半导体物理期末试卷(含部分答案

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一、填空题

1．纯净半导体Si中掺错误！未找到引用源。族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。

2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。

3．nopo=ni2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积nopo改变否？ 不变 ；当温度变化时，nopo改变否？ 改变 。

4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p型和 强n型材料，小注入时寿命τn为，寿命τp为5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载n

爱因斯坦 关系式。

6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。

8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm-3 乙. 含硼和磷各1017 cm-3 丙 含镓1017 cm-3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。

9．对n型半导体，如果以EF和EC的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么

EC EF 2k0T

为非简并条件；0 EC EF 2k0T为弱简并条件；EC EF 0

10．当P-N结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿

、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。 11．指出下图各表示的是什么类型半导体？

12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。

14 电子在晶体中的共有化运动指的是 点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题

1根据费米分布函数，电子占据（EF+kT）能级的几率 A．等于空穴占据（EF+kT）能级的几率 B．等于空穴占据（EF－kT）能级的几率 C．大于电子占据EF的几率 D．大于空穴占据EF的几率

2有效陷阱中心的位置靠近 。 A. 导带底 B.禁带中线 C．价带顶 D．费米能级

3对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级Ef随温度上升而 D 。

A. 单调上升 B. 单调下降 C．经过一极小值趋近Ei D．经过一极大值趋近Ei 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D＿。 A．不含施主杂质 B．不含受主杂质 C．不含任何杂质 D．处于绝对零度

三、简答题

1 简述常见掺杂半导体材料（Si，Ge）中两种主要的散射机构，并说明温度及掺杂浓度对这两种散

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射机构几率的影响及原因。

答：主要的散射机构为晶格振动散射和电离杂质散射 其散射几率和温度的关系为：晶格振动散射：

ps T

3/2

，电离杂质散射：

pi NiT

3/2

2 有4块Si半导体样品，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同。根据下列所给数据判断哪块样品电阻率最大？哪块样品的电阻率最小？并说明理由。 （1）NA=1.2×1013/cm3, ND=8×1014/cm3; （2）NA=8×1014/cm3, ND=1.2×1015/cm3; （3）NA=4×1014/cm3; （4）ND=4×1014/cm3.

3 当PN结两侧掺杂浓度ND及NA相同时，比较Si、Ge、GaAs材料PN结内建电势的大小，为什么？

4 画出外加正向和负向偏压时pn结能带图（需标识出费米能级的位置）。

5 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程是什么？说明各项的

2

E p p p物理意义。 p

Dp－ E p gp

pp2

t x x x

p t

――在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；D

p

p

p

2

――由于扩散，单位时间、单

x

2

位体积中空穴的积累数；

p

E

p x

pp

E x

――由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；

p

p

――由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；gp――由于其他原因，单位时间、单

位体积中空穴的产生数。

6 室温下某n型Si单晶掺入的施主浓度ND大于另一块n型Ge掺入的施主浓度ND1，试问哪一块材料的平衡少子浓度较大？为什么？

7 以n型Si材料为例，画出其电阻率随温度变化的示意图，并作出说明和解释。 答：设半导体为n型，有

1nq n

AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高， 故电阻率ρ随温度T升高下降；

BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格

振动散射导致迁移率下降，故电阻率ρ随温度T升高上升；

CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，故

电阻率ρ随温度T升高而下降； 8．金属和半导体导电类型上有何不同?

金属自由电子导电，半导体非平衡载流子导电

9．平衡p-n结的空间电荷区示意图如下，画出空间电荷区中载流子漂移运动和扩散运动的方向（在

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下图右侧直线上添加尖头即可）。并说明扩散电流和漂移电流之间的关系。（大小相等，方向相反）

10 型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会出现这样的变化规律。 四 计算题

*

1． InSb禁带宽度Eg 0.23eV，相对介电常数 25，电子有效质量mn 0.015m0。试采用类

r

氢模型计算施主杂质电离能。

2． 单晶硅中均匀地掺入两种杂质掺硼1.5 1016cm-3, 掺磷5.0 1015cm-3。试计算：（1）室温下载流子浓度；（2）室温下费米能级位置；（3）室温下电导率；（4）600K下载流子浓度。 已知：室温下

2

ni=1.5 1010cm-3, NC=2.8 1019cm-3, NV=1.0 1019cm-3, k0T=0.026eV；

2

15

-3

n 500(cm/V s), p 1300(cm/V s) ；600K时ni=6 10cm。

解：（1）对于硅材料：ND=5×1015cm-3；NA＝1.5×1016cm-3；T＝300k时 ni=1.5×1010cm-3：

p0 N

A

ND 2 10

15

cm

3

n0

nip0

(1.5 10

10

)

2

3.

E EF

11 e

(E EF)/k0T

0.2 10

16

cm

3

1.125 10cm

5 3

为

f(E)

4k0T,10k0T

时，分别用 …… 此处隐藏：1764字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……