《上海交通大學(xué)半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)考研模擬五套卷與答案解析》-3.22

版權(quán)所有翻印必究目錄Ⅰ模擬五套卷 4上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷一 4上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷二 6上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷三 8上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷四 10上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷五 12Ⅱ答案解析與思路點(diǎn)撥 14模擬卷一答案解析與思路點(diǎn)撥 14模擬卷二答案解析與思路點(diǎn)撥 25模擬卷三答案解析與思路點(diǎn)撥 37模擬卷四答案解析與思路點(diǎn)撥 47模擬卷五答案解析與思路點(diǎn)撥 57

Ⅰ模擬五套卷上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷一試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.半導(dǎo)體中電子的有效質(zhì)量有哪些特性？引入有效質(zhì)量的意義是什么？GaAs中導(dǎo)帶最低能谷電子的有效質(zhì)量為m*n1，次低能谷中電子的有效質(zhì)量為m*n2，它們倆誰大？為什么？2.在實(shí)際應(yīng)用中的半導(dǎo)體材料中，總會(huì)存在一定的雜質(zhì)和缺陷。這些不同的雜質(zhì)元素會(huì)在半導(dǎo)體中產(chǎn)生淺能級(jí)或深能級(jí)，而我們將這些能級(jí)相對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)或深能級(jí)雜質(zhì)，它們對(duì)半導(dǎo)體有著不同的影響。那么，請(qǐng)簡(jiǎn)述深能級(jí)雜質(zhì)與淺能級(jí)雜質(zhì)的區(qū)別。3.利用整流特性形成的肖特基二極管與PN結(jié)具有相同的單向?qū)щ娦裕志哂酗@著區(qū)別于PN結(jié)的特點(diǎn)。請(qǐng)簡(jiǎn)述PN結(jié)與肖特基二極管的不同，并回答在VLSI中用哪個(gè)，為什么？4.分析雙極晶體管的共基極電流增益的基本組成，并就不同的部分說明其含義和定義。二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當(dāng)外加102V/m，107V/m的電場(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子自能帶底運(yùn)動(dòng)到能帶頂所需的時(shí)間。2.（15分）摻磷的n型硅，已知磷的電離能為0.044eV，求室溫下雜質(zhì)一般電離時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置和磷的濃度。3.（15分）設(shè)處于熱平衡狀態(tài)的非均勻N型半導(dǎo)體，其施主雜質(zhì)濃度隨橫軸X增加而下降，證明愛因斯坦關(guān)系式：4.（10分）試計(jì)算本征Si在室溫時(shí)的電導(dǎo)率，設(shè)電子和空穴遷移率分別為1350cm2/V·S和500cm2/V·S。當(dāng)摻入百萬分之一的As后，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試計(jì)算其電導(dǎo)率。比本征Si的電導(dǎo)率增大了多少倍？三、計(jì)算題（每題15分）1.某硅突變結(jié)的QUOTENA=1×cm?3，QUOTEND=5×cm?3QUOTEND=5×cm?3QUOTEND=5×cm?3QUOTEND=5×cm?3，試計(jì)算平衡狀態(tài)下的：（1）內(nèi)建電勢(shì)QUOTEVbi；能否用電壓表直接測(cè)量PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)Vbi？如果不能，試解釋其原因；（2）P區(qū)耗盡區(qū)寬度QUOTExp,N區(qū)耗盡區(qū)寬度QUOTExn及總的耗盡區(qū)寬度；（3）最大電場(chǎng)強(qiáng)度QUOTEEmax；2.若鍺中雜質(zhì)電離能△ED＝0.01eV，施主雜質(zhì)濃度分別為ND＝1014cm-3及1017cm-3，計(jì)算（1）99%電離，（2）90%電離，（3）50%電離時(shí)溫度各為多少？3如圖所示為MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線的一部分，已給出，（1）判斷半導(dǎo)體的類型；（2）求氧化層的厚度；（3）求強(qiáng)反型層，耗盡層的寬度；4.已知突變結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求勢(shì)壘高度。（2）求勢(shì)壘寬度。（3）畫出圖。

上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷二試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.常見的半導(dǎo)體材料Si和Ge，GaAs的能帶圖如下，（1）試判斷這其中的直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體，并說明判斷依據(jù)。（2）對(duì)于GaAs來說，其最低能谷比價(jià)帶頂部高出0.29eV的地方也有一個(gè)極小值，由于這個(gè)能谷的存在使得GaAs與Si和Ge不同的電學(xué)特性，試簡(jiǎn)單簡(jiǎn)述其中原理。2.請(qǐng)分別寫出n型半導(dǎo)體和本征半導(dǎo)體在低溫弱電離區(qū)，強(qiáng)電離區(qū)，過渡區(qū)，本征激發(fā)區(qū)的電中性方程。3.電阻率是衡量半導(dǎo)體導(dǎo)電性的重要指標(biāo)，其深受溫度的影響。請(qǐng)簡(jiǎn)述純半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系，并繪制關(guān)系曲線圖。4.解釋MIS結(jié)構(gòu)的Q-V特性，并繪制特性曲線圖。二、計(jì)算題（共50分）1.（15分）摻施主雜質(zhì)的ND＝1015cm-3n型硅，由于光的照射產(chǎn)生了非平衡載流子Δn＝Δp＝1014cm-3。試計(jì)算這種情況下準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的位置，并和原來的費(fèi)米能級(jí)做比較。2.（10分）鋁柵P溝道MOSFET具有以下參數(shù)：。試計(jì)算其閾電壓；并計(jì)算出當(dāng)時(shí)的飽和漏極電流。3.（10分）已知某硅PN結(jié)當(dāng)外加0.3V正向電壓時(shí)的擴(kuò)散電容為35pF，試計(jì)算當(dāng)外加0.4V正向電壓時(shí)的擴(kuò)散電容。4.（15分）一塊電阻率為3Ω·cm的n型硅樣品，空穴壽命，再其平面形的表面處有穩(wěn)定的空穴注入，過?？昭舛龋?jì)算從這個(gè)表面擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部的空穴電流密度，以及在離表面多遠(yuǎn)處過?？昭舛鹊扔?012cm-3？三、計(jì)算題（每題15分）1.設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量Ec（k）和價(jià)帶極大值附近能Ev（k）分別為：m0為電子慣性質(zhì)量，。試求：①禁帶寬度；②導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；③價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；2.光照N型半導(dǎo)體，光被均勻吸收，光生非平衡空穴的產(chǎn)生率為gP=5*1019,壽命為=1us。（1）光照開始后，非平衡空穴在半導(dǎo)體中隨時(shí)間的變化規(guī)律。（2）穩(wěn)定時(shí)，非平衡空穴的濃度。（3）畫出該半導(dǎo)體在光照前后（小注入）前后的能帶圖，并標(biāo)出原來的費(fèi)米能級(jí)和光照時(shí)的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。3.一個(gè)均勻摻雜的NPN型硅雙極晶體管工作于正向有源區(qū)。B-C結(jié)加反偏電壓3V?；鶇^(qū)寬度為1.10um。晶體管摻雜濃度為。（1）T=300K時(shí)，B-E結(jié)電壓為何值時(shí)，x=0處的少子濃度是多子空穴濃度的10%？（2）在該偏置下，確定x`=0處少子空穴濃度。（3）計(jì)算中性基區(qū)寬度。4.設(shè)電子遷移率為，Si的電導(dǎo)有效質(zhì)量，加以強(qiáng)度為104V/m的電場(chǎng)，（1）試求平均自由時(shí)間；（2）試求平均自由程；（3）試證明Si的電導(dǎo)有效質(zhì)量滿足。

