復習題-半導體物理學

復習題-半導體物理學（總10頁）-本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可--內頁可以根據(jù)需求調整合適字體及大小-15一、填空題半導體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是（電離雜質散射）和（晶格振動散射）。純凈半導體Si中摻V族元素的雜質，當雜質電離時釋放（電子）。這種雜質稱（施主）雜質；相應的半導體稱（N）型半導體。當半導體中載流子濃度的分布不均勻時，載流子將做（擴散）運動；在半導體存在外加電壓情況下，載流子將做（漂移）運動。nopo=ni2標志著半導體處于（熱平衡）狀態(tài)，當半導體摻入的雜質含量改變時，乘積nopo改變否？（不改變）；當溫度變化時，nopo改變否？（改變）。硅的導帶極小值位于布里淵區(qū)的（＜100＞方向上），根據(jù)晶體對稱性共有（6）個等價能谷。n型硅摻As后，費米能級向（Ec或上）移動，在室外溫度下進一步升高溫度，費米能級向（Ei或下）移動。半導體中的陷阱中心使其中光電導靈敏度（增加），并使其光電導衰減規(guī)律（衰減時間延長）。若用氮取代磷化鎵中的部分磷，結果是（禁帶寬度Eg增大）；若用碑的話，結果是（禁帶寬度Eg減?。?。已知硅的Eg為eV，則本征吸收的波長限為（微米）；Ge的Eg為eV，則本征吸收的波長限為（微米）。復合中心的作用是（促進電子和空穴復合），起有效復合中心的雜質能級必須位于（Ei或禁帶中心線），而對電子和空穴的俘獲系數(shù)rn或rp必須滿足（rn=rp）有效陷阱中心位置靠近（Ef或費米能級）計算半導體中載流子濃度時，不能使用波爾茲曼統(tǒng)計代替費米統(tǒng)計的判定條件是（Ec-EF42k°T以及EF-Ev42k0T）,這種半導體被稱為（簡并半導體）。PN結電容可分為（擴散電容）和（勢壘電容）兩種。

14.純凈半導體14.純凈半導體Si中摻III族元素的雜質，當雜質電離時在Si晶體的共價鍵中產(chǎn)生了一個（空穴），這種雜質稱（受主）雜質；相應的半導體稱（P）型半導體。半導體產(chǎn)生光吸收的方式（本征）、（激子）、（雜質）、（晶格振動）。半導體吸收光子后產(chǎn)生光生載流子，在均勻半導體中是（電導率）增加，可制成（光敏電阻）；在存在自建電場的半導體中產(chǎn)生（光生伏特），可制成（光電池）；光生載流子發(fā)生輻射復合時，伴隨著（發(fā)射光子），這就是半導體的（發(fā)光）現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象可制成（發(fā)光管）。如果電子從價帶頂躍遷到導帶底時波矢k不發(fā)生變化，則具有這種能帶結構的半導體稱為（直接禁帶半導體），否則稱為（間接禁帶半導體），那么按這種原則分類，GaAs屬于（直接）禁帶半導體。簡并半導體一般是（重）摻雜半導體，這時（電離雜質）對載流子的散射作用不可忽略。熱平衡條件下，半導體中同時含有一種施主雜質和一種受主雜質情況下的電中性條件是（p0+nD+=n0+pA-）有效質量概括了晶體內部勢場對載流子的作用，可通過（回旋共振）實驗來測量。半導體中的載流子復合可以有很多途徑，主要有兩大類：（帶間電子-空穴直接復合）和（通過禁帶內的復合中心進行復合）。二、選擇題.本征半導體是指（A）的半導體。A.不含雜質和缺陷B.電阻率最高C.電子密度和空穴密度相等D.電子密度與本征載流子密度相等.在P型半導體中（C）A.電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子B.空穴的數(shù)量略多于電子C.空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子D.沒有電子.當PN結外加反向電壓時，擴散電流與漂移電流的關系及耗盡層寬度的變化為（B）。A.擴散電流大于漂移電流、耗盡層變寬B.擴散電流小于漂移電流、耗盡層變寬C.擴散電流大于漂移電流、耗盡層變窄D.擴散電流小于漂移電流、耗盡層變窄.PN結擊穿主要有下列哪三種物理機制（A）A.