中非平衡載流子將衰減到原來的（C ）。2A. 1/4B. 1/eC. 1/eD. 1/217.半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)為（B ）。A.平衡載流子濃度成正比C.平衡載流子濃度成反比B .非平衡載流子濃度成正比D

8、.非平衡載流子濃度成反比B.旳（-書C.旳（晉）13.如在半導(dǎo)體中以長(zhǎng)聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)是,電子的遷移率Jn 與溫度的（ B ）。A.平方成正比C.平方成反比A.漂移運(yùn)動(dòng)B.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)C.熱運(yùn)動(dòng)D.共有化運(yùn)動(dòng)18. 硅導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)為（ D ）。A.位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿 方向的 6 個(gè)球形等能面B.一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿 方向的 6 個(gè)球形等能面C.一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿 方向的 8 個(gè)橢球等能面D.位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿 方向的 6 個(gè)橢球等能面19. 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn)過程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時(shí)，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動(dòng)聲子的散射概率的變化分別是（B ）oA.變大，變小B.變小，

9、變大C.變小，變小D.變大，變大20. 與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（A）oA.比半導(dǎo)體的大B.比半導(dǎo)體的小C.與半導(dǎo)體的相等D.不確定21. 一般半導(dǎo)體它的價(jià)帶頂位于 _ ，而導(dǎo)帶底位于 _o（ D ）A.波矢 k=0 或附近，波矢 k豐0 B.波矢心 0,波矢 k=0 或附近C.波矢 k=0 ,波矢 k豐0D.波矢 k=0 或附近，波矢 k豐0 或 k=022. 鍺的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（C）oA.金剛石型和直接禁帶型B.閃鋅礦型和直接禁帶型C.金剛石型和間接禁帶型D.閃鋅礦型和間接禁帶型23. 如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為（D）oA.施

10、主 B.復(fù)合中心C.陷阱 D.兩性雜質(zhì)24. 雜質(zhì)對(duì)于半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大影響，下面哪兩種雜質(zhì)分別摻雜在硅中能顯著地提高硅的導(dǎo)電性能 （ C）oA.硼或鐵 B.鐵或銅 C.硼或磷D.金或銀25.當(dāng)施主能級(jí) ED與費(fèi)米能級(jí)A. 1B. 1/2EF相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的（C. 1/3D. 1/4）倍;26.同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對(duì)介電常數(shù)值是乙的 2 倍，那么用類氫模型計(jì)算結(jié)果是（D ）。A. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的8/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/4B. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的3/2，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的32/9C. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的

11、16/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的8/3D. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/827._ 本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的表達(dá)式是 。（ B ）29.下面情況下的材料中，室溫時(shí)功函數(shù)最大的是153A.含硼1x10 cm的硅C.含硼1x1015cm-3，磷1x1016cnf的硅30.般可以認(rèn)為，在溫度不很高時(shí)，能量大于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)基本上_，而能量小于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)基本上為 _ ,而電子占據(jù)費(fèi)米能級(jí)的概率在各種溫度下總是_，所以費(fèi)米能級(jí)的位置比較直觀地標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費(fèi)米能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)的水平。（A.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)， 1/2

12、C.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)， 1/3A ）B.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2D.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/3三簡(jiǎn)答題1 簡(jiǎn)要說明費(fèi)米能級(jí)的定義、作用和影響因素。答：電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布概率遵循費(fèi)米分布函數(shù):&是乙的 3/4， mn*/moA.7v蟲収22 2NcB.EcEvkgT inNv2V NC.EckoT ln血NcD.EcEv28.載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)為（A )。A.漂移運(yùn)動(dòng)B.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)C.熱運(yùn)動(dòng) D.共有化運(yùn)動(dòng)（A）。B.含磷1x1016cm3的硅D.純凈的硅費(fèi)米能級(jí) EF是確定費(fèi)米分布函數(shù)的一個(gè)重要物理參數(shù)，在絕對(duì)零度是，費(fèi)米能級(jí)EF反映了未占

13、和被占量子態(tài)的能量分界線，在某有限溫度時(shí)的費(fèi)米能級(jí)EF反映了量子態(tài)占據(jù)概率為二分之一時(shí)的能量位置。確定了一定溫度下的費(fèi)米能級(jí)&位置，電子在各量子態(tài)上的 統(tǒng)計(jì)分布就可完全確定。費(fèi)米能級(jí) EF的物理意義是處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)，即在不對(duì)外做功的情 況下，系統(tǒng)中增加一個(gè)電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。半導(dǎo)體中的費(fèi)米能級(jí) EF一般位于禁帶內(nèi)，具體位置和溫度、導(dǎo)電類型及摻雜濃度有關(guān)。 只有確定了費(fèi)米能級(jí) &就可以統(tǒng)計(jì)得到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度和價(jià)帶中的空穴濃度。2 在本征半導(dǎo)體中進(jìn)行有意摻雜各種元素，可改變材料的電學(xué)性能。請(qǐng)解釋什么是淺能級(jí)雜質(zhì)、深能級(jí)雜質(zhì)，它們分別影響半導(dǎo)體哪些

14、主要性質(zhì)；什么是雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？答： 淺能級(jí)雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。 它們電離后將成 為帶正電 （電離施主）或帶負(fù)電（電離受主）的離子，并同時(shí)向?qū)峁╇娮踊蛳騼r(jià)帶提供 空穴。它可有效地提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻雜半導(dǎo)體又分為n 型半導(dǎo)體和 p 型半導(dǎo)體。深能級(jí)雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級(jí)位置在禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶或價(jià)帶，在常溫下很難電離，不能對(duì)導(dǎo)帶的電子或價(jià)帶的空穴的濃度有所貢獻(xiàn)，但它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開關(guān)器件中有所應(yīng)用。當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時(shí)，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補(bǔ)償。利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)