上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷三試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.解釋理想PN結(jié)，理想MIS結(jié)構(gòu)。2.解釋有效質(zhì)量的定義，并指出引入有效質(zhì)量的意義及其性質(zhì)。3.何為擴(kuò)散電容，何為勢(shì)壘電容？為什么在正向偏壓下以擴(kuò)散電容為主，在反向偏壓下以勢(shì)壘電容為主？4.在雙極晶體管中集電極電流和共射電流增益隨外偏置電壓的變化曲線是怎么樣的？二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）n型硅中，摻雜濃度ND＝1016cm-3，光注入的非平衡載流子濃度Δn＝Δp＝1014cm-3。計(jì)算無光照和有光照時(shí)的電導(dǎo)率。2.（10分）請(qǐng)簡(jiǎn)要說明半導(dǎo)體材料的光電與發(fā)光效應(yīng)的基本機(jī)理，計(jì)算硅半導(dǎo)體材料的本征吸收長(zhǎng)波限。3.（15分）試推導(dǎo)出均勻基區(qū)晶體管的厄爾利電壓和共發(fā)射極增量輸出電阻的表達(dá)式。4.（15分）計(jì)算含有施主雜質(zhì)濃度ND＝9×1015cm-3及受主雜質(zhì)濃度為1.1×1016cm-3的硅在300k時(shí)的電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置。三、計(jì)算題（每題15分）1.（1）什么是半導(dǎo)體k空間中量子態(tài)的分布？給出k的允許值。（2）計(jì)入電子自旋，給出k空間的電子的允許量子態(tài)密度。（3）計(jì)算含有施主雜質(zhì)濃度ND＝9×1015cm-3及受主雜質(zhì)濃度為1.1×1016cm-3的硅在300k時(shí)的電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置。2.一個(gè)均勻摻雜的PNP型硅雙極型晶體管工作于正向有源區(qū)。中性基區(qū)寬度為。摻雜濃度為。（1）計(jì)算。（2）時(shí)，計(jì)算X=0處的nB和X`=0處的PE。（3）畫出器件中少子濃度的分布圖。3.制造晶體管時(shí)一般是在高雜質(zhì)濃度的N型襯底上外延一層N型外延層，再在外延層中擴(kuò)散硼，磷而成的。（1）設(shè)N型硅單晶襯底是摻銻的，銻的電離能為0.039ev，300K時(shí)的費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底下面0.026ev處，計(jì)算銻的濃度和導(dǎo)帶中電子濃度。（2）設(shè)N型外延層雜質(zhì)均勻分布，雜質(zhì)濃度為4.6*1015cm-3，計(jì)算300K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及電子和空穴濃度。（3）在外延層中擴(kuò)散硼后，硼的濃度分布隨樣品深度變化。設(shè)擴(kuò)散層某一深度處硼濃度為5.2*1015cm-3，計(jì)算300K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及電子和空穴濃度。4.若鍺中雜質(zhì)電離能△ED＝0.01eV，施主雜質(zhì)濃度分別為ND＝1014cm-3及1017cm-3，計(jì)算（1）99%電離，（2）90%電離，（3）50%電離時(shí)溫度各為多少？

上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷四試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.繪制隧道效應(yīng)的I-V特性曲線圖，并詳細(xì)解釋原點(diǎn)，2,4,5點(diǎn)處電流形成的原因。2.解釋亞閾值電導(dǎo)的特性和特點(diǎn)。3.畫出直接復(fù)合與間接復(fù)合的能帶圖。4.寫出熱平衡狀態(tài)半導(dǎo)體的判別式，并解釋準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的概念。二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）試計(jì)算電阻率為1Ω.cm的N型硅的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于導(dǎo)帶底EC的位置。假定硅的電子遷移率為1450cm2V-1s-1，本征載流子濃度為1.5×1010cm-3，禁帶寬度為1.1eV，溫度為300K。2.（15分）一個(gè)均勻基區(qū)的n-p-n硅晶體管的基區(qū)雜質(zhì)濃度為8*1016/cm3，發(fā)射區(qū)摻雜濃度為3*1016/cm3，空穴在發(fā)射區(qū)的壽命為10-7s，基區(qū)寬度為0.6μm，空穴的遷移率為500cm2/V?S，電子的遷移率為1500cm2/V?S.假定晶體管的基區(qū)輸運(yùn)因子都等于1，請(qǐng)計(jì)算共發(fā)射極電流放大系數(shù)。3.（15分）試證明突變結(jié)的耗盡區(qū)寬度與摻雜濃度之間有如下關(guān)系:x4.（10分）摻有1.1×1016cm-3硼原子和9×1015cm-3磷原子的Si樣品，試計(jì)算室溫時(shí)多數(shù)載流子和少數(shù)載流子濃度及樣品的電阻率。三、計(jì)算題（每題15分）1.（1）在室溫下，鍺的有效狀態(tài)密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，試求鍺的載流子有效質(zhì)量mn*和mp*。（2）計(jì)算77k時(shí)的Nc和Nv。已知300k時(shí)，Eg＝0.67eV。77k時(shí)Eg＝0.76eV。求這兩個(gè)溫度時(shí)鍺的本征載流子濃度。（3）77k，鍺的電子濃度為1017cm－3，假定濃度為零，而Ec－ED＝0.01eV,求鍺中施主濃度ND為多少？2.（1）試推導(dǎo)出雜質(zhì)濃度為指數(shù)分布0exp（）的中性區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)表達(dá)式。（2）若某具體有這種雜質(zhì)濃度的硅的表面雜質(zhì)濃度為1018cm-3，，試求其內(nèi)建電場(chǎng)的大小。（3）再將此電場(chǎng)與某突變PN結(jié)的耗盡區(qū)中最大電場(chǎng)作比較，該突變PN結(jié)的。3.如圖所示為MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線的一部分，已給出，（1）判斷半導(dǎo)體的類型；（2）求氧化層的厚度；（3）求強(qiáng)反型層，耗盡層的寬度；2622621064.已知突變結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求勢(shì)壘高度。（2）求勢(shì)壘寬度。（3）畫出圖。

上海交通大學(xué)2020年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試卷五試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.一熱平衡非簡(jiǎn)并N型半導(dǎo)體，寫出少數(shù)載流子濃度求解表達(dá)式。為什么制造半導(dǎo)體器件一般都用含有適當(dāng)雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料？2.簡(jiǎn)述簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的定義，并寫出判斷條件。3.簡(jiǎn)述N型硅的電子濃度與溫度的關(guān)系，并繪制曲線圖。4.簡(jiǎn)述雙極晶體管的頻率響應(yīng)以及截止頻率，并列舉幾種提高截止頻率的方法。二、計(jì)算題（共50分）1.（15分）制造晶體管一般是在高雜質(zhì)濃度的n型襯底上外延一層n型的外延層，再在外延層中擴(kuò)散硼、磷而成。設(shè)n型硅單晶襯底是摻銻的，銻的電離能為0.039eV，300k時(shí)的EF位于導(dǎo)帶底下面0.026eV處，計(jì)算銻的濃度和導(dǎo)帶中電子濃度。2.（10分）已知直流電流放大系數(shù)及是隨集電極電流變化的，試分析直流小信號(hào)電流放大系數(shù)與（）的關(guān)系，以及與（）的關(guān)系。3.（10分）一塊半導(dǎo)體材料的壽命是一塊半導(dǎo)體材料的壽命=10，光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子，試求光照突然停止20后，其中非平衡載流子將衰減到原來的百分之幾？4.（15分）試推導(dǎo)出N溝道MOSFET飽和區(qū)跨導(dǎo)和通道電阻的溫度系數(shù)的表達(dá)式（運(yùn)用數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，寫出詳細(xì)過程）。三、計(jì)算題（每題15分）1.某硅突變結(jié)的，，（1）試求、、、的值；（2）求當(dāng)外加0.4V正向電壓和0.4V反向電壓時(shí)和的值；（3）簡(jiǎn)述突變結(jié)與緩變結(jié)的區(qū)別。2.（1）試推導(dǎo)出雜質(zhì)濃度為指數(shù)分布0exp（）的中性區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)表達(dá)式。（2）若某具體有這種雜質(zhì)濃度的硅的表面雜質(zhì)濃度為1018cm-3，，試求其內(nèi)建電場(chǎng)的大小。（3）再將此電場(chǎng)與某突變PN結(jié)的耗盡區(qū)中最大電場(chǎng)作比較，該突變PN結(jié)的。3.（1）請(qǐng)對(duì)發(fā)射極電流集邊效應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。（2）請(qǐng)?zhí)岢隹梢圆捎煤畏N方法來減少發(fā)射極電流集邊效應(yīng)。（3）請(qǐng)計(jì)算當(dāng)基區(qū)橫向壓降（發(fā)射區(qū)中心至橫向y處）減少到室溫時(shí)，橫向電流密度與中心處電流密度之比為。4.N溝道MOSFET的參數(shù)如下，（1）求當(dāng)為0.3V時(shí)，漏源電流的大小。（2）求該電壓下的跨導(dǎo)。（3）求為2.5V時(shí)，漏源電流的大小。

