電子科技大學(xué)2010半導(dǎo)體物理期末考試試卷A試題答案

1、電子科技大學(xué)二零一零至二零一一學(xué)年第一 學(xué)期期 末 考試1對(duì)于大注入下的直接輻射復(fù)合，非平衡載流子的壽命與（D ）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. 非平衡載流子濃度成反比2有3個(gè)硅樣品，其摻雜情況分別是：甲 含鋁110 cm 乙.含硼和磷各110 cm 丙.含鎵110 cm-3-15-3-17-3-17室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的順序是（C ）A. 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙D. 丙甲乙3題2中樣品的電子遷移率由高到低的順序是（ B ）4題2中費(fèi)米能級(jí)由高到低的順序是（ C ）5. 歐姆接觸是指（ D ）的金屬一半導(dǎo)體接觸A.

2、W = 0msC. W 0B. W 0msD. 阻值較小且具有對(duì)稱(chēng)而線性的伏安特性ms6有效復(fù)合中心的能級(jí)必靠近( A )A. 禁帶中部B.導(dǎo)帶C.價(jià)帶D.費(fèi)米能級(jí)n）pn0n8半導(dǎo)體中載流子的擴(kuò)散系數(shù)決定于其中的( A )p0A.散射機(jī)構(gòu)C.雜質(zhì)濃變梯度B. 復(fù)合機(jī)構(gòu)D.表面復(fù)合速度9MOS 器件絕緣層中的可動(dòng)電荷是（ C ）A. 電子 B. 空穴10以下4種半導(dǎo)體中最適合于制作高溫器件的是（ D ）A. Si B. Ge C. GaAsC. 鈉離子D. 硅離子D. GaN得分二、解釋并區(qū)別下列術(shù)語(yǔ)的物理意義（30 分，共4 題）1. 有效質(zhì)量、縱向有效質(zhì)量與橫向有效質(zhì)量（7 分）答：有效質(zhì)

3、量：由于半導(dǎo)體中載流子既受到外場(chǎng)力作用，又受到半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)作用。有效概括了半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)的作用，使外場(chǎng)力和載流子加速度直接聯(lián)系起來(lái)。在直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的有效質(zhì)量后，可以很方便的解決電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(3分)k縱向有效質(zhì)量、橫向有效質(zhì)量：由于 空間等能面是橢球面，有效質(zhì)量各向異性，在回旋共振實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)晶軸有不同取向時(shí)，可以得到為數(shù)不等的吸收峰。我們引入縱向有效質(zhì)量跟橫向有效質(zhì)量表示旋轉(zhuǎn)橢球等能面縱向有效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量。(4分)2. 擴(kuò)散長(zhǎng)度、牽引長(zhǎng)度與德拜長(zhǎng)度（7 分）答：擴(kuò)散長(zhǎng)度：指的是非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離。由擴(kuò)散系數(shù)和材料非平衡載流子的壽

4、命決定，即L= (2分)牽引長(zhǎng)度：指的是非平衡載流子在電場(chǎng) 作用下，在壽命 時(shí)間內(nèi)所漂移的距離，即L ( )=(2分)德拜長(zhǎng)度：它是徳拜在研究電解質(zhì)表面極化層時(shí)提出的理論上的長(zhǎng)度，用來(lái)描寫(xiě)正離子的電場(chǎng)所能影響到電子的最遠(yuǎn)距離。對(duì)于半導(dǎo)體，表面空間電荷層厚度隨襯底摻雜濃度介電常數(shù)、表面電勢(shì)等多種因素而改變，但其厚度的數(shù)量級(jí)用一個(gè)特稱(chēng)長(zhǎng)度德拜長(zhǎng)度LD表示。(3分)3. 費(fèi)米能級(jí)、化學(xué)勢(shì)與電子親和能（8 分）答：費(fèi)米能級(jí)與化學(xué)勢(shì)：費(fèi)米能級(jí)表示等系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對(duì)外做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個(gè)電子所引起系統(tǒng)自由能的變化，等于系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)。處于熱平衡的系統(tǒng)有統(tǒng)一的化學(xué)勢(shì)。這時(shí)的化學(xué)勢(shì)等于系統(tǒng)的費(fèi)

