電子科技大學(xué)半導(dǎo)體物理期末考試試卷B試題答案

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20Q年直月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--二二三四五六七八九十合計復(fù)核人簽名得分簽名、填空題：（共16分，每空1分）簡并半導(dǎo)體一般是 重?fù)诫s半導(dǎo)體，這時 電離雜質(zhì)對載流子的散射作用不可忽略。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。電子陷阱存在于 P/空穴型半導(dǎo)體中。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) 。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(bǔ)償?shù)淖饔?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。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。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」/大 。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。有效質(zhì)量 概括了晶體內(nèi)部勢場對載流子的作用, 可通過回旋共振實驗來測量。某N型Si半導(dǎo)體的功函數(shù)Ws是，金屬Al的功函數(shù)Wm是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 。有效復(fù)合中心的能級位置靠近 禁帶中心能級/本征費(fèi)米能級/Ei 。MIS結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面處于臨界強(qiáng)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(qiáng)，稱此時金屬板上所加電壓為 開啟電壓/閾值電壓金屬和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?。┑梅侄⑦x擇題（共15分，每題1分）如果對半導(dǎo)體進(jìn)行重?fù)诫s，會出現(xiàn)的現(xiàn)象是 D禁帶變寬少子遷移率增大多子濃度減小簡并化已知室溫下Si的本征載流子濃度為m1.51010cm3。處于穩(wěn)態(tài)的某摻雜Si半導(dǎo)體中電子濃度n1.51015cm3，空穴濃度為p1.51012cm3，貝U該半導(dǎo)體 A 存在小注入的非平衡載流子存在大注入的非平衡載流子處于熱平衡態(tài)是簡并半導(dǎo)體下面說法錯誤的是 D 。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(fèi)米統(tǒng)計處于低溫弱電離區(qū)的半導(dǎo)體，其遷移率和電導(dǎo)率都隨溫度升高而增大半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶電子都處于導(dǎo)帶底Ec能級位置下面說法正確的是 D ?？昭ㄊ且环N真實存在的微觀粒子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)穩(wěn)態(tài)和熱平衡態(tài)的物理含義是一樣的同一種半導(dǎo)體材料中，電子遷移率比空穴遷移率高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 。無雜質(zhì)污染晶體生長更完整化學(xué)配比更合理宇宙射線的照射作用半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命的大小主要決定于 。復(fù)合機(jī)構(gòu)散射機(jī)構(gòu)禁帶寬度晶體結(jié)構(gòu)若某材料電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，該材料是 A 。本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體簡并半導(dǎo)體對于只含一種雜質(zhì)的非簡并p型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級隨溫度上升而上升下降不變經(jīng)過一極值后趨近EiGaAs具有微分負(fù)電導(dǎo)現(xiàn)象，原因在于在強(qiáng)電場作用下， A。載流子發(fā)生能谷間散射載流子遷移率增大載流子壽命變大載流子濃度變小以下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1014cm-3的P原子；b)摻入濃度1015cm-3的P原子；c)摻入濃度2X1014cm-3的P原子，濃度為1014cm-3的B原子；d)摻入濃度3X1015cm-3的P原子，濃度為2X1015cm-3的B原子A.abedB.bedaC.aebdD.deba

以下4種Si半導(dǎo)體，室溫下功函數(shù)由大到小的順序是a） 摻入濃度1016cm-3的B原子；b） 摻入濃度1016cm-3的P原子；c） 摻入濃度1016cm-3的P原子，濃度為1015cm-3的B原子；d） 純凈硅。abedcdbaadcbdabc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摻入濃度1015cm-3P原子的Si半導(dǎo)體;摻入濃度1014cm-3B原子的Si半導(dǎo)體;摻入濃度1015cm-3P原子Ge半導(dǎo)體；D.摻入濃度1014cm-3B原子Ge半導(dǎo)體。（已知室溫時：Si的本征載流子濃度ni1.51010cm3，Ge的本征載流子濃度ni 2.41013cm3)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d決定于A.B.1rdPA.B.1rdP0C.1rdPD.其它在金屬-SiO2-p型Si構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)中，Si02中分布的可動正電荷不會影響半導(dǎo)體表面勢平帶電壓平帶電容器件的穩(wěn)定性不考慮表面態(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)EcEvE/Ev(a)(b)(c)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)EcEvE/Ev(a)(b)(c)EcEc(d)(e)Ef

