半導(dǎo)體物理學(xué)試題庫

一.填空題

1.能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對于波矢的,引入有效質(zhì)量的意義

在于其反映了晶體材料的的作用。（二階導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢場）

2.半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度取決于導(dǎo)帶的（即量子態(tài)按能量如何分布）和

—（即電子在不同能量的量子態(tài)上如何分布）。（狀態(tài)密度，費米分布函數(shù)）

3.兩種不同半導(dǎo)體接觸后，費米能級較高的半導(dǎo)體界面一側(cè)帶電，到達熱平衡后

兩者的費米能級。（正，相等）

4.半導(dǎo)體硅的價帶極大值位于空間第一布里淵區(qū)的中央，其導(dǎo)帶極小值位于方向

上距布里淵區(qū)邊界約0.85倍處，因此屬于半導(dǎo)體。（[100],間接帶隙）

5.間隙原子和空位成對出現(xiàn)的點缺陷稱為；形成原子空位而無間隙原子的點缺

陷稱為。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）

6.在一定溫度下，與費米能級持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為,高于費米能

級2kT能級處的占據(jù)概率為。（1/2,l/l+e*p（2））

7.從能帶角度來看，錯、硅屬于半導(dǎo)體，而碑化稼屬于半導(dǎo)體，后者

有利于光子的吸收和發(fā)射。（間接帶隙，直接帶隙）

8.通常把服從的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)，服從的電子系統(tǒng)稱為簡

并性系統(tǒng)。（玻爾茲曼分布，費米分布）

9.對于同一種半導(dǎo)體材料其電子濃度和空穴濃度的乘積與有關(guān),而對于不同的半

導(dǎo)體材料其濃度積在一定的溫度下將取決于的大小。（溫度，禁帶寬度）

10.半導(dǎo)體的晶格構(gòu)造式多種多樣的，常見的Ge和Si材料，其原子均通過共價鍵四面體相

互結(jié)合，屬于構(gòu)造；與Ge和Si晶格構(gòu)造類似，兩種不同元素形成的化合物半導(dǎo)體

通過共價鍵四面體還可以形成和纖鋅礦等兩種晶格構(gòu)造。（金剛石，閃鋅礦）

11.如果電子從價帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時波矢k不發(fā)生變化，則具有這種能帶構(gòu)造的半導(dǎo)體稱

為—禁帶半導(dǎo)體，否則稱為—禁帶半導(dǎo)體。（直接，間接）

12.半導(dǎo)體載流子在輸運過程中，會受到各種散射機構(gòu)的散射，主要散射機構(gòu)有_—、

、中性雜質(zhì)散射、位錯散射、載流子間的散射和等價能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散

射，晶格振動的散射）

13.半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合可以有很多途徑，主要有兩大類：的直接復(fù)合和通過

禁帶內(nèi)的進展復(fù)合。〔電子和空穴，復(fù)合中心）

14.反向偏置pn結(jié)，當(dāng)電壓升高到*值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿，

主要的擊穿機理有兩種：擊穿和擊穿。（雪崩，隧道）

15.雜質(zhì)可顯著改變載流子濃度；雜質(zhì)可顯著改變非平衡載流子的壽

命，是有效的復(fù)合中心。（淺能級，深能級）

二.選擇題

1.本征半導(dǎo)體是指（A）的半導(dǎo)體。

A.不含雜質(zhì)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

2.如果一半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，則該半導(dǎo)體必定（D）。

A.不含施主雜質(zhì)B.不含受主雜質(zhì)

C.不含任何雜質(zhì)D.處于絕對零度

3.有效復(fù)合中心的能級必靠近（A）。

A.禁帶中部B.導(dǎo)帶C.價帶D.費米能級

4.對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導(dǎo)體，費米能級以隨溫度上升而（D

A.單調(diào)上升B.單調(diào)下降

C.經(jīng)過一個極小值趨近EiD.經(jīng)過一個極大值趨近Ei

5.當(dāng)一種n型半導(dǎo)體的少子壽命由直接輻射復(fù)合決定時，其小注入下的少子壽命正比于

（A）。

A.1/nOB.1/AnC.1/pOD.1/Ap

6.在Si材料中摻入P,則引入的雜質(zhì)能級（B）

A.在禁帶中線處B.靠近導(dǎo)帶底C.靠近價帶頂D.以上都不是

7.公式〃=夕7/根"中的T是半導(dǎo)體載流子的（C）。

A.遷移時間B.壽命

C.平均自由時間D.擴散時間

8.對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時、減少摻雜濃度，將導(dǎo)致（D）靠近日。

A.EcB.E,

C.EgD.EF

9.在晶體硅中摻入元素（B）雜質(zhì)后，能形成N型半導(dǎo)體。

A.錯B.磷C.硼D.錫

10.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

11.重空穴是指（C）

A.質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)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