Ⅱ答案解析與思路點(diǎn)撥模擬卷一答案解析與思路點(diǎn)撥試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.半導(dǎo)體中電子的有效質(zhì)量有哪些特性？引入有效質(zhì)量的意義是什么？GaAs中導(dǎo)帶最低能谷電子的有效質(zhì)量為m*n1，次低能谷中電子的有效質(zhì)量為m*n2，它們倆誰大？為什么？【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第一章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查有效質(zhì)量的表達(dá)式，意義等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，是?？键c(diǎn)，也是必會(huì)點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）特性：有效質(zhì)量有正有負(fù)，位于能帶底部附近的電子有效質(zhì)量為正，位于能帶頂部附近的電子有效質(zhì)量為負(fù)。此外，有效質(zhì)量還與成反比，對(duì)于寬窄不同的能帶，有效質(zhì)量的大小也不同。能帶越窄，有效質(zhì)量越大，內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；外層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。（2）意義：概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。（3）因?yàn)橛行з|(zhì)量的計(jì)算公式為：，而砷化鎵中的最低能谷和次低能谷中的能帶的曲率不同。因此，這兩個(gè)能谷中的電子的有效質(zhì)量也不同。由于能谷2的曲率比能谷1的小，所以，能谷2中的電子有效質(zhì)量大于能谷1中電子有效質(zhì)量。正是這兩個(gè)能谷間的不同以及散射，使得砷化鎵更適合充當(dāng)發(fā)光材料。2.在實(shí)際應(yīng)用中的半導(dǎo)體材料中，總會(huì)存在一定的雜質(zhì)和缺陷。這些不同的雜質(zhì)元素會(huì)在半導(dǎo)體中產(chǎn)生淺能級(jí)或深能級(jí)，而我們將這些能級(jí)相對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)或深能級(jí)雜質(zhì)，它們對(duì)半導(dǎo)體有著不同的影響。那么，請(qǐng)簡(jiǎn)述深能級(jí)雜質(zhì)與淺能級(jí)雜質(zhì)的區(qū)別?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第二章第一節(jié)的考點(diǎn)，考查深，淺能級(jí)雜質(zhì)的不同，是考生容易忽視的知識(shí)點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）所構(gòu)成的施主或受主能級(jí)的位置不同。(2)深能級(jí)雜質(zhì)可以進(jìn)行多次電離，產(chǎn)生若干個(gè)能級(jí)。(3)部分深能級(jí)雜質(zhì)即可以引入施主能級(jí)又可以引入受主能級(jí)。(4)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電電子濃度（或空穴濃度）和導(dǎo)電類型來說，淺能級(jí)雜質(zhì)的影響較為顯著。而對(duì)載流子的復(fù)合作用來說+，深能級(jí)雜質(zhì)的影響較為顯著，且被稱為“復(fù)合中心”，有縮短非平衡載流子壽命的作用。3.利用整流特性形成的肖特基二極管與PN結(jié)具有相同的單向?qū)щ娦?，但又具有顯著區(qū)別于PN結(jié)的特點(diǎn)。請(qǐng)簡(jiǎn)述PN結(jié)與肖特基二極管的不同，并回答在VLSI中用哪個(gè)，為什么？【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第七章第二節(jié)的考點(diǎn)，考查PN結(jié)，肖特基二極管的相關(guān)知識(shí)，是重點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)。【答案解析】：（1）肖特基二極管與PN結(jié)二極管的不同點(diǎn)：a.肖特基二極管為多數(shù)載流子器件，PN結(jié)二極管為少數(shù)載流子器件。當(dāng)PN結(jié)處于正向?qū)〞r(shí)，由P區(qū)注入N區(qū)的空穴或由N區(qū)注入P區(qū)的電子，都是少數(shù)載流子，它們先形成一定的積累，即發(fā)生電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，然后靠擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成電流。而且電荷存儲(chǔ)效應(yīng)嚴(yán)重地影響了PN結(jié)的高頻特性。而肖特基二極管的正向電流，主要是由半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子進(jìn)入金屬形成的。并且在此過程中，多子不發(fā)生積累，而是直接成為漂移電流而流走。因此，肖特基二極管比PN結(jié)二極管有更好的高頻特性。b.對(duì)于相同的勢(shì)壘高度，肖特基二極管的或要比PN結(jié)的反向飽和電流大很多。換言之，對(duì)于同樣的使用電流，肖特基二極管將有較低的正向?qū)妷?。?）在VLSI中常常將肖特基二極管連接到晶體管的基極與集電極之間，從而組成鉗位晶體管，正是因?yàn)樾ぬ鼗O管無電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，因此可大大提高電路的速度。4.分析雙極晶體管的共基極電流增益的基本組成，并就不同的部分說明其含義和定義。【考查重點(diǎn)】：這是微電子器件中的考點(diǎn)，考查雙極晶體管增益的相關(guān)知識(shí)，是?？键c(diǎn)，也是重點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚汗不鶚O電流增益,其中，a)為發(fā)射極注入效率系數(shù)，，其描述了載流子從基區(qū)向發(fā)射區(qū)的注入，考慮了B-E結(jié)正偏時(shí)產(chǎn)生的空穴擴(kuò)散電流。b)為基區(qū)運(yùn)輸系數(shù)，，其體現(xiàn)了B區(qū)載流子的復(fù)合，考慮了基區(qū)中過剩少子電子的復(fù)合對(duì)增益的影響。c)為復(fù)合系數(shù)，，它考慮了正偏B-E結(jié)產(chǎn)生的復(fù)合電流。二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）晶格常數(shù)為0.25nm的一維晶格，當(dāng)外加102V/m，107V/m的電場(chǎng)時(shí)，試分別計(jì)算電子自能帶底運(yùn)動(dòng)到能帶頂所需的時(shí)間?！究疾橹攸c(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第一章關(guān)于在外加電場(chǎng)下半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的考點(diǎn)，比較基礎(chǔ)?！敬鸢附馕觥?.（15分）摻磷的n型硅，已知磷的電離能為0.044eV，求室溫下雜質(zhì)一般電離時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置和磷的濃度。【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)部分的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查費(fèi)米能級(jí)和雜質(zhì)濃度的計(jì)算，比較基礎(chǔ)?！敬鸢附馕觥縩型硅，△ED＝0.044eV，依題意得：∴∴∴∵∴3.（15分）設(shè)處于熱平衡狀態(tài)的非均勻N型半導(dǎo)體，其施主雜質(zhì)濃度隨橫軸X增加而下降，證明愛因斯坦關(guān)系式：【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第五章中關(guān)于愛因斯坦關(guān)系的考查，愛因斯坦關(guān)系在多年考題中都有所出現(xiàn)，請(qǐng)重點(diǎn)注意?！敬鸢附馕觥吭O(shè)處于熱平衡狀態(tài)的非均勻N型半導(dǎo)體，其施主雜質(zhì)濃度隨橫軸X增加而下降，電子擴(kuò)散密度為：電子的漂移電流濃度為：平衡時(shí)總電流密度等于零：得：，在非簡(jiǎn)并時(shí)，電子濃度為：，解得：4.（10分）試計(jì)算本征Si在室溫時(shí)的電導(dǎo)率，設(shè)電子和空穴遷移率分別為1350cm2/V·S和500cm2/V·S。當(dāng)摻入百萬分之一的As后，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試計(jì)算其電導(dǎo)率。比本征Si的電導(dǎo)率增大了多少倍？【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理中第四章非平衡載流子的考點(diǎn)，考查電導(dǎo)率的變化，望考生注意計(jì)算?！敬鸢附馕觥縏=300K,，μn＝1350cm2/V·S，μp＝500cm2/V·S摻入As濃度為ND＝5.00×1022×10-6＝5.00×1016cm-3雜質(zhì)全部電離，，查P89頁(yè)，圖4－14可查此時(shí)μn＝900cm2/V·S三、計(jì)算題（每題15分）1.某硅突變結(jié)的QUOTENA=1×1016cm-3，QUOTEND=5×1016cm-3QUOTEND=5×1016cm-3（1）內(nèi)建電勢(shì)QUOTEVbi；能否用電壓表直接測(cè)量PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)Vbi？如果不能，試解釋其原因；（2）P區(qū)耗盡區(qū)寬度QUOTExp,N區(qū)耗盡區(qū)寬度QUOTExn及總的耗盡區(qū)寬度；（3）最大電場(chǎng)強(qiáng)度QUOTEEmax；【考查重點(diǎn)】這是微電子器件中PN結(jié)部分的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)，電場(chǎng)強(qiáng)度以及耗盡區(qū)寬度?！敬鸢附馕觥浚?）內(nèi)建電勢(shì)QUOTEVbi=k0T不能。