15、體中某個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。3.什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？答：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后， 受主電離后將成為帶負(fù)電的離子，并同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負(fù)電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。4什么叫復(fù)合中心？何謂間接復(fù)合過程？有哪四個(gè)微觀過程？試說明每個(gè)微觀過程和哪些 參數(shù)有關(guān)。答：半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷能夠促進(jìn)復(fù)合，稱這些促進(jìn)復(fù)合的雜質(zhì)和缺陷為復(fù)合中心；間接復(fù)合：非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合；四個(gè)微觀過程：俘獲電子，發(fā)射電子，俘獲空穴，發(fā)射空穴； 俘獲電子：和導(dǎo)帶電子濃度和空穴復(fù)合中心濃度有關(guān)。發(fā)射電子：

16、和復(fù)合中心能級(jí)上的電子濃度。俘獲空穴：和復(fù)合中心能級(jí)上的電子濃度和價(jià)帶空穴濃度有關(guān)。發(fā)射空穴：和空的復(fù)合中心濃度有關(guān)。5漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？?jī)烧咧g有什么聯(lián)系？答：漂移運(yùn)動(dòng)是載流子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于濃度分布不均f(E)*E-EFexp -I kT勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運(yùn)動(dòng)。前者的推動(dòng)力是外電場(chǎng)，后者的推動(dòng)力則是載流子的分布引起的。漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間通過遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即D koT6簡(jiǎn)要說明 pn 結(jié)空間電荷區(qū)如何形成？答：當(dāng) p 型半

17、導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體結(jié)合形成 pn 結(jié)時(shí)，由于兩者之間存在載流子濃度梯度，從 而導(dǎo)致了空穴從 p 區(qū)到 n 區(qū)、電子從 n 區(qū)到 p 區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。對(duì)于 p 區(qū)，空穴離開后留下了 不可動(dòng)的帶負(fù)電荷的電離受主，因此在 p 區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)電荷區(qū)；同理對(duì)于 n 區(qū)，電子離開后留下了不可動(dòng)的帶正電荷的電離施主，因此在 n 區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個(gè)正電荷區(qū)。這樣帶負(fù)電荷的電離受主和帶正電荷的電離施主形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，并產(chǎn)生了從n 區(qū)指向 p區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)。在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反， 內(nèi)建電場(chǎng)阻礙載流子的擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)。隨內(nèi)建電場(chǎng)增強(qiáng)，載流子的擴(kuò)散和漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 此時(shí)就形成了一

18、定寬度的空 間電荷區(qū)，并在空間電荷區(qū)兩端產(chǎn)生了電勢(shì)差，即pn 結(jié)接觸電勢(shì)差。7 簡(jiǎn)要說明載流子有效質(zhì)量的定義和作用。*h2m2-d2E(k) dk2有效質(zhì)量 m 與能量函數(shù) E(k)對(duì)于波矢 k 的二次微商，即能帶在某處的曲率成反比；能帶越窄，曲率越小，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，曲率越大，有效質(zhì)量越??；在能帶頂部，曲率小于零，則有效質(zhì)量為負(fù)值，在能帶底部，曲率大于零，則有效質(zhì)量為正值。有效質(zhì)量的意義在于它概括了內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體中載流子在外場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。&對(duì)于摻雜的元素半導(dǎo)體 Si、Ge 中，一般情形下對(duì)載流子的主要散射機(jī)構(gòu)是什么？寫出其

19、主要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。答：對(duì)摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge,其主要的散射機(jī)構(gòu)為長(zhǎng)聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射其散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學(xué)波散射：Ps氏T32，電離雜質(zhì)散射：p戈NiT，/29.說明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。答：載流子遷移率 反映了單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：,Vd2;其單位為：cm/V sE半導(dǎo)體載流子遷移率的計(jì)算公式為：答：能帶中電子或空穴的有效質(zhì)量m 的定義式為:J盡m其大小與能帶中載流子的有效質(zhì)量成反比，與載流子連續(xù)兩次散射間的平均自由時(shí)間成正 比。確定了載流子遷移率和載流子濃度就可確定該載流子的電導(dǎo)率。四證明題1 試推證：

20、對(duì)于只含一種復(fù)合中心的間接帶隙半導(dǎo)體晶體材料，在穩(wěn)定條件下非平衡載流 子的凈復(fù)合率公式. 2Ntrnrpfnp n )LU M mrppP!證：題中所述情況，主要是間接復(fù)合起作用，包含以下四個(gè)過程。甲：電子俘獲率=rnn (Nt-nt)乙：電子產(chǎn)生率 =rnnintni=niexp(Et-Ei)/koT)丙：空穴俘獲率=rpp nt?。嚎昭óa(chǎn)生率 =rppi(Nt-nt) pi=niexp(Ei-Et)/koT)穩(wěn)定情況下凈復(fù)合率上甲上甲- -乙= =丙- -丁穩(wěn)定時(shí)甲+ 丁 =丙+乙將四個(gè)過程的表達(dá)式代入上式解得n G +piprn(n nJ rp(p pj2叭(np-n p)rn(n nJ rp(p pj由 pi和 ni的表達(dá)式可知2pini=ni代入上式可得r2Ntrjpnp fG n ni心p pi2試用一維非均勻摻雜(摻雜濃度隨 x 的增加而下降)，非簡(jiǎn)并 p 型半導(dǎo)體模型導(dǎo)出愛因斯證明：由于摻雜濃度不均勻，