D.自旋一軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴

12.電子在導(dǎo)帶能級中分布的概率表達式是（C）。

ED-EB.exp(-生力■)E「EEF-E

A.exp(-C.exp(-D.exp(-

kJkJkJkJ

13.如在半導(dǎo)體中以長聲學(xué)波為主要散射機構(gòu)是，電子的遷移率4與溫度的（B

A.平方成正比B.士3次方成反比

2

C.平方成反比D.士3次方成正比

2

14.把磷化錢在氮氣氛中退火，會有氮取代局部的磷，這會在磷化錢中出現(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I）.產(chǎn)生等電子陷阱

15.一般半導(dǎo)體器件使用溫度不能超過一定的溫度，這是因為載流子濃度主要來源于

,而將忽略不計。（A）

A.雜質(zhì)電離，本征激發(fā)B.本征激發(fā)，雜質(zhì)電離

C.施主電離，本征激發(fā)D.本征激發(fā)，受主電離

16.?一塊半導(dǎo)體壽命T=15JXS,光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停頓30fxs后,

其中非平衡載流子將衰減到原來的（C

B.1/eC.1/eD.1/2

17.半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運動為（B）。

A.漂移運動B.擴散運動C.熱運動D.共有化運動

18.硅導(dǎo)帶構(gòu)造為（D）。

A.位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿＜100＞方向的6個球形等能面

B.一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿＜111＞方向的6個球形等能面

C.一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿＜111＞方向的8個橢球等能面

D.位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿〈100＞方向的6個橢球等能面

19.雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時，電離雜質(zhì)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，變小B.變小，變大C.變小，變小D.變大，變大

20.與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（A

A.比半導(dǎo)體的大B.比半導(dǎo)體的小

C.與半導(dǎo)體的相等D.不確定

21.一般半導(dǎo)體它的價帶頂位于,而導(dǎo)帶底位于。（D）

A.波矢k=0或附近，波矢kWOB.波矢kWO,波矢k=0或附近

C.波矢k=0,波矢k#0D.波矢k=0或附近，波矢k#0或k=0

22.錯的晶格構(gòu)造和能帶構(gòu)造分別是（C）o

A.

23.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)稱為（D）。

A.施主B.復(fù)合中心C.陷阱D.兩性雜質(zhì)

24.雜質(zhì)對于半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大影響，下面哪兩種雜質(zhì)分別摻雜在硅中能顯著地提高硅

的導(dǎo)電性能（C）。

A.硼或鐵B.鐵或銅C.硼或磷D.金或銀

25.當(dāng)施主能級以與費米能級瓊相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（C）倍；

A.1B.1/2C.1/3D.1/4

26.同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對介電常數(shù)“是乙的3/4,m?*/mo

值是乙的2倍，則用類氫模型計算結(jié)果是（D兀

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3/4

B.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32/9

C.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8/3

D.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3/8

27.本征半導(dǎo)體費米能級的表達式是。（B)

3+%4B.0+空in”

A.

222M22M

C.E,+k,T\n—N^D.&F+&F

Nc2

28.載流子在電場作用下的運動為（A）。

A.漂移運動B.擴散運動C.熱運動D.共有化運動

29.下面情況下的材料中，室溫時功函數(shù)最大的是（A）。

A.含硼IX10,5cm3的硅B.含磷IXlO^cmT的硅

C.含硼lX10%m）磷lX10"'cm3的硅D.純潔的硅

30.一般可以認(rèn)為，在溫度不很高時，能量大于費米能級的量子態(tài)根本上_______,而能量

小于費米能級的量子態(tài)根本上為，而電子占據(jù)費米能級的概率在各種溫度下總是

所以費米能級的位置比較直觀地標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費米

能級標(biāo)志了電子填充能級的水平。（A）

A.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/2B.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2

C.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3D.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/3

三.簡答題

1.簡要說明費米能級的定義、作用和影響因素。

答：電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計分布概率遵循費米分布函數(shù)：

費米能級E-是確定費米分布函數(shù)的一個重要物理參數(shù)，在絕對零度是，費米能級Er反

映了未占和被占量子態(tài)的能量分界限，在*有限溫度時的費米能級氏反映了量子態(tài)占據(jù)概率

為二分之一時的能量位置。確定了一定溫度下的費米能級Er位置，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)

計分布就可完全確定。

費米能級E-的物理意義是處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的化學(xué)勢，即在不對外做功的情

況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。

半導(dǎo)體中的費米能級EE一般位于禁帶內(nèi)，具體位置和溫度、導(dǎo)電類型及摻雜濃度有關(guān)。

只有確定了費米能級EF就可以統(tǒng)計得到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度。

2.在本征半導(dǎo)體中進展有意摻雜各種元素，可改變材料的電學(xué)性能。請解釋什么是淺能級

雜質(zhì)、深能級雜質(zhì)，它們分別影響半導(dǎo)體哪些主要性質(zhì)；什么是雜質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x

何在？

答：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成

為帶正電（電離施主）或帶負電〔電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供

空穴。它可有效地提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。

深能級雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級位置在禁帶中遠離導(dǎo)帶或價帶，在常溫下很難電離，不能對