如圖1，當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合形成PN結(jié)時(shí)，多數(shù)載流子擴(kuò)散，在接觸界面處形成空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)中的電荷產(chǎn)生了從N區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng)，即內(nèi)建電場(chǎng)。在內(nèi)建電場(chǎng)下，載流子做漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擴(kuò)散等于漂移時(shí)，空間電荷區(qū)不再變化，形成熱平衡狀態(tài)下的PN結(jié)。圖1平衡狀態(tài)下的PN結(jié)的能帶圖如圖2所示，圖2從能帶圖可以看出P區(qū)和N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)相等，即在平衡狀態(tài)下，擴(kuò)散電子（空穴）濃度等于漂移電子（空穴）濃度，PN結(jié)中無凈電子流動(dòng)，熱平衡PN結(jié)對(duì)外不能輸出電壓或者電流，因此無法用電壓表測(cè)量PN結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)Vbi。（2）QUOTEEmax=2qN0QUOTExp=ε0εr（3）可以由（2）得到，QUOTEEmax=4.34×104V?2.若鍺中雜質(zhì)電離能△ED＝0.01eV，施主雜質(zhì)濃度分別為ND＝1014cm-3及1017cm-3，計(jì)算（1）99%電離，（2）90%電離，（3）50%電離時(shí)溫度各為多少？【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體中不同溫度下的雜質(zhì)電離程度?！敬鸢附馕觥课措婋x雜質(zhì)占的百分比為：；求得：；∴（1）ND=1014cm-3，99%電離，即D_=1-99%=0.01即：將ND=1017cm-3，D_=0.01代入得：即：（2）90%時(shí)，D_=0.1即：ND=1017cm-3得：即：；（3）50％電離不能再用上式∵即：∴即：取對(duì)數(shù)后得：整理得下式：∴即：當(dāng)ND＝1014cm-3時(shí)，得當(dāng)ND＝1017cm-3時(shí)此對(duì)數(shù)方程可用圖解法或迭代法解出。3.如圖所示為MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線的一部分，已給出，（1）判斷半導(dǎo)體的類型；（2）求氧化層的厚度；（3）求強(qiáng)反型層，耗盡層的寬度；【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第八章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）根據(jù)該MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線可看出半導(dǎo)體為P型。（2）且，其中的C0為絕緣層電容。當(dāng)MOS結(jié)構(gòu)處于堆積狀態(tài)時(shí)C=C0，存在（3）由題中圖可知，該MOS結(jié)構(gòu)的強(qiáng)反型狀態(tài)發(fā)生在高頻電壓下，所以，此時(shí)的電容滿足：因?yàn)閺?qiáng)反型時(shí)，耗盡型的Xd達(dá)到最大值Xdmin,4.已知突變結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求勢(shì)壘高度。（2）求勢(shì)壘寬度。（3）畫出圖。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第六章第三的考點(diǎn)，考查PN結(jié)的相關(guān)計(jì)算，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）（2）（3）由泊松方程：解得：

模擬卷二答案解析與思路點(diǎn)撥試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.常見的半導(dǎo)體材料Si和Ge，GaAs的能帶圖如下，（1）試判斷這其中的直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體，并說明判斷依據(jù)。（2）對(duì)于GaAs來說，其最低能谷比價(jià)帶頂部高出0.29eV的地方也有一個(gè)極小值，由于這個(gè)能谷的存在使得GaAs與Si和Ge不同的電學(xué)特性，試簡(jiǎn)單簡(jiǎn)述其中原理?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第一章第六，七節(jié)的考點(diǎn)，考查如何判斷直接帶隙與間接帶隙半導(dǎo)體，以及砷化鎵的負(fù)阻特性，是重點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂處于K空間相同點(diǎn)的半導(dǎo)體通常被稱為直接帶隙半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂處于不同點(diǎn)的半導(dǎo)體通常稱為間接帶隙半導(dǎo)體。根據(jù)題目中的能帶圖可以看出，GaAs的導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂處于K空間的相同點(diǎn)，因此，GaAs為直接帶隙半導(dǎo)體，Si和Ge為間接帶隙半導(dǎo)體。（2）在砷化鎵能帶結(jié)構(gòu)中，除了在K=[0,0,0]方向上存在一個(gè)導(dǎo)帶極小值外，在K=[1,1,1]方向上還存在一個(gè)比極小值能谷1高0.29eV的次能谷2，也稱之為衛(wèi)星能谷。由于能谷2的曲率比能谷1小，所以，處于能谷2內(nèi)的電子有效質(zhì)量m*大于處于能谷1內(nèi)電子的有效質(zhì)量。當(dāng)外加電場(chǎng)達(dá)到3*103V/cm后，能谷1的電子可從電場(chǎng)中獲得足夠的能量而開始轉(zhuǎn)移到能谷2中，發(fā)生能谷間的散射。由于這兩個(gè)能谷不完全相同，所以，進(jìn)入能谷2的電子有效質(zhì)量大為增加，遷移率大大減小，平均漂移速度減小，電導(dǎo)率也減小，從而產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)。由于負(fù)阻效應(yīng)的存在，使得砷化鎵具有不同的電學(xué)特性，更適合做發(fā)光材料。2.請(qǐng)分別寫出n型半導(dǎo)體和本征半導(dǎo)體在低溫弱電離區(qū)，強(qiáng)電離區(qū)，過渡區(qū)，本征激發(fā)區(qū)的電中性方程?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第三章第四節(jié)的考點(diǎn)，考查本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體在不同溫度范圍下載流子濃度所遵循的電中性方程，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)。【答案解析】：（1）本征半導(dǎo)體的電中性方程始終滿足：（2）當(dāng)在N型半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)時(shí)，電中性方程為，右式為價(jià)帶中的空穴濃度與電離施主濃度之和。在不同的溫度范圍內(nèi)，電中性方程不同，①低溫弱電離區(qū)：；②強(qiáng)電離區(qū)：；③飽和區(qū)：；④過渡區(qū)：；⑤本征激發(fā)區(qū)：。3.電阻率是衡量半導(dǎo)體導(dǎo)電性的重要指標(biāo)，其深受溫度的影響。請(qǐng)簡(jiǎn)述純半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系，并繪制關(guān)系曲線圖?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第三章第四節(jié)的考點(diǎn)，考查本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體在不同溫度范圍下載流子濃度所遵循的電中性方程，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）對(duì)于純半導(dǎo)體來說，電阻率主要由本征載流子濃度決定。由于純半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子全部由本征激發(fā)產(chǎn)生，隨溫度上升而急劇增加，因此其電阻率隨溫度增加而單調(diào)下降。（2）對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體來說，其內(nèi)部既有雜質(zhì)電離，本征激發(fā)，還存在電離雜質(zhì)散射和晶格散射，因而電阻率與溫度的關(guān)系較為復(fù)雜?？衫L制關(guān)系曲線圖如下：AB段中：此時(shí)溫度較低，本征激發(fā)可以忽略，載流子主要由雜質(zhì)電離產(chǎn)生，它隨溫度的升高而增加；散射主要由電離雜質(zhì)決定，遷移率隨溫度升高而增大，因此，電阻率隨溫度的升高而下降。BC段中：溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)已全部電離，本征激發(fā)還不十分顯著載流子基本不隨溫度的升高而變化，晶格振動(dòng)散射占主導(dǎo)，遷移率隨溫度的升高而降低，因此，電阻率隨溫度的升高而增大。C段中：溫度繼續(xù)升高，本征激發(fā)開始占主導(dǎo)，載流子主要由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度隨溫度的升高而急劇增大，因此，同本征半導(dǎo)體一樣，該階段雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而下降。4.解釋MIS結(jié)構(gòu)的Q-V特性，并繪制特性曲線圖?！