5、米能級(jí)。費(fèi)米能級(jí)和溫度、材料的導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)含量、能級(jí)零點(diǎn)選取有關(guān)。費(fèi)米能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)水平。費(fèi)米能級(jí)位置越高，說(shuō)明較多的能量較高的量子態(tài)上有電子。隨之溫度升高，電子占據(jù)能量小于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)的幾率下降，而電子占據(jù)能量大于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)的幾率增大。(6分)電子親和能：表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的的最小能量。(2分)4. 復(fù)合中心、陷阱中心與等電子復(fù)合中心（8 分）答：復(fù)合中心：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷可以在禁帶中形成一定的能級(jí)，這些能級(jí)具有收容部分非平衡載流子的作用，雜質(zhì)能級(jí)的這種積累非平衡載流子的作用稱(chēng)為陷阱效應(yīng)。把產(chǎn)生顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱(chēng)為陷阱中心。(4分)等電子復(fù)合

6、中心：在III-V族化合物半導(dǎo)體中摻入一定量與主原子等價(jià)的某種雜質(zhì)原子，取代格點(diǎn)上的原子。由于雜質(zhì)原子與主原子之間電性上的差別，中性雜質(zhì)原子可以束縛電子或空穴而成為帶電中心。帶電中心吸引與被束縛載流子符號(hào)相反的載流子，形成一個(gè)激子束縛態(tài)。這種激子束縛態(tài)叫做等電子復(fù)合中心。(4分)得分三、 問(wèn)答題（共20 分，1010，共二題）1. 如金屬和一p 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-V10 分）答：在金屬和p 型半導(dǎo)體接觸時(shí)，如金屬的功函數(shù)為W , 半導(dǎo)體的功函數(shù)為W 。ms當(dāng)W W 3 分）sm當(dāng)W W 3

7、分）sm對(duì)應(yīng)的 I-V曲線分別為：IIVV222.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： Expt2ppxpg ，請(qǐng)說(shuō)明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)所代表的物理意 DE px2ppppp10 分）p答： 在 x 處，t 2 分）t p2D2 分）x2p Expx p2 分） Eppp2 分）pg 2 分）p得 分四、 計(jì)算題（共 30 分，1515，共 2 題）1 、 有 一 金 屬 與 n 型 S 單 晶 接 觸 形 成 肖 特 基 二 極 管 ， 已 知 Wm= ， Xs= ，i-3 cm ,N cm 。若忽略表面態(tài)的影響，試計(jì)19-315D 10 ，10 C）-1

8、4-190 半導(dǎo)體 Si 的費(fèi)米能級(jí)的位置；(3 分) 在零偏壓時(shí)勢(shì)壘高度與接觸電勢(shì)差；(4 分) 勢(shì)壘寬度；(4 分) 在正偏壓為時(shí)熱電子發(fā)射電流，設(shè)A*/A=, A=120A/cm . (4分)21）由N =n =N可得：D0CE E =K T=(eV)C- F0（2）W =X +(E -E (eV)SSCF所以勢(shì)壘高度：qV =W -W 接觸電勢(shì)差：V =(eV)DmsD（3）X =d（4）金屬一邊的勢(shì)壘高度：q =qV +E =+=(eV)Dn所以在時(shí)，J=A*T2-1)120300210 ( )-22.有一金屬板與n型Si相距m =1,ra當(dāng)金屬端加負(fù)電壓時(shí)，半導(dǎo)體處于耗盡狀態(tài)。如圖所示。N =10 cm 。16-3D(15分) 求耗盡層內(nèi)電勢(shì)的分布V(x)；(7分) 當(dāng) 時(shí)的耗盡層寬度 和最大耗盡寬度 的表達(dá)式；(8分)XdXdm qN解1）根據(jù)耗盡層近似，空間電荷區(qū)的電荷密度為 (x)= ,故泊松方程可寫(xiě)為 :D(1)因半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，并假設(shè)體內(nèi)電勢(shì)為零，則右邊界條件x x-xx x( ) = - = = 0