雪崩擊穿、隧道擊穿、熱電擊穿B.高壓擊穿、躍遷擊穿、熱電擊穿C.雪崩擊穿、隧道擊穿、自發(fā)擊穿D.隧道擊穿、自發(fā)擊穿、躍遷擊穿.某一處于熱平衡狀態(tài)下的非簡并半導體摻有施主雜質濃度為ND=5x1017cm-3,當溫度為300K時雜質已全部電離，已知本征載流子濃度為ni=10i5cm-3,則電子和空穴濃度分別為（B）。A．n0=2x1015cm-3，p0=1x1017cm-3B．n0=5x1017cm-3，p0=2x1012cm-3C．n0=5x1017cm-3，p0=2x1015cm-3D．n0=2x1015cm-3，p0=5x1015cm-3.在n型半導體中（C）A.空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子B.空穴的數(shù)量略多于電子C.電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子D.沒有電子.雜質半導體中的載流子輸運過程的散射機構中，當溫度升高時，電離雜質散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（B）。A.變大，變??；B.變小，變大；C.變小，變?。籇.變大，變大。.當PN結外加正向電壓時，擴散電流與漂移電流的關系及耗盡層寬度的變化為（C）。A.擴散電流大于漂移電流、耗盡層變寬B.擴散電流小于漂移電流、耗盡層變寬C.擴散電流大于漂移電流、耗盡層變窄D.擴散電流小于漂移電流、耗盡層變窄.如果雜質既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質稱為（F）。A.施主B.受主C.復合中心D.陷阱F.兩性雜質.半導體中少數(shù)載流子壽命的大小主要決定于（A）A、復合機構B、散射機構C、禁帶寬度D、晶體結構.對大注入條件下，在一定的溫度下，非平衡載流子的壽命與（D）。A、平衡載流子濃度成正比B、非平衡載流子濃度成正比C、平衡載流子濃度成反比D、非平衡載流子濃度成反比.最有效的復合中心能級位置在（D）附近；最有利陷阱作用的能級位置在（C）附近，常見的是（E）陷阱。A、EAB、EDC、EFD、EiE、少子F、多子.電子在晶體中的共有化運動時指（C）A、電子在晶體中各處出現(xiàn)的幾率相同B、電子在晶體原胞中個點出現(xiàn)的幾率相同C、電子在晶體各原胞對應點出現(xiàn)的幾率相同D、電子在晶體各原胞對應點有相同位相.||-VI族化合物半導體中的M空位Vm是（A）A、點陣中的金屬原子空位B、點陣中的原子間隙C、一種在禁帶中引入施主能級的點缺陷D、一種在禁帶中引入受主能級的位錯.自補償效應的起因是（B）A、材料中先已預存在某種深能級雜質B、材料中先已預存在某種深能級缺陷*摻入的雜質是雙性雜質D、摻雜導致某種缺陷產(chǎn)生.若某半導體導帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，則該半導體必定（D）A、不含施主雜質B、不含受主雜質C、不含任何雜質D、處于絕對零度.半導體中的載流子擴散系數(shù)的大小取決于（B）A、復合機構B、散射機構C、能帶結構D、晶體結構.硅中摻金的工藝主要用于制造（C）器件A、高可靠性B、高反壓C、高頻D、大功率.欲在摻雜適度的無表面態(tài)n型硅上做歐姆電極，以下四種金屬中最合適的是（A）A、In（Wm=eV）B、Cr（Wm=eV）C、Au（Wm=eV）D、Al（Wm=eV）.在光電轉換過程中，硅材料一般不如GaAs量子效率高，其因是（A）A、禁帶較窄B、禁帶是間接型躍遷C、禁帶較寬D、禁帶是直接型躍遷.GaAs的導帶極值位于布里淵區(qū)（A）八、中心B、＜111＞方向邊界處C、＜100＞方向邊界處D、＜110＞方向邊界處.重空穴指的是（C）A、質量較大的原子組成的半導體中的空穴B、價帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C、價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴口、自旋-軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴.