半導(dǎo)體物理答案.doc

1、 選擇1. 與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（比半導(dǎo)體的大）；2. 室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為1014cm-3，同時(shí)摻有濃度為1.11015cm-3的磷，則電子濃度約為（1015cm-3 ），空穴濃度為（2.25105cm-3），費(fèi)米能級(jí)為（高于Ei）；將該半導(dǎo)體由室溫度升至570K，則多子濃度約為（21017cm-3），少子濃度為（21017cm-3），費(fèi)米能級(jí)為（等于Ei）。3. 施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（電子），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（空穴），本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供（空穴、電子）；4. 對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致（EF ）靠近Ei；5. 表面態(tài)中性能級(jí)位于費(fèi)米能級(jí)以上時(shí)，該表面態(tài)為（施主態(tài)）；6. 當(dāng)施主能級(jí)ED與費(fèi)米能級(jí)EF相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的（1/3）倍；重空穴是指（價(jià)帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴）7. 硅的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（金剛石型和間接禁帶型）8. 電子在晶體中的共有化運(yùn)動(dòng)指的是電子在晶體（各元胞對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)的幾率相同）。9. 本征半導(dǎo)體是指（不含雜質(zhì)與缺陷）的半導(dǎo)體。10. 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體是指（(EC-EF)或(EF-EV)0）的半導(dǎo)體11. 3個(gè)硅樣品的摻雜情況如下：甲含鎵11017cm-3；乙.含硼和磷各11017cm-3；丙.含鋁11015cm-3這三種樣品在室溫下的費(fèi)米能級(jí)由低到高（以EV為基準(zhǔn)）的順序是(甲丙乙)12. 以長(zhǎng)聲學(xué)波為主要散射機(jī)構(gòu)時(shí)，電子的遷移率n與溫度的（B 3/2次方成反比）13. 公式中的是載流子的（平均自由時(shí)間）。14. 歐姆接觸是指（阻值較小并且有對(duì)稱(chēng)而線性的伏安特性）的金屬半導(dǎo)體接觸。15. 在MIS結(jié)構(gòu)的金屬柵極和半導(dǎo)體上加一變化的電壓，在柵極電壓由負(fù)值增加到足夠大的正值的的過(guò)程中，如半導(dǎo)體為P型，則在半導(dǎo)體的接觸面上依次出現(xiàn)的狀態(tài)為（多數(shù)載流子堆積狀態(tài)，多數(shù)載流子耗盡狀態(tài)，少數(shù)載流子反型狀態(tài)）。16. 在硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)中，在布里淵中心存在兩個(gè)極大值重合的價(jià)帶，外面的能帶（曲率?。?，對(duì)應(yīng)的有效質(zhì)量（大），稱(chēng)該能帶中的空穴為(重空穴E )。17. 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(chēng)為（兩性雜質(zhì)）。18. 在通常情況下，GaN呈（纖鋅礦型 ）型結(jié)構(gòu)，具有（六方對(duì)稱(chēng)性），它是（直接帶隙）半導(dǎo)體材料。19. 同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對(duì)介電常數(shù)r是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍，那么用類(lèi)氫模型計(jì)算結(jié)果是（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 ）。20. 一塊半導(dǎo)體壽命=15s，光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30s后，其中非平衡載流子將衰減到原來(lái)的（1/e2）。21. 對(duì)于同時(shí)存在一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的均勻摻雜的非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，在溫度足夠高、ni /ND-NA/ 時(shí)，半導(dǎo)體具有 （本征） 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。22. 在純的半導(dǎo)體硅中摻入硼，在一定的溫度下，當(dāng)摻入的濃度增加時(shí)，費(fèi)米能級(jí)向（Ev）移動(dòng)；當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度從室溫逐步增加，費(fèi)米能級(jí)向( Ei )移動(dòng)。23. 把磷化鎵在氮?dú)夥罩型嘶?，?huì)有氮取代部分的磷，這會(huì)在磷化鎵中出現(xiàn)（產(chǎn)生等電子陷阱）。24. 對(duì)于大注入下的直接復(fù)合，非平衡載流子的壽命不再是個(gè)常數(shù)，它與（非平衡載流子濃度成反比）。25. 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn)過(guò)程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時(shí)，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動(dòng)聲子的散射概率的變化分別是（變小，變大）。26. 