究疾橹攸c(diǎn)】本題考查考生對(duì)理想MIS結(jié)構(gòu)Q-V特性的掌握，這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第八章中的考點(diǎn)，考查頻率頻繁，考生應(yīng)該加以重點(diǎn)掌握?！敬鸢附馕觥浚?）多數(shù)載流子的堆積狀態(tài)當(dāng)外加電壓時(shí)，表面勢(shì)，值較大時(shí)，,即。這時(shí)MIS的電容不隨電壓變化。這是因?yàn)閺陌雽?dǎo)體內(nèi)部到表面可以看成是導(dǎo)通的，電荷聚集在絕緣層兩邊，所以MIS結(jié)構(gòu)電容也就等于絕緣層的電容。隨著外加電壓減小，當(dāng)值較小時(shí)，表面勢(shì)值也較小，隨的減小而減小。（2）平帶狀態(tài)當(dāng)外加電壓=0時(shí)，表面勢(shì)，表面處能帶不發(fā)生彎曲，稱為平帶狀態(tài)。（3）耗盡狀態(tài)當(dāng)外加電壓為負(fù),但是其絕對(duì)值大小還不足以使得表面處禁帶中央能量彎曲到費(fèi)米能級(jí)以下時(shí)，表面不會(huì)出現(xiàn)反型，空間電荷區(qū)處于空耗盡的狀態(tài)。隨的增加而減小。這是由于耗盡狀態(tài)時(shí)，表面空間電荷厚度隨偏壓增大而增大，越大，則越小，也隨之越小。（4）反型狀態(tài)隨著外加負(fù)電壓的增大，表面處禁帶中央能值可以下降到以下，即出現(xiàn)反型層。當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)強(qiáng)反型狀態(tài)，。這是因?yàn)閺?qiáng)反型出現(xiàn)后，大量電子聚集在半導(dǎo)體表面處，絕緣層兩邊堆積著電荷，如同只有絕緣層電容一樣。但這只適合信號(hào)頻率較低的情況。當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，反型層中電子的產(chǎn)生與復(fù)合將跟不上高頻信號(hào)的變化，也即反型層中電子的數(shù)量不能隨高頻信號(hào)而變。因此，在高頻信號(hào)時(shí)，反型層中電子對(duì)電容沒有貢獻(xiàn)，這時(shí)空間電荷區(qū)的電容仍由耗盡層的電荷變化決定。由于反型層出現(xiàn)時(shí)耗盡層寬度到達(dá)最大值，不隨偏壓變化，耗盡區(qū)貢獻(xiàn)的電容將達(dá)極小值并保持不變，也將保持在最小值并且不隨不變。二、計(jì)算題（共50分）1.（15分）摻施主雜質(zhì)的ND＝1015cm-3n型硅，由于光的照射產(chǎn)生了非平衡載流子Δn＝Δp＝1014cm-3。試計(jì)算這種情況下準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的位置，并和原來的費(fèi)米能級(jí)做比較。【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第五章非平衡載流子部分的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查由外界刺激產(chǎn)生的非平衡載流子對(duì)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的影響，并且與原先的進(jìn)行對(duì)比?！敬鸢附馕觥縩-Si，ND＝1015cm-3，Δn＝Δp＝1014cm-3，光照后的半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)： 室溫下，EgSi＝1.12eV；比較：由于光照的影響，非平衡多子的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)與原來的費(fèi)米能級(jí)相比較偏離不多，而非平衡勺子的費(fèi)米能級(jí)與原來的費(fèi)米能級(jí)相比較偏離很大。2.（10分）鋁柵P溝道MOSFET具有以下參數(shù)：。試計(jì)算其閾電壓；并計(jì)算出當(dāng)時(shí)的飽和漏極電流。【考查重點(diǎn)】這是微電子器件絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查MOSFET的電流電壓特性以及閾值電壓和飽和漏極電流的計(jì)算，考生一定要會(huì)計(jì)算這兩個(gè)參數(shù)?！敬鸢附馕觥?.（10分）已知某硅PN結(jié)當(dāng)外加0.3V正向電壓時(shí)的擴(kuò)散電容為35pF，試計(jì)算當(dāng)外加0.4V正向電壓時(shí)的擴(kuò)散電容?！究疾橹攸c(diǎn)】這是微電子器件PN結(jié)的考點(diǎn)，考查擴(kuò)散電容的計(jì)算，考生一定要熟練掌握?！敬鸢附馕觥縏=300K時(shí)則當(dāng)V01=0.3V時(shí)，CD1=35pF，設(shè)V02=0.4時(shí)，擴(kuò)散電容為CD2則：QUOTECD1CD2代入數(shù)據(jù)求得：QUOTECD2=CD14.（15分）一塊電阻率為3Ω·cm的n型硅樣品，空穴壽命，再其平面形的表面處有穩(wěn)定的空穴注入，過?？昭舛?，計(jì)算從這個(gè)表面擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部的空穴電流密度，以及在離表面多遠(yuǎn)處過剩空穴濃度等于1012cm-3？【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體的電阻率的計(jì)算，考生需熟練掌握。【答案解析】；，：由可得：，又查圖可得：由愛因斯坦關(guān)系式可得：所求而三、計(jì)算題（每題15分）1.設(shè)晶格常數(shù)為a的一維晶格，導(dǎo)帶極小值附近能量Ec（k）和價(jià)帶極大值附近能Ev（k）分別為：m0為電子慣性質(zhì)量，。試求：①禁帶寬度；②導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；③價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量；【考查重點(diǎn)】 這是半導(dǎo)體物理第一章半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)部分的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查禁帶寬度和有效質(zhì)量的計(jì)算，比較基礎(chǔ)。【答案解析】（1）禁帶寬度Eg根據(jù)；可求出對(duì)應(yīng)導(dǎo)帶能量極小值Emin的k值：由題中EC式可得：；由題中EV式可看出，對(duì)應(yīng)價(jià)帶能量極大值Emax的k值為：kmax＝0；并且；∴（2）導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量mn∴（3）價(jià)帶頂電子有效質(zhì)量m’∴2.光照N型半導(dǎo)體，光被均勻吸收，光生非平衡空穴的產(chǎn)生率為gP=5*1019,壽命為=1us。（1）光照開始后，非平衡空穴在半導(dǎo)體中隨時(shí)間的變化規(guī)律。（2）穩(wěn)定時(shí)，非平衡空穴的濃度。（3）畫出該半導(dǎo)體在光照前后（小注入）前后的能帶圖，并標(biāo)出原來的費(fèi)米能級(jí)和光照時(shí)的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第五章第二，八節(jié)的考點(diǎn)，考查非平衡載流子的注入與復(fù)合，連續(xù)性方程在不同條件下的求解，屬于難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）因?yàn)楣獗痪鶆蛭眨淳鶆虍a(chǎn)生非平衡載流子，（2）當(dāng)為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，可以得到，（3）3.一個(gè)均勻摻雜的NPN型硅雙極晶體管工作于正向有源區(qū)。B-C結(jié)加反偏電壓3V。基區(qū)寬度為1.10um。晶體管摻雜濃度為。（1）T=300K時(shí)，B-E結(jié)電壓為何值時(shí)，x=0處的少子濃度是多子空穴濃度的10%？（2）在該偏置下，確定x`=0處少子空穴濃度。（3）計(jì)算中性基區(qū)寬度?！究疾橹攸c(diǎn)】這是考查微電子器件中雙極晶體管中少子分布的計(jì)算，考生要熟記公式，是考查的重點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚?）在X=0處，因?yàn)槲覀兿胍獂=0處的少子濃度是多子空穴濃度的10%，即所以，（2）在X`=0處，所以，（3）4.設(shè)電子遷移率為，Si的電導(dǎo)有效質(zhì)量，加以強(qiáng)度為104V/m的電場(chǎng)，（1）試求平均自由時(shí)間；（2）試求平均自由程；（3）試證明Si的電導(dǎo)有效質(zhì)量滿足。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第四章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查本征半導(dǎo)體載流子平均自由時(shí)間，自由程以及電導(dǎo)有效質(zhì)量的表達(dá)式，是重點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）由公式可知，（2）平均漂移速度為：平均自由程為：（3）因?yàn)楣枘軒е杏?個(gè)橢球面，橢球長(zhǎng)軸方向沿<100>，有效質(zhì)量分別為和。如取軸分別為[100],[010],[001]方向，則不同極值的能谷中的電子沿不同坐標(biāo)軸的遷移率不同。設(shè)，電場(chǎng)強(qiáng)度為Ex沿x方向，則[100]能谷中的電子沿x軸方向的遷移率為，其余能谷中的電子沿x軸方向的遷移率為。設(shè)電子濃度為n，則每個(gè)能谷單位體積中有個(gè)電子，電流密度應(yīng)該為6個(gè)能谷中電子對(duì)電流貢獻(xiàn)的總和，即（1）仍令與式（1）相比，可得其中，為電導(dǎo)遷移率，如將寫成如下形式：將表達(dá)式代入，可得，