對于III-V族化合物半導體，隨著平均原子序數(shù)的增加（B）A、禁帶寬度增大B、禁帶寬度減小C、最低的導帶極小值從布里淵區(qū)中心移向邊界D、最低的導帶極小值在布里淵區(qū)中心不變.根據(jù)費米分布函數(shù)，電子占據(jù)（EF+KT）能級的幾率（B）A、等于空穴占據(jù)（EF+KT）能級的幾率B、等于空穴占據(jù)（EF-KT）能級的幾率C、大于電子占據(jù)EF的幾率D、大于空穴占據(jù)EF的幾率.對于只含一種雜質的非簡并n型半導體，費米能級EF隨溫度上升而（D）A、單調上升B、單調下降C、經(jīng)過一極小值趨近EiD、經(jīng)過一極大值趨近Ei.某材料的電阻率隨溫度上升而先下降后上升，該材料是（C）A、金屬B、本征半導體C、摻雜半導體D、高純化合物半導體.如果在神州十號太空實驗室里，生長的GaAs具有很高的載流子遷移率，這是因為（C）的緣故。A、無雜質污染B、受較強的宇宙射線照射C、晶體生長完整性好D、化學配比合理三、名詞解釋非平衡載流子的壽命：非平衡載流子的平均生存時間。遷移率：單位場強下電子平均飄移速度。光生伏特效應：由于光子的吸收在非均勻半導體中形成內建電場，半導體內部產(chǎn)生電動勢（光生電壓），將半導體外部短路則出現(xiàn)電流（光生電流）。這種由內建電場引起的光電效應，稱為光生伏特效應。非平衡載流子的壽命：非平衡載流子的平均生存時間。載流子平均自由時間：載流子在電場中作漂移運動時，只有在連續(xù)兩次散射之間的時間稱為自由時間，取極多次而求平均值，則稱之為載流子的平均自由時間。肖特基接觸：金屬與半導體的接觸是整流接觸，形成阻擋層，即肖特基接觸。光子本征吸收：半導體吸收光子的能量使價帶中的電子激發(fā)到導帶，在價帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過程叫本征吸收。電子有效質量：該參數(shù)將晶體導帶中電子的加速度與外加的作用力聯(lián)系起來，該參數(shù)包含了晶體中的內力。狀態(tài)密度函數(shù)：有效量子態(tài)的密度。它是能量的函數(shù)，表示單位體積代為能量中的量子態(tài)數(shù)量。雜質補償半導體：同一半導體區(qū)域內既含有施主雜質又含有受主雜質的半導體。簡并半導體：電子或空穴的濃度大于有效狀態(tài)密度，費米能級位于導帶中（n型）或價帶中（p型）。非簡并半導體：摻入相對較少的施主（和）或受主雜質，使得施主和（或）受主能級分離、無相互作用的半導體。本征半導體：沒有雜質原子且晶體中午晶格缺陷的純潔半導體材料。準費米能級：電子和空穴的住費米能級分別將電子和空穴的非平衡狀態(tài)濃度與本征載流子濃度以及本征費米能級聯(lián)系起來。線性緩變結：pn結一側的摻雜濃度遠大于另一側的摻雜濃度。四、簡答簡述金屬半導體肖特基接觸的整流特性形成機制。答：在金屬半導體接觸中，金屬一側勢壘高度不隨外加電壓而變，半導體一側勢壘高度與外加電壓相關。因此，當外加電壓使半導體一側勢壘高度降低時，形成從半導體流向金屬的凈電流密度，且隨外加電壓而變化；反之，則是從金屬到半導體的電流密度，該電流較小，且與外加電壓幾乎無關。這就是金屬半導體接觸整流特性。簡述準費米能級的概念。答：處于非平衡狀態(tài)的半導體的導帶和價帶之間處于不平衡狀態(tài)，而導帶和價帶中的電子各自處于平衡態(tài)。這時系統(tǒng)無統(tǒng)一的費米能級，但費米能級和統(tǒng)計分布函數(shù)對導帶和價帶各自仍然是適用的。為了描述同一能帶內平衡而能帶間非平衡的狀態(tài)，引入導帶費米能級和價帶費米能級，即準費米能級概念，它們是局部的費米能級。簡單討論不同溫度區(qū)間內p型半導體的載流子濃度（要說明電中性條件）。答：低溫弱電離區(qū)：電中性條件為Po=Pa。受主雜質部分電離，空穴全部由雜質電離提供，空穴濃度等于電離雜質濃度。強電離（飽和區(qū)）：電中性條件為p0=NA,pA=D+NA。