eEve呂Ev答:(a)強(qiáng)n型償型(b)弱p型(c)本征型或高度補(bǔ)(d)簡并、p型(e)弱n型(f)強(qiáng)p型的是AA.In(Wm=:eV)B.Cr(Wm：=eV)C.Au(Wm=eV)D.Al(Wm=:eV)0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)(10(10平帶電壓：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??；蛘呤拱雽?dǎo)體內(nèi)沒有能帶彎曲時所加的柵電壓。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。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）1方法⑴：C-V測試法：a）采用金半接觸結(jié)構(gòu)，測試C-V曲線，可以得到冷：V平帶電壓：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。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。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）1方法⑴：C-V測試法：a）采用金半接觸結(jié)構(gòu)，測試C-V曲線，可以得到冷：V曲C線為一條直線，斜率為2一qsND（Na），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d。，再結(jié)合最小值可以求出摻雜濃度；（4分）方法⑵：霍耳效應(yīng)?；舳鷮嶒炛校鶕?jù)lx,Bz，d，測出霍耳電壓Vh，由霍耳電壓正負(fù)判斷導(dǎo)電類型，因為Rh——，因此求出霍耳系數(shù) Rh；再根據(jù)RhIxBz pq1Rh求出載流子濃度。（4分）nq4.在一維情況下，描寫非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運(yùn)動規(guī)律的連續(xù)方程為:|日丄pP日PgpxX p2PD PDP 2 Pt X，請說明上述等式兩邊各個單項所代表的物理意義。分）答：丄一一在X處，t時刻單位時間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（1分）t2Dp」|——由于擴(kuò)散，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù)； （1分）x(1pE—pP-^――由于漂移，單位時間、單位體積中空穴的積累數(shù);(1x x分）TOC\o"1-5"\h\z——由于復(fù)合，單位時間、單位體積中空穴的消失數(shù)； （1分）pgp――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）I得分四、計算題（共38分，8+10+10+10,共4題）有一塊半導(dǎo)體硅材料，已知在室溫下（300K）它的空穴濃度為po=X1016cm-3,室溫10 -3時硅的Eg=，ni=X10cm，koT=。 （8分）⑴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；⑵計算費(fèi)米能級的位置解：（1）（2分）因為P0n。，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(fèi)米能級在禁帶中線下處。（1分+2分+1分）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，禁帶寬度為，ni1.51010cm3，試求：1） Si半導(dǎo)體費(fèi)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)體與銀接觸后是否能夠形成阻擋層？已知銀的功函數(shù)為Wa9=。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koT=，Si介電常數(shù)&r=12，&0=X10-14F/cm，q1.61019C）（10

1710解：1）費(fèi)米能級：EfEik°Tln 解：1）費(fèi)米能級：Ef(2分)即位于禁帶中心以下eV位置(即qVB=eV)功函數(shù)：W(2分)即位于禁帶中心以下eV位置(即qVB=eV)功函數(shù)：WsEnEg/2qVB5.03(eV)(2分)2）對于p型S,因為WsWm能夠形成空穴阻擋層(2分)(2(2分)3）半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘高度：qVDWmWs 0.22（eV）勢壘寬度：X勢壘寬度：Xd2r0VDqNA142128.8510 0.225.4106(cm)(2分)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=x1015/cm3,SiO2厚度0.2mm,S?介電常數(shù)，Si介電常數(shù)12。1）求開啟電壓Vt；2）若SiO^Si界面處存在固定的正電荷，實驗測得Vt=,求固定正電荷的電荷量。(koT=,Si:n1.10 3510cm,-14,￡0=X10F/cm,q1.610 171.61010 171.61010(10分)解：1）費(fèi)米勢：Vb巧“(NAq ni)0.36(V)(2分）表面電何量：QsqNAXdm1qNA 2qNA6.05108(C)(1分）絕緣層電容：C0ri0/d0 1.72108(F/cm2)(1分）開啟電壓：VtV0QsVs -C。2Vb 3.50.724.22(V)(2分）分）固定電荷量：QfC VTC02.79108(C)分）4.Pt/Si肖特基二極管在T=300K時生長在摻雜濃度為ND=1016cm-3的n型<100>Si上。肖特基勢壘高度為。計算1）En=Ec-Ef,2）qVD,,3）忽略勢壘降低時的JSt，