如在半導(dǎo)體的禁帶中有一個(gè)深雜質(zhì)能級(jí)位于禁帶中央，則它對(duì)電子的俘獲率（等于）空穴的俘獲率，它是（有效的復(fù)合中心）。27. 同一塊半導(dǎo)體中，電子的有效質(zhì)量小于空穴的有效質(zhì)量，所以電子的遷移率（大于）空穴的遷移率。28. 下列半導(dǎo)體材料中，屬于N型半導(dǎo)體的是（鍺摻入磷）。29. pn結(jié)空間電荷區(qū)又稱(chēng)為（耗盡區(qū)）。30. 主要利用半導(dǎo)體的（隧道效應(yīng)）制造歐姆接觸。31. 光強(qiáng)度一定是，在半導(dǎo)體溫度升高，非平衡載流子濃度（不變）。32. 溫度一定時(shí)，半導(dǎo)體摻雜濃度增加其導(dǎo)電性（增大）。33. 下列半導(dǎo)體材料中，屬于直接帶隙半導(dǎo)體的是（砷化鎵）。34. N型半導(dǎo)體，隨著摻雜濃度增加，費(fèi)米能級(jí)（上升）。35. 非平衡載流子通過(guò)復(fù)合中心的復(fù)合稱(chēng)為（間接復(fù)合）。36. 制造半導(dǎo)體器件時(shí)，必須引出金屬端子引腳，必然出現(xiàn)金屬與半導(dǎo)體接觸，此時(shí)需要采取（歐姆接觸）方法減少接觸對(duì)器件特性影響。二、填空1純凈半導(dǎo)體Si中摻V族元素的雜質(zhì)，當(dāng)雜質(zhì)電離時(shí)釋放 。這種雜質(zhì)稱(chēng) 雜質(zhì)；相應(yīng)的半導(dǎo)體稱(chēng) 型半導(dǎo)體。2當(dāng)半導(dǎo)體中載流子濃度的分布不均勻時(shí)，載流子將做 運(yùn)動(dòng)；在半導(dǎo)體存在外加電壓情況下，載流子將做 運(yùn)動(dòng)。3nopo=ni2標(biāo)志著半導(dǎo)體處于 狀態(tài)，當(dāng)半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)含量改變時(shí)，乘積nopo改變否？ ；當(dāng)溫度變化時(shí)，nopo改變否？ 。4非平衡載流子通過(guò) 而消失， 叫做壽命，壽命與 在 中的位置密切相關(guān)，對(duì)于強(qiáng)p型和 強(qiáng)n型材料，小注入時(shí)壽命n為 ，壽命p為 。 5 是反映載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量， 是反映有濃度梯度時(shí)載流子運(yùn)動(dòng)難易程度的物理量，聯(lián)系兩者的關(guān)系式是 ，稱(chēng)為 關(guān)系式。 6半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是 和 。前者在 下起主要作用，后者在 下起主要作用。7半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)的主要作用是 ；深能級(jí)雜質(zhì)所起的主要作用 。8對(duì)n型半導(dǎo)體，如果以EF和EC的相對(duì)位置作為衡量簡(jiǎn)并化與非簡(jiǎn)并化的標(biāo)準(zhǔn)，那末， 為非簡(jiǎn)并條件； 為弱簡(jiǎn)并條件； 為簡(jiǎn)并條件。12當(dāng)P-N結(jié)施加反向偏壓增大到某一數(shù)值時(shí)，反向電流密度突然開(kāi)始迅速增大的現(xiàn)象稱(chēng)為 ，其種類(lèi)為： 、和 。13指出下圖各表示的是什么類(lèi)型半導(dǎo)體？14當(dāng)半導(dǎo)體中載流子濃度存在濃度梯度時(shí)，載流子將做 運(yùn)動(dòng)；半導(dǎo)體存在電勢(shì)差時(shí)，載流子將做 運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度正比于 ，比例系數(shù)稱(chēng)為 。15npni2意味著半導(dǎo)體處于 狀態(tài)，其中n= ；p 。這時(shí)半導(dǎo)體中載流子存在凈復(fù)合還是凈產(chǎn)生？ 。16半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)的主要作用是 增強(qiáng)載流子的濃度 ；深能級(jí)雜質(zhì)所起的主要作用 增強(qiáng)載流子的復(fù)合 。 17非平衡載流子通過(guò) 而消失， 叫做壽命，壽命與 在 中的位置密切相關(guān)，當(dāng) 壽命趨向最小。 18半導(dǎo)體中的載流子主要受到兩種散射，它們分別是 和 。前者在 下起主要作用，后者在 下起主要作用。19半導(dǎo)體中摻雜濃度很高時(shí)，雜質(zhì)電離能 （增大、減小、不變？），禁帶寬度 （增大、減小、不變？）。20 p-n結(jié)電容包括 電容和 電容，在反向偏壓下， 電容起主要作用。21 原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再局限在某個(gè)原子上，可以從一個(gè)原子上轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上，電子將在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為：共有化運(yùn)動(dòng)。22 空穴攜帶_正_電荷，具有_正_的有效質(zhì)量。23 本證硅中摻入III價(jià)元素雜質(zhì)，為_(kāi)P_型半導(dǎo)體。24 當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射半導(dǎo)體，產(chǎn)生的載流子稱(chēng)為_(kāi)非平衡_載流子。25 _愛(ài)因斯坦_方程是漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在時(shí)少數(shù)載流子所遵循的運(yùn)動(dòng)方程，是研究半導(dǎo)體器件原理的基本方程之一。26 常見(jiàn)的元素半導(dǎo)體有_硅_和_鉻_，常見(jiàn)的化合物半導(dǎo)體有_砷化鎵_。27 半導(dǎo)體材料硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)為_(kāi)金剛石_型結(jié)構(gòu)。28 金屬中導(dǎo)電的粒子是電子，半導(dǎo)體中導(dǎo)電的粒子是_電子_和 _空穴_。29 晶體中電子的能量狀態(tài)是量子化的，電子在各狀態(tài)上的分布遵守費(fèi)米分布規(guī)律，當(dāng)E-EFk0T時(shí)，可近似為_(kāi)波爾茲曼_分布。