模擬卷三答案解析與思路點(diǎn)撥試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每小題10分）1.解釋理想PN結(jié)，理想MIS結(jié)構(gòu)【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第六章第二節(jié)，第八章第二節(jié)的考點(diǎn)，考查理想PN結(jié)以及MIS結(jié)構(gòu)的定義，是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）理想PN結(jié)：1.小注入條件，即注入的少數(shù)載流子濃度比平衡多數(shù)載流子濃度小得多。2.突變耗盡層條件，即外加電壓和接觸電勢(shì)差都將落在耗盡層上，耗盡層中的電荷是由電離施主和電離受主的電荷組成，耗盡層外的半導(dǎo)體是電中性的。因此，注入的少數(shù)載流子在P區(qū)和N區(qū)是純擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。3.通過耗盡層的電子和空穴電流為常量，不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生及復(fù)合作用。4.玻爾茲曼邊界條件，即在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布。（2）理想MIS結(jié)構(gòu)：1.金屬與半導(dǎo)體間的功函數(shù)差為零。2.在絕緣層中沒有任何電荷且絕緣層完全不導(dǎo)電。3.絕緣層與半導(dǎo)體界面處不存在任何界面態(tài)。2.解釋有效質(zhì)量的定義，并指出引入有效質(zhì)量的意義及其性質(zhì)?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第一章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查有效質(zhì)量的相關(guān)知識(shí)，是常考點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）定義：粒子在晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的等效質(zhì)量。（2）意義：有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。（3）性質(zhì)：有效質(zhì)量有正有負(fù)，位于能帶底部附近的電子有效質(zhì)量為正，位于能帶頂部附近的電子有效質(zhì)量為負(fù)。此外，有效質(zhì)量還與成反比，對(duì)于寬窄不同的能帶，有效質(zhì)量的大小也不同。能帶越窄，有效質(zhì)量越大，內(nèi)層電子的能帶窄，有效質(zhì)量大；外層電子的能帶寬，有效質(zhì)量小。3.何為擴(kuò)散電容，何為勢(shì)壘電容？為什么在正向偏壓下以擴(kuò)散電容為主，在反向偏壓下以勢(shì)壘電容為主？【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第六章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查pn結(jié)電容的相關(guān)知識(shí)，是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）當(dāng)pn結(jié)上外加電壓發(fā)生變化時(shí)，引起電子和空穴在勢(shì)壘區(qū)發(fā)生“存入”與“取出”的作用，從而導(dǎo)致勢(shì)壘區(qū)的空間電荷數(shù)量隨外加電壓而變化，將這種pn結(jié)效應(yīng)稱為勢(shì)壘電容。（2）將擴(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓變化而變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為pn結(jié)的擴(kuò)散電容。（3）在反向偏壓下，由于少數(shù)載流子的數(shù)量較少，可忽略擴(kuò)散電容，只有在大的正向偏壓下，才以擴(kuò)散電容為主。4.在雙極晶體管中集電極電流和共射電流增益隨外偏置電壓的變化曲線是怎么樣的？【考查重點(diǎn)】：這是微電子器件中關(guān)于雙極晶體管非理想效應(yīng)的考點(diǎn)，考查雙極晶體管的大注入效應(yīng)，是重點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚合聢D1為集電極電流隨外偏置電壓的變化曲線。當(dāng)VBE較大時(shí)，由于大注入效應(yīng)，使得,與小注入相比，基區(qū)中過剩少子濃度和集電極電流的增速均變慢。上圖2為共發(fā)射極電流增益隨集電極電流的變化曲線。當(dāng)IC較小時(shí)，由于復(fù)合系數(shù)較小，而使得增益值較小。當(dāng)隨著VBE的增大，IC也增大，但注入的少子濃度開始接近，甚至大于多子濃度，此時(shí)發(fā)生大注入效應(yīng)。因?yàn)樯僮与娮拥臐舛却笥诙嘧涌昭ǖ臐舛?，所以，為了保持電中性條件，多子空穴也相應(yīng)增大。由于此時(shí)VBE很大，所以使得在正偏壓下，從基區(qū)過渡到發(fā)射區(qū)參加擴(kuò)散的空穴數(shù)增多，即增大，共基極電流增益減小，共集電極電流增益也減小。二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）n型硅中，摻雜濃度ND＝1016cm-3，光注入的非平衡載流子濃度Δn＝Δp＝1014cm-3。計(jì)算無光照和有光照時(shí)的電導(dǎo)率?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是半導(dǎo)體物理第五章非平衡載流子部分的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查在有光照和無光照條件下電導(dǎo)率的變化，考生應(yīng)好好掌握?！敬鸢附馕觥縩-Si，ND＝1016cm-3，Δn＝Δp＝1014cm-3，可得到：：無光照：Δn＝Δp<<ND，為小注入：有光照：2.（10分）請(qǐng)簡(jiǎn)要說明半導(dǎo)體材料的光電與發(fā)光效應(yīng)的基本機(jī)理，計(jì)算硅半導(dǎo)體材料的本征吸收長(zhǎng)波限?！究疾橹攸c(diǎn)】這是考查半導(dǎo)體熱，聲，光電效應(yīng)部分的內(nèi)容?！敬鸢附馕觥慨?dāng)一定波長(zhǎng)的光照射到半導(dǎo)體時(shí)，晶體中的電子吸收足夠的能量，從價(jià)帶直接躍遷及從其他能級(jí)簡(jiǎn)介躍遷到導(dǎo)帶上，成為非平衡載流子。這就是半導(dǎo)體光吸收的基本機(jī)理。當(dāng)這些被激發(fā)的非平衡載流子從高能級(jí)向低能級(jí)直接或者間接躍遷回復(fù)較低的能狀態(tài)，從這個(gè)躍遷過程中電子將一發(fā)射光子的方式釋放出能量，該過程成為半導(dǎo)體發(fā)光的基本機(jī)理。硅半導(dǎo)體材料的本征吸收長(zhǎng)波限，根據(jù)量子力學(xué)基本原理本征吸光子能量；；Eg=1.12eV3.（15分）試推導(dǎo)出均勻基區(qū)晶體管的厄爾利電壓和共發(fā)射極增量輸出電阻的表達(dá)式?！究疾橹攸c(diǎn)】這個(gè)題目重點(diǎn)考查均勻基區(qū)晶體管的厄爾利電壓的推導(dǎo)，注重內(nèi)容的理解，考查概率很大，希望考生能重視?！敬鸢附馕觥慨?dāng)忽略基區(qū)中的少子復(fù)合及ICEO時(shí)，4.（15分）計(jì)算含有施主雜質(zhì)濃度ND＝9×1015cm-3及受主雜質(zhì)濃度為1.1×1016cm-3的硅在300k時(shí)的電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置。【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體中電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)，考生需熟練掌握。【答案解析】對(duì)于硅材料：ND=9×1015cm-3；NA＝1.1×1016cm-3；T＝300k時(shí)ni=1.5×1010cm-3：；∵且∴∴三、計(jì)算題（每題15分）1.（1）什么是半導(dǎo)體k空間中量子態(tài)的分布？給出k的允許值。（2）計(jì)入電子自旋，給出k空間的電子的允許量子態(tài)密度。（3）計(jì)算含有施主雜質(zhì)濃度ND＝9×1015cm-3及受主雜質(zhì)濃度為1.1×1016cm-3的硅在300k時(shí)的電子和空穴濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置。【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布的知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)考查對(duì)于k空間量子態(tài)分布的掌握，屬于出題頻率較低的知識(shí)點(diǎn)，考生容易忽略，同時(shí)考查電子和空穴濃度和費(fèi)米能級(jí)的知識(shí)。【答案解析】（1）半導(dǎo)體中的電子的允許能量狀態(tài)（即能級(jí)）用波矢k標(biāo)志，但是電子的波矢k不能取任意的數(shù)值，而是受到一定條件的限制。K的允許值為：式中，nx,ny,nz為整數(shù)，L是半導(dǎo)體晶體的線度。（2）計(jì)入電子自旋相反方向的兩個(gè)量子態(tài)，其電子允許的量子態(tài)密度為2V。（3）對(duì)于硅材料：ND=9×1015cm-3；NA＝1.1×1016cm-3；T＝300k時(shí)ni=1.5×1010cm-3：；∵且∴∴2.一個(gè)均勻摻雜的PNP型硅雙極型晶體管工作于正向有源區(qū)。中性基區(qū)寬度為。摻雜濃度為。（1）計(jì)算。（2）時(shí)，計(jì)算X=0處的nB和X`=0處的PE。（3）畫出器件中少子濃度的分布圖?！究疾橹攸c(diǎn)】這是考查微電子器件中雙極晶體管中少子分布的計(jì)算，考生不僅要熟記公式，也應(yīng)該對(duì)雙極晶體管在不同工作狀態(tài)下的少子分布圖都熟記于心。