2008半導(dǎo)體物理期末考試試卷A-參考答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)48714

1、學(xué)院 姓名 學(xué)號(hào) 任課老師 選課號(hào) 密封線以內(nèi)答題無(wú)效電子科技大學(xué)二零零 七 至二零零 八 學(xué)年第 一 學(xué)期期 末 考試一、選擇填空（22分）1、在硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)中，在布里淵中心存在兩個(gè)極大值重合的價(jià)帶，外面的能帶（ B ），對(duì)應(yīng)的有效質(zhì)量（ C ），稱(chēng)該能帶中的空穴為( E )。A. 曲率大； B. 曲率小；（二階導(dǎo)數(shù)?。?C. 大；D. ??； E. 重空穴；F. 輕空穴2、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(chēng)為（ F ）。 A. 施主 B. 受主 C.復(fù)合中心 D.陷阱 F. 兩性雜質(zhì)3、在通常情況下，GaN呈（ A ）型結(jié)構(gòu)，具有（ C ），它是（ F ）半導(dǎo)體材料。A.

2、 纖鋅礦型； B. 閃鋅礦型； C. 六方對(duì)稱(chēng)性；D. 立方對(duì)稱(chēng)性；E.間接帶隙； F. 直接帶隙。4、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)r是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍，那么用類(lèi)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3/85、.一塊半導(dǎo)體壽命=15µs，光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子

3、，光照突然停止30µs后，其中非平衡載流子將衰減到原來(lái)的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/26、對(duì)于同時(shí)存在一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的均勻摻雜的非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，在溫度足夠高、ni >> /ND-NA/ 時(shí)，半導(dǎo)體具有 （ B ） 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。 A. 非本征 B.本征 7、在室溫下，非簡(jiǎn)并Si中電子擴(kuò)散系數(shù)D與有如下圖 （C ） 所示的最恰當(dāng)?shù)囊蕾?lài)關(guān)系： 8、在純的半導(dǎo)體硅中摻入硼，在一定的溫度下，當(dāng)摻入的濃度增加時(shí)，費(fèi)米能級(jí)向（ A ）移動(dòng)；當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度從室溫逐步增加，費(fèi)米能級(jí)向( C )移動(dòng)。A.Ev ； B.Ec

4、； C.Ei； D. EF9、把磷化鎵在氮?dú)夥罩型嘶?，?huì)有氮取代部分的磷，這會(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。10、對(duì)于大注入下的直接復(fù)合，非平衡載流子的壽命不再是個(gè)常數(shù)，它與（ C ）。A.非平衡載流子濃度成正比 ； B.平衡載流子濃度成正比； C.非平衡載流子濃度成反比； D.平衡載流子濃度成反比。11、雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn)過(guò)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 ）。 A.變大，變小 ； B.變小，變大； C.變小，變?。?D.變大，變大。12、如在半導(dǎo)

5、體的禁帶中有一個(gè)深雜質(zhì)能級(jí)位于禁帶中央，則它對(duì)電子的俘獲率（ B ）空穴的俘獲率，它是（ D ）。 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的復(fù)合中心； E. 有效陷阱。13、在磷摻雜濃度為2×1016cm-3的硅襯底（功函數(shù)約為4.25eV）上要做出歐姆接觸，下面四種金屬最適合的是（ A ）。A. In (Wm=3.8eV) ； B. Cr (Wm=4.6eV)； C. Au (Wm=4.8eV)； D. Al (Wm=4.2eV)。14、在硅基MOS器件中，硅襯底和SiO2界面處的固定電荷是（ B ），它的存在使得半導(dǎo)體表面的能帶（ C ）彎曲，在C-V曲線上造成平帶電壓（

6、 F ）偏移。 A.鈉離子 ； B.過(guò)剩的硅離子； C.向下； D.向上； E. 向正向電壓方向； F. 向負(fù)向電壓方向。二、簡(jiǎn)答題：（5+4+6=15分）躍遷過(guò)程1 (0.5分)Ec (0.5分)Ec (0.5分)1、用能帶圖分別描述直接復(fù)合、間接復(fù)合過(guò)程。（4分）躍遷過(guò)程2 (0.5分)Ec (0.5分)Et（或：雜質(zhì)或缺陷能級(jí)）(0.5分)Ec (0.5分)躍遷過(guò)程Ec (0.5分)2、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(xiě)出其主要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。（4分）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（1分

7、）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：，電離雜質(zhì)散射：（根據(jù)題意，未含Ni也可）3、如金屬和一n型半導(dǎo)體形成金屬半導(dǎo)體接觸，請(qǐng)簡(jiǎn)述在什么條件下，形成的哪兩種不同電學(xué)特性的接觸，說(shuō)明半導(dǎo)體表面的能帶情況，并畫(huà)出對(duì)應(yīng)的I-V曲線。（忽略表面態(tài)的影響）（6分）答：在金屬和n型半導(dǎo)體接觸時(shí)，如金屬的功函數(shù)為Wm, 半導(dǎo)體的功函數(shù)為Ws。當(dāng)WmWs時(shí)，在半導(dǎo)體表面形成阻擋層接觸，是個(gè)高阻區(qū)，能帶向上彎曲；（2分）當(dāng)WmWs時(shí)，在半導(dǎo)體表面形成反阻擋層接觸，是個(gè)高電導(dǎo)區(qū)，能帶向下彎曲；（2分）對(duì)應(yīng)的 I-V曲線分別為：VI VI（1分） （1分）三、在時(shí)，某器件顯示出如下的能帶圖：（6+4