導(dǎo)帶的電子或價帶的空穴的濃度有所奉獻，但它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開關(guān)器

件中有所應(yīng)用。

當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是

雜質(zhì)補償。

利用雜質(zhì)補償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中*個區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。

3.什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？

答：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負電的離子，并同時向價帶提供空穴,

這種雜質(zhì)就叫受主。

受主電離成為帶負電的離子(中心)的過程就叫受主電離。

受主電離前帶不帶電，電離后帶負電。

4.什么叫復(fù)合中心？何謂間接復(fù)合過程？有哪四個微觀過程？試說明每個微觀過程和哪些

參數(shù)有關(guān)。

答：半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷能夠促進復(fù)合，稱這些促進復(fù)合的雜質(zhì)和缺陷為復(fù)合中心；

間接復(fù)合：非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合；

四個微觀過程：俘獲電子，發(fā)射電子，俘獲空穴，發(fā)射空穴；

俘獲電子：和導(dǎo)帶電子濃度和空穴復(fù)合中心濃度有關(guān)。

發(fā)射電子：和復(fù)合中心能級上的電子濃度。

俘獲空穴：和復(fù)合中心能級上的電子濃度和價帶空穴濃度有關(guān)。

發(fā)射空穴：和空的復(fù)合中心濃度有關(guān)。

5.漂移運動和擴散運動有什么不同？兩者之間有什么聯(lián)系？

答：漂移運動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運動，而擴散運動是由于濃度分布不均

勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運動。前者的推動力是外電場，后者的

推動力則是載流子的分布引起的。

漂移運動與擴散運動之間通過遷移率與擴散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴

散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即

6.簡要說明pn結(jié)空間電荷區(qū)如何形成？

答：當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合形成pn結(jié)時，由于兩者之間存在載流子濃度梯度，從

而導(dǎo)致了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的擴散運動。對于p區(qū)，空穴離開后留下了

不可動的帶負電荷的電離受主，因此在p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個負電荷區(qū)；同理對于n區(qū)，電子

離開后留下了不可動的帶正電荷的電離施主，因此在n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個正電荷區(qū)。這樣帶

負電荷的電離受主和帶正電荷的電離施主形成了一個空間電荷區(qū)，并產(chǎn)生了從n區(qū)指向p

區(qū)的內(nèi)建電場。

在內(nèi)建電場作用下，教流子的漂移運動和擴散運動方向相反，內(nèi)建電場阻礙載流子的擴

散運動。隨內(nèi)建電場增強，載流子的擴散和漂移到達動態(tài)平衡。此時就形成了一定寬度的空

間電荷區(qū)，并在空間電荷區(qū)兩端產(chǎn)生了電勢差，即pn結(jié)接觸電勢差。

7.簡要說明載流子有效質(zhì)量的定義和作用。

h2

答：能帶中電子或空穴的有效質(zhì)量m的定義式為：m*=一一

笛E(k)

dk-

有效質(zhì)量m與能量函數(shù)E(k)對于波矢k的二次微商，即能帶在*處的曲率成反比；能

帶越窄，曲率越小，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，曲率越大，有效質(zhì)量越小；

在能帶頂部，曲率小于零，則有效質(zhì)量為負值，在能帶底部，曲率大于零，則有效質(zhì)

量為正值。

有效質(zhì)量的意義在于它概括了內(nèi)部勢場的作用，使得在解決半導(dǎo)體中載流子在外場作用下的

運動規(guī)律時，可以不涉及內(nèi)部勢場的作用。

8.對于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對載流子的主要散射機構(gòu)是什么？寫出其

主要散射機構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。

答：對摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge,其主要的散射機構(gòu)為長聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射

其散射幾率和溫度的關(guān)系為：

3/2

聲學(xué)波散射：ps℃T,電離雜質(zhì)散射：p產(chǎn)

9.說明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。

答：載流子遷移率反映了單位電場強度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：

〃=口；其單位為：cm7Vs

同

半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為：

其大小與能帶中載流子的有效質(zhì)量成反比，與載流子連續(xù)兩次散射間的平均自由時間成正

比。確定了載流子遷移率和載流子濃度就可確定該載流子的電導(dǎo)率。

四.證明題

1.試推證：對于只含一種復(fù)合中心的間接帶隙半導(dǎo)體晶體材料，在穩(wěn)定條件下非平衡載流

子的凈復(fù)合率公式

證：

題中所述情況，主要是間接復(fù)合起作用，包含以下四個過程。

甲：電子俘獲率=rnn(N「n,)

乙：電子產(chǎn)生率=r“nimni=nie*p((El-Ei)/koT)

丙：空穴俘獲率寸濕足

T：空穴產(chǎn)生率=*pi(Ni-nJpi=nie*p((Ei-Et)/koT)

穩(wěn)定情況下凈復(fù)合率

U=甲-乙=丙-丁(1)

穩(wěn)定時

甲+丁=丙+乙

將四個過程的表達式代入上式解得

r.Jn+n^+r/p+p,)

將四個過程的表達式和(