受主雜質全部電離，雜質電離對載流子濃度起主導作用，空穴濃度等于受主雜質濃度。過渡區(qū)：電中性條件為p0=NA+n0。本征激發(fā)和雜質電離對載流子濃度共同起作用，空穴濃度等于受主雜質濃度與本征載流子濃度之和。高溫本征激發(fā)區(qū)：電中性條件為p0=n0,本征激發(fā)對載流子濃度起主導作用，空穴濃度等于本征載流子濃度。分別畫圖說明平衡狀態(tài)下、正向偏壓和反向偏壓下的pn結能帶結構圖。平衡狀態(tài)：pn結p區(qū)、n區(qū)具有統(tǒng)一的費米能級，能帶的彎曲量正好補償了n區(qū)和p區(qū)的費米能級之差，即qVD二Ef/Efp。水平線，在空穴擴散區(qū)斜線上升，到注入空穴為零處Efp與EFn相等；EFn從n型中性區(qū)到邊界pp'處為一水平線，在電子擴散區(qū)斜線下降，到注入電子為零處EFn與EFp相等。準費米能級間距EFn-EFp=qK能帶彎曲q(VD-V)。反向偏壓：反向偏壓下準費米能級的變化規(guī)律與正向偏壓情況正好相反，EFn和EFp的相對位置發(fā)生了變化。準費米能級間距EFp-EFn=qV，能帶彎曲q(VD+V)。什么是載流子散射主要散射機制是什么答：熱運動中的載流子，由于晶格熱振動或電離雜質以及其它因素的影響，不斷地遭到散射，其速度的大小和方向不斷地在改變著，這就是載流子的散射；主要的散射機構是電離雜質散射和晶格振動散射。簡單討論不同溫度區(qū)間內n型半導體的載流子濃度（要說明電中性條件）。答：低溫弱電離區(qū)：電中性條件為n=nD+。施主雜質部分電離，自由電子全部由雜質電離提供，自由電子濃度等于電離雜質濃度。強電離（飽和區(qū)）：電中性條件為n0=ND,nD=DND。施主雜質全部電離，雜質電離對載流子濃度起主導作用，自由電子濃度等于施主雜質濃度。過渡區(qū)：電中性條件為n0=ND+p0。本征激發(fā)和雜質電離對載流子濃度共同起作用，自由電子濃度等于施主雜質濃度與本征載流子濃度之和。高溫本征激發(fā)區(qū)：電中性條件為n0=p0，本征激發(fā)對載流子濃度起主導作用，自由電子濃度等于本征載流子濃度。簡單說明pn結的作用和用途答：通常pn結有如下作用和用途①pn結中由于空間電荷區(qū)作用，形成對電子運動有阻礙的勢壘，載流子通過這個勢壘時，按它的運動方向有難有易，利用這種現(xiàn)象可以制成二極管。②當光照射pn結時，由于自建電場的作用，是光照產(chǎn)生的電子-空穴對定向運動形成光電流。利用這種現(xiàn)象的器件有太陽能電池、放射線、紅外線探測器③利用pn結電容與偏壓的關系可制成變容二極管。④利用高摻雜濃度制成隧道二極管，利用其獨特的負阻特性。⑤當pn結上施加壓力時，電導率有明顯的變化。利用這種原理看制造力敏器件?！觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥觥龃穑簹W姆接觸是金屬與半導體接觸時具有線性和對稱的電流電壓關系，其接觸電阻遠小于材料電阻，且金屬與半導體之間無少數(shù)載流子注入。形成歐姆接觸的方法有三種。選擇合適電阻，使金屬與半導體之間不形成勢壘而形成表面積累層。但由于表面態(tài)存在，是半導體表面總有一個耗盡層，且不受金屬的影響，所以實質上選用的是低勢壘歐姆接觸。選取的原則：從理論上講，金屬的功函數(shù)必須小于n型半導體的功函數(shù)，或大于p型半導體的功函數(shù)。半導體表面噴砂或粗磨，產(chǎn)生大量的缺陷，形成復合中心，是表面耗盡區(qū)的復合成為控制電流的主要機構，接觸電阻大大降低，近似稱為歐姆接觸。在靠近金屬的半導體表面薄層用一定工藝方法形成高摻雜層，使半導體與金屬接觸時形成的表面耗盡層很薄，以至發(fā)生隧道效應。具有較小的接觸電阻，獲得接近理想的歐姆電阻。五、計算題銻化銦的禁帶寬度Eg=,相對介電常數(shù)￡:17,電子的有效質量m；=，m0為電子的慣性質量，根據(jù)氫原子模型計算施主雜質的電離能。(P55頁第7題)9型硅中，摻雜濃度ND=10i6cm-3,光注入的非平衡載流子濃度An=Ap=10i4/r/