是考查的重點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚?）（2） （3）圖NPN緩變基區(qū)晶體管在正向有源區(qū)時(shí)的少子分布圖3.制造晶體管時(shí)一般是在高雜質(zhì)濃度的N型襯底上外延一層N型外延層，再在外延層中擴(kuò)散硼，磷而成的。（1）設(shè)N型硅單晶襯底是摻銻的，銻的電離能為0.039ev，300K時(shí)的費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底下面0.026ev處，計(jì)算銻的濃度和導(dǎo)帶中電子濃度。（2）設(shè)N型外延層雜質(zhì)均勻分布，雜質(zhì)濃度為4.6*1015cm-3，計(jì)算300K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及電子和空穴濃度。（3）在外延層中擴(kuò)散硼后，硼的濃度分布隨樣品深度變化。設(shè)擴(kuò)散層某一深度處硼濃度為5.2*1015cm-3，計(jì)算300K時(shí)費(fèi)米能級(jí)的位置及電子和空穴濃度?！究疾橹攸c(diǎn)】這是考查半導(dǎo)體物理學(xué)第三章中在不同摻雜狀態(tài)下載流子濃度以及費(fèi)米能級(jí)的位置，是?？键c(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，考生應(yīng)注意?！敬鸢附馕觥?（1）,發(fā)生弱簡(jiǎn)并（2）300K時(shí)雜質(zhì)全部電離（3）4.若鍺中雜質(zhì)電離能△ED＝0.01eV，施主雜質(zhì)濃度分別為ND＝1014cm-3及1017cm-3，計(jì)算（1）99%電離，（2）90%電離，（3）50%電離時(shí)溫度各為多少？【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體中不同溫度下的雜質(zhì)電離程度?！敬鸢附馕觥课措婋x雜質(zhì)占的百分比為：；求得：；∴（1）ND=1014cm-3，99%電離，即D_=1-99%=0.01即：將ND=1017cm-3，D_=0.01代入得：即：（2）90%時(shí)，D_=0.1即：ND=1017cm-3得：即：；（3）50％電離不能再用上式∵即：∴即：取對(duì)數(shù)后得：整理得下式：∴即：當(dāng)ND＝1014cm-3時(shí)，得當(dāng)ND＝1017cm-3時(shí)此對(duì)數(shù)方程可用圖解法或迭代法解出。

模擬卷四答案解析與思路點(diǎn)撥試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.繪制隧道效應(yīng)的I-V特性曲線圖，并詳細(xì)解釋原點(diǎn)，2,4,5點(diǎn)處電流形成的原因。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第六章第五節(jié)的考點(diǎn)，考查隧道二極管的電流電壓特性，是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）在無偏壓的情況下，雖然P區(qū)價(jià)帶和N區(qū)導(dǎo)帶中有相同能量的量子態(tài)，但P區(qū)和N區(qū)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。在結(jié)的兩邊，費(fèi)米能級(jí)一下沒有空的量子態(tài)，費(fèi)米能級(jí)以上的量子態(tài)沒有電子占據(jù)。因此，此時(shí)的隧道電流為零，對(duì)于特性曲線上的點(diǎn)0。（2）隨著正向電壓的增大，N區(qū)能帶相對(duì)于P區(qū)將整體升高，這樣，P區(qū)價(jià)帶的費(fèi)米能級(jí)隨著正向電壓不斷地增大，當(dāng)正向電流增大到P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)和N區(qū)導(dǎo)帶底一樣高時(shí)，N區(qū)的導(dǎo)帶和P區(qū)的價(jià)帶中能量相同的量子態(tài)達(dá)到最多，正向電流達(dá)到極大值IP,這時(shí)對(duì)應(yīng)于特性曲線中的點(diǎn)2。（3）正向偏壓增大到VV時(shí)，N區(qū)導(dǎo)帶底和P區(qū)價(jià)帶頂一樣高，這時(shí)N區(qū)導(dǎo)帶和P區(qū)價(jià)帶中沒有能量相同的量子態(tài)，因此不能發(fā)生隧道穿通，隧道電流應(yīng)該減少到零，對(duì)于特性曲線上的點(diǎn)4。（4）當(dāng)加反向偏置電壓時(shí)，P區(qū)價(jià)帶相對(duì)N區(qū)導(dǎo)帶整體升高。隨著反向偏置電壓的增加，P區(qū)價(jià)帶中可以穿過隧道的電子數(shù)大大增加，故反向電流也迅速增加，如特性曲線上的點(diǎn)5。2.解釋亞閾值電導(dǎo)的特性和特點(diǎn)?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是微電子器件中的考點(diǎn)，考查MOSFET的非理想效應(yīng)—亞閾值電導(dǎo)，是重點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)。【答案解析】：亞閾值電導(dǎo)是指當(dāng)所加的柵壓小于閾值電壓時(shí)，存在一定小的漏電流的現(xiàn)象。在這種情況下，晶體管被偏置在弱反型模型下，勢(shì)壘較低，電子有一定的幾率躍過勢(shì)壘而產(chǎn)生亞閾值電流，此時(shí)，漏電流由擴(kuò)散機(jī)制而非漂移機(jī)制控制。它可以在集成電路中產(chǎn)生一個(gè)較為明顯的靜態(tài)偏置電流，會(huì)造成很大的功耗。3.畫出直接復(fù)合與間接復(fù)合的能帶圖?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第五章第四節(jié)的考點(diǎn)，考查載流子的復(fù)合理論，是?？键c(diǎn)。【答案解析】：直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的直接躍遷，引起的電子與空穴的直接復(fù)合。間接復(fù)合：電子和空穴通過禁帶中的能級(jí)（復(fù)合中心）進(jìn)行復(fù)合，也分為體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合。4.寫出熱平衡狀態(tài)半導(dǎo)體的判別式，并解釋準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的概念。【考查重點(diǎn)】：本題考查考生對(duì)熱平衡狀態(tài)理解與掌握以及準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)概念的掌握，這是第五章中的考點(diǎn)，考查頻率頻繁，考生應(yīng)該加以理解掌握。【答案解析】：當(dāng)外界的影響破壞了熱平衡，使半導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)，就不再存在統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，因?yàn)榍懊嬷v的費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)都是指的熱平衡狀態(tài)。事實(shí)上，電子系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)使通過熱躍遷實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)能帶范圍內(nèi)，熱躍遷十分頻繁，極短時(shí)間內(nèi)就能導(dǎo)致一個(gè)能帶內(nèi)的熱平衡。然而，電子在兩個(gè)能帶之間，例如導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的熱躍遷就稀少得多，因?yàn)橹虚g還隔著禁帶。當(dāng)半導(dǎo)體得平衡態(tài)遭到破壞而存在非平衡載流子時(shí)，由于上述原因，可以認(rèn)為，分別就價(jià)帶和導(dǎo)帶中得電子將，它們各自基本上處于平衡態(tài)，而導(dǎo)帶和價(jià)帶之間處于不平衡狀態(tài)。因而費(fèi)米能級(jí)和統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)對(duì)導(dǎo)帶和價(jià)帶各自仍然是適用的，可以分別引入導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)，它們都是局部的費(fèi)米能級(jí)，稱為“準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)”。二、計(jì)算題（共50分）1.（10分）試計(jì)算電阻率為1Ω.cm的N型硅的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于導(dǎo)帶底EC的位置。假定硅的電子遷移率為1450cm2V-1s-1，本征載流子濃度為1.5×1010cm-3，禁帶寬度為1.1eV，溫度為300K。【考查重點(diǎn)】這是微電子中關(guān)于PN結(jié)的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查PN結(jié)中的費(fèi)米能級(jí)相關(guān)的知識(shí)?！敬鸢附馕觥繉?duì)于N型半導(dǎo)體硅而言：電阻率（1）其中電子濃度:（2）結(jié)合公式（1），（2）可得如下計(jì)算式：代入數(shù)值：，，，，最終得到：即費(fèi)米能級(jí)比導(dǎo)帶底EC的位置低0.22eV。2.（15分）一個(gè)均勻基區(qū)的n-p-n硅晶體管的基區(qū)雜質(zhì)濃度為8*1016/cm3，發(fā)射區(qū)摻雜濃度為3*1016/cm3，空穴在發(fā)射區(qū)的壽命為10-7s，基區(qū)寬度為0.6μm，空穴的遷移率為500cm2/V?S，電子的遷移率為1500cm2/V?S.