30 pn結(jié)具有電容特性，包括_勢(shì)壘_電容和_擴(kuò)散_電容兩部分。3、 名詞解釋1. 有效質(zhì)量: 粒子在晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的等效質(zhì)量，它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。2. 熱平衡狀態(tài)：在沒(méi)有外界影響的條件下，熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。所謂外界影響，是指外界對(duì)系統(tǒng)作功或傳熱。不能把平衡態(tài)簡(jiǎn)單理解為不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。3. 散射概率4. 遷移率：?jiǎn)挝浑妶?chǎng)作用下，載流子獲得的平均定向運(yùn)動(dòng)速度，反映了載流子在電場(chǎng)作用下的輸運(yùn)能力，是半導(dǎo)體物理中重要的概念和參數(shù)之一。遷移率的表達(dá)式為：=q/m* ?？梢?jiàn)，有效質(zhì)量和弛豫時(shí)間（散射）是影響遷移率的因素。5. 平均自由時(shí)間：粒子在兩次散射之間經(jīng)歷的平均時(shí)間，其倒數(shù)即為散射幾率。6. 熱載流子：是指比零電場(chǎng)下的載流子具有更高平均動(dòng)能的載流子。7. 載流子的散射：電離雜質(zhì)的散射：施主雜質(zhì)在電離后是一個(gè)帶正電的離子，而受主雜質(zhì)電離后則是負(fù)離子。在正離子有或負(fù)離子周?chē)纬梢粋€(gè)庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)，載流子將受到這個(gè)庫(kù)侖場(chǎng)的作用，即散射。晶格振動(dòng)的散射：光學(xué)波和聲學(xué)波散射。隨著溫度的增加，晶格振動(dòng)的散射越來(lái)顯著，而雜質(zhì)電離的散射變得不顯著了。其他因素引起的散射：等同的能谷間散射、中性雜質(zhì)散射、位錯(cuò)散射、合金散射。另外，載流子之間也有散射作用，但這種散射只在強(qiáng)簡(jiǎn)并時(shí)才顯著。8. 非平衡載流子的壽命：當(dāng)半導(dǎo)體由于外界作用注入非平衡載流子時(shí)，它處于非平衡狀態(tài)。 9. 復(fù)合幾率：10. 復(fù)合率：11. 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí): 半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴不再有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，但可以認(rèn)為它們各自達(dá)到平衡，相應(yīng)的費(fèi)米能級(jí)稱(chēng)為電子和空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。12. 直接復(fù)合：電子從導(dǎo)帶直接躍遷至價(jià)帶與空穴相遇而復(fù)合。13. 間接復(fù)合: 電子通過(guò)禁帶中的能級(jí)而躍遷至價(jià)帶與空穴相遇而復(fù)合。14. 直接復(fù)合機(jī)構(gòu)15. 間接復(fù)合機(jī)構(gòu)16. 雪崩擊穿：在晶體中運(yùn)行的電子和空穴將不斷的與晶體原子發(fā)生碰撞,通過(guò)這樣的碰撞可使束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái),產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì).新產(chǎn)生的載流子在電場(chǎng)作用下撞出其他價(jià)電子,又產(chǎn)生新的自由電子空穴對(duì).如此連鎖反應(yīng)，使得阻擋層中的載流子的數(shù)量雪崩式地增加,流過(guò)PN結(jié)的電流就急劇增大,所以這種碰撞電離稱(chēng)為雪崩擊穿.17. 隧道擊穿效應(yīng)：隧道擊穿是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，由隧道效應(yīng)，使大量電子從價(jià)帶穿過(guò)禁帶而進(jìn)入到導(dǎo)帶所引起的一種擊穿現(xiàn)象。18. 肖特基接觸：指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸的時(shí)候，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢(shì)壘。勢(shì)壘的存在才導(dǎo)致了大的界面電阻。與之對(duì)應(yīng)的是歐姆接觸，界面處勢(shì)壘非常小或者是沒(méi)有接觸勢(shì)壘。19. 歐姆接觸：指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時(shí)，大部分的電壓降在活動(dòng)區(qū)(Active region)而不在接觸面。20. N型半導(dǎo)體: 在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。21. P型半導(dǎo)體 : 在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導(dǎo)體。22. 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體: 對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)接近或進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶，導(dǎo)帶/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耳茲曼分布，需要采用費(fèi)米分布函數(shù)描述。稱(chēng)此類(lèi)半導(dǎo)體為簡(jiǎn)并半導(dǎo)體。滿足的條件為23. 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體: 摻雜濃度較低，其費(fèi)米能級(jí)EF在禁帶中的半導(dǎo)體 ; 半導(dǎo)體中載