8、+4=14分） （）平衡條件成立嗎？試證明之。（6分）i答：成立。（4分）因?yàn)橘M(fèi)米能級(jí)處處相等的半導(dǎo)體處于熱平衡態(tài)（即 ）（2分）或 EFn=EFp=EF （2分）或 np=ni2 （2分）或 J=0 （2分）（）在何處附近半導(dǎo)體是簡(jiǎn)并的？（4分） 答：在靠近L附近 （4分）或 分為三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)各為 2分或 2L/3<x<L（半對(duì)） 2分（）試推導(dǎo)流過(guò)x=x1處的電子的電流密度表達(dá)式？（4分）答： 四、一束恒定光源照在n型硅單晶樣品上，其平衡載流子濃度n0=1014cm-3，且每微秒產(chǎn)生電子空穴為1013cm-3。如n=p=2s，試求光照后少數(shù)載流子濃度。（已知本征載流子濃度n

9、i=9.65×109cm-3）(5分)解：在光照前：光照后：五、在一個(gè)均勻的n型半導(dǎo)體的表面的一點(diǎn)注入少數(shù)載流子空穴。在樣品上施加一個(gè)50V/cm的電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下這些少數(shù)載流子在100s的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)了1cm，求少數(shù)載流子的漂移速率、遷移率和擴(kuò)散系數(shù)。（kT=0.026eV）(6分)解：在電場(chǎng)下少子的漂移速率為：遷移率為： 擴(kuò)散系數(shù)為： 六、 摻雜濃度為ND=1016cm-3的n型單晶硅材料和金屬Au接觸，忽略表面態(tài)的影響，已知：WAu=5.20eV, n=4.0eV, Nc=1019cm-3,ln103=6.9 在室溫下kT=0.026eV, 半導(dǎo)體介電常數(shù)r=12, 0=8

10、.854×10-12 F/m，q=1.6×10-19 庫(kù)，試計(jì)算：(4+4+4=12分) 半導(dǎo)體的功函數(shù)；（4分） 在零偏壓時(shí)，半導(dǎo)體表面的勢(shì)壘高度，并說(shuō)明是哪種形式的金半接觸，半導(dǎo)體表面能帶的狀態(tài)； 半導(dǎo)體表面的勢(shì)壘寬度。（4分）解：由得： （1分） （1分） 在零偏壓下，半導(dǎo)體表面的勢(shì)壘高度為：對(duì)n型半導(dǎo)體，因?yàn)閃mWs，所以此時(shí)的金半接觸是阻擋層（或整流）接觸（1分），半導(dǎo)體表面能帶向上彎曲（或：直接用能帶圖正確表示出能帶彎曲情況）（1分）。 勢(shì)壘的寬度為：（2分） 七、T=300 K下，理想MOS電容，其能帶圖如下圖所示。所施加的柵極偏壓使得能帶彎曲，在Si-SiO

11、2界面EF=Ei。Si的電子親合勢(shì)為4.0 eV ，Nc=1019cm-3。利用耗盡近似，回答下列問(wèn)題：（5+5+5+5+6=26分）EFmEcEvx0.29eV0.59 eVEiEFs （1.5分） （1.5分）1. 半導(dǎo)體中達(dá)到了平衡嗎？為什么？（5分）答：達(dá)到了平衡。因?yàn)榘雽?dǎo)體中EF處處相等（或EFn=EFp=EF，或np=ni2， 或J=0 ）。2. 求出半導(dǎo)體Si-SiO2界面EF=Ei處的電子濃度？同時(shí)繪出與該能帶圖對(duì)應(yīng)的定性電荷塊圖。(1分) (0.5分) (0.5分)或 電荷塊圖見(jiàn)上圖（評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)在電荷塊圖下方）3. 求出ND？（5分）4. 寫(xiě)出VG詳細(xì)表達(dá)式？（5分） 或 如果兩個(gè)n型半導(dǎo)體構(gòu)成的MOS結(jié)構(gòu)除了器件1是Al柵，器件2是Au柵，其它參數(shù)都相同，將導(dǎo)致這兩個(gè)MOS結(jié)構(gòu)的高、低頻C-V特性曲線發(fā)生什么定性變化？試?yán)L出定性高、低頻C-V特性曲線。已知WAl=4.25 eV，WAu=4.75 eV。（6分）（1）VFB(Al)<0, VFB(Au)>0 或：直接在C-V圖中VG坐標(biāo)上明確標(biāo)出VFB(Al)位于VG坐標(biāo)軸負(fù)方向（1分），VFB(Au) 位于VG坐標(biāo)軸正方向（1分