假定晶體管的基區(qū)輸運(yùn)因子都等于1，請(qǐng)計(jì)算共發(fā)射極電流放大系數(shù)?！究疾橹攸c(diǎn)】這個(gè)題目重點(diǎn)考查晶體管設(shè)計(jì)與原理第三章雙極結(jié)型晶體管中的均勻基區(qū)電流放大系數(shù)，這部分內(nèi)容在歷年真題中必定會(huì)有高分值的考查，需考生掌握透徹。【答案解析】，，代入中，得共發(fā)射極電流放大系數(shù)：3.（15分）試證明突變結(jié)的耗盡區(qū)寬度與摻雜濃度之間有如下關(guān)系:x【考查重點(diǎn)】這是晶體管設(shè)計(jì)與原理中第二章PN結(jié)的考點(diǎn)，考查突變結(jié)的耗盡區(qū)寬度與摻雜濃度之間的關(guān)系，望考生注意?！敬鸢附馕觥糠椒ㄒ欢趐n結(jié)的耗盡區(qū)內(nèi)可假設(shè)p=0，n=0，同時(shí)在N區(qū)耗盡區(qū)內(nèi)還可以忽略NAQUOTEdEdx=qε積分可得E又由于在中性區(qū)內(nèi)無電場(chǎng)，可知在x=xn處，E（xn）=0QUOTEExn=0所以QUOTE-qεsN在N區(qū)耗盡區(qū)內(nèi)有QUOTEEx=qεs在P區(qū)耗盡區(qū)內(nèi)可以忽略QUOTENDND，從而E在x=QUOTE-xp-xp處E（QUOTE-xp-xp）=0QUOTEE-xp=0所以在P區(qū)耗盡區(qū)內(nèi)有QUOTEEx=-q而在x=0處E(0)故有x方法二在中性區(qū)內(nèi)有耗盡近似條件，故P區(qū)提供的空穴應(yīng)該與N區(qū)提供的電子數(shù)目相等又由于p=n，所以N可得x4.（10分）摻有1.1×1016cm-3硼原子和9×1015cm-3磷原子的Si樣品，試計(jì)算室溫時(shí)多數(shù)載流子和少數(shù)載流子濃度及樣品的電阻率。【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體的電阻率的計(jì)算，考生需熟練掌握?！敬鸢附馕觥縉A＝1.1×1016cm-3，ND＝9×1015cm-3可查圖得到Ω·cm三、計(jì)算題（每題15分）1.（1）在室溫下，鍺的有效狀態(tài)密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，試求鍺的載流子有效質(zhì)量mn*和mp*。（2）計(jì)算77k時(shí)的Nc和Nv。已知300k時(shí)，Eg＝0.67eV。77k時(shí)Eg＝0.76eV。求這兩個(gè)溫度時(shí)鍺的本征載流子濃度。（3）77k，鍺的電子濃度為1017cm－3，假定濃度為零，而Ec－ED＝0.01eV,求鍺中施主濃度ND為多少？【考查重點(diǎn)】這是半導(dǎo)體物理第三章半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查半導(dǎo)體中的本證載流子濃度以及多子濃度和少子濃度，注意這幾個(gè)公式的運(yùn)用。【答案解析】（1）室溫下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10-23J/K，h=6.625×10-34J·S，對(duì)于鍺：Nc＝1.05×1019cm－3，Nv=5.7×1018cm－3：﹟求300k時(shí)的Nc和Nv：根據(jù)公式：又根據(jù)公式：（2）求77k時(shí)的Nc和Nv：同理：求300k時(shí)的ni：求77k時(shí)的ni：（3）77k時(shí)：Ec－ED＝0.01eV＝0.01×1.6×10-19；T＝77k；k0＝1.38×10-23；n0＝1017；Nc＝1.365×1019cm-3；2.（1）試推導(dǎo)出雜質(zhì)濃度為指數(shù)分布0exp（）的中性區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)表達(dá)式。（2）若某具體有這種雜質(zhì)濃度的硅的表面雜質(zhì)濃度為1018cm-3，，試求其內(nèi)建電場(chǎng)的大小。（3）再將此電場(chǎng)與某突變PN結(jié)的耗盡區(qū)中最大電場(chǎng)作比較，該突變PN結(jié)的。【考查重點(diǎn)】這是微電子器件中第二章PN結(jié)的考點(diǎn)，重點(diǎn)考查PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的計(jì)算，考生需熟練掌握?！敬鸢附馕觥浚?）室溫下中性區(qū)間的而0exp（），可得。（2）將題目中所給數(shù)據(jù)代入上式，可得E=650V/cm。（3）突變結(jié)的最大場(chǎng)強(qiáng)為|E|上式中，N0=NDNA/（ND+NA）≈ND=1015cm-3,Vbi==0.757V。q=1.6x10-19C，ε=1.045x10-12V/cm，代入|E|中得|E|=1.52x104V/cm。3.如圖所示為MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線的一部分，已給出，（1）判斷半導(dǎo)體的類型；（2）求氧化層的厚度；（3）求強(qiáng)反型層，耗盡層的寬度；262262106【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第八章第三節(jié)的考點(diǎn)，考查MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）根據(jù)該MOS結(jié)構(gòu)的C-V曲線可看出半導(dǎo)體為P型。（2）且，其中的C0為絕緣層電容。當(dāng)MOS結(jié)構(gòu)處于堆積狀態(tài)時(shí)C=C0，存在（3）由題中圖可知，該MOS結(jié)構(gòu)的強(qiáng)反型狀態(tài)發(fā)生在高頻電壓下，所以，此時(shí)的電容滿足：因?yàn)閺?qiáng)反型時(shí)，耗盡型的Xd達(dá)到最大值Xdmin,4.已知突變結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求勢(shì)壘高度。（2）求勢(shì)壘寬度。（3）畫出圖?！究疾橹攸c(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第六章第三的考點(diǎn)，考查PN結(jié)的相關(guān)計(jì)算，是難點(diǎn)，也是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）（2）（3）由泊松方程：解得：

模擬卷五答案解析與思路點(diǎn)撥試題序號(hào)：874試題名稱：半導(dǎo)體物理與器件基礎(chǔ)（答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙的一律不給分）一、簡(jiǎn)答題（每題10分）1.一熱平衡非簡(jiǎn)并N型半導(dǎo)體，寫出少數(shù)載流子濃度求解表達(dá)式。為什么制造半導(dǎo)體器件一般都用含有適當(dāng)雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料？【考查重點(diǎn)】本題考查考生對(duì)雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子濃度計(jì)算的掌握，這是第三章中計(jì)算的考點(diǎn)，考查頻率頻繁，考生應(yīng)該加以重點(diǎn)掌握?！敬鸢附馕觥侩娮訚舛龋荷僮訚舛龋昭舛龋阂话惆雽?dǎo)體器件，載流子主要來源于雜質(zhì)電離，而將本征激發(fā)可以忽略不計(jì)。在本征載流子濃度沒有超過雜質(zhì)電離所提供的載流子濃度的溫度范圍，如果雜質(zhì)全部電離，載流子濃度是一定的，器件就能很穩(wěn)定的工作。但是隨著溫度的增高，本征載流子濃度迅速增加。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，本征激發(fā)占主要地位，器件不能正常工作，因此，每一種半導(dǎo)體材料制成的器件都有一定的極限工作溫度，超過這一溫度時(shí)，器件就失效了?？傊捎诒菊鬏d流子濃度隨溫度的迅速變化，用本征材料制成的器件性能很不穩(wěn)定，所以制造半導(dǎo)體材料器件一般都用含有適當(dāng)雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料。2.簡(jiǎn)述簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的定義，并寫出判斷條件。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第三章第六節(jié)的考點(diǎn)，考查簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的定義，以及判斷條件，是?？键c(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚海?）定義：對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)將接近或進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶，導(dǎo)帶或價(jià)帶中的載流子濃度很高，泡利不相容原理起作用，電子和空穴分布不再滿足玻爾茲曼分布，需要采用費(fèi)米分布函數(shù)描述，稱此類半導(dǎo)體為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。（3）簡(jiǎn)并化判斷條件：3.簡(jiǎn)述N型硅的電子濃度與溫度的關(guān)系，并繪制曲線圖。【考查重點(diǎn)】：這是《半導(dǎo)體物理學(xué)》第三章第四節(jié)的考點(diǎn)，考查溫度對(duì)含雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子產(chǎn)生的影響，是?？键c(diǎn)，也是重點(diǎn)?！敬鸢附馕觥浚荷蠄D為N型硅的電子濃度與溫度的關(guān)系曲線。由于該半導(dǎo)體含有雜質(zhì)，因此，載流子的產(chǎn)生由雜質(zhì)電離與本征激發(fā)兩部分構(gòu)成。在低溫