電子科技大學(xué)半導(dǎo)體物理期末考試試卷B試題答案

1、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2010年丄月18日課程成績(jī)構(gòu)成：平時(shí) 10 分， 期中 5 分， 實(shí)驗(yàn) 15分， 期末 70 分-一-二二三四五六七八九十合計(jì)復(fù)核人 簽名得分簽名一、填空題：（共16分，每空1分）簡(jiǎn)并半導(dǎo)體一般是重?fù)诫s半導(dǎo)體,這時(shí)電離雜質(zhì)對(duì)載流子的散射作用不可忽略。2. 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(huì) 下降/減小，電阻 率會(huì)上升/增大。3. 電子陷阱存在于P/空穴 型半導(dǎo)體中。4. 隨溫度的增加，P型半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)的符號(hào)由正變?yōu)樨?fù)。5. 在半導(dǎo)體中同時(shí)摻入施主雜質(zhì)和受

2、主雜質(zhì)，它們具有雜質(zhì)補(bǔ)償 的作用，在制造各種半導(dǎo)體器件時(shí)，往往利用這種作用改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。6. ZnO是一種寬禁帶半導(dǎo)體，真空制備過(guò)程中通常會(huì)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。7.相對(duì)Si而言，InSb是制作霍爾器件 的較好材料，是因?yàn)槠潆娮舆w移率較高/大。8.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(jí)雜質(zhì)，通常起復(fù)合 中心的作用，使得載流子壽命減小。9.有效質(zhì)量概括了晶體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)對(duì)載流子的作用， 可通過(guò)回旋共振實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。10. 某N型Si半導(dǎo)體的功函數(shù) Ws是4.3eV,金屬Al的功函數(shù) Wm是4.2 eV,該半導(dǎo)體 和金屬接觸時(shí)

3、的界面將會(huì)形成反阻擋層接觸/歐姆接觸 。11. 有效復(fù)合中心的能級(jí)位置靠近禁帶中心能級(jí)/本征費(fèi)米能級(jí)/E.i。12. MIS結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體表面處于臨界強(qiáng)反型時(shí)，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(shí)金屬板上所加電壓為開啟電壓/閾值電壓 。13. 金屬和n型半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢(shì)壘，若外加正向偏壓于金屬，則半導(dǎo)體表面電 子勢(shì)壘高度將降低，空間電荷區(qū)寬度將相應(yīng)地（減少_/變窄/變?。６?、選擇題（共15分，每題1分）如果對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行重?fù)诫s，會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象是D 。A. 禁帶變寬B. 少子遷移率增大C. 多子濃度減小D. 簡(jiǎn)并化2. 已知室溫下Si的本征載流子濃度為ni =

4、1.5 lO10cm。處于穩(wěn)態(tài)的某摻雜Si半導(dǎo)體中電子濃度n =1.5 1015cm"，空穴濃度為p=1.5 1012cm"，則該半導(dǎo)體A。A. 存在小注入的非平衡載流子B. 存在大注入的非平衡載流子C. 處于熱平衡態(tài)D. 是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體3. 下面說(shuō)法錯(cuò)誤的是D。A. 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(duì)零度B. 計(jì)算簡(jiǎn)并半導(dǎo)體載流子濃度時(shí)不能用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)代替費(fèi)米統(tǒng)計(jì)C. 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D. 半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶電子都處于導(dǎo)帶底Ec能級(jí)位置4. 下面說(shuō)法正確的是D。A. 空穴是一種真實(shí)存在的微觀粒子B. MIS

5、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)C. 穩(wěn)態(tài)和熱平衡態(tài)的物理含義是一樣的D. 同一種半導(dǎo)體材料中，電子遷移率比空穴遷移率高5. 空間實(shí)驗(yàn)室中失重狀態(tài)下生長(zhǎng)的GaAs與地面生長(zhǎng)的GaAs相比，載流子遷移率要高，這是因?yàn)?B。A. 無(wú)雜質(zhì)污染B. 晶體生長(zhǎng)更完整C. 化學(xué)配比更合理D. 宇宙射線的照射作用6. 半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命的大小主要決定于AoA. 復(fù)合機(jī)構(gòu)B. 散射機(jī)構(gòu)C. 禁帶寬度D. 晶體結(jié)構(gòu)7. 若某材料電阻率隨溫度升高而單調(diào)下降，該材料是 AoA.本征半導(dǎo)體B.雜質(zhì)半導(dǎo)體C.金屬導(dǎo)體D.簡(jiǎn)并半導(dǎo)體8. 對(duì)于只含一種雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并p型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)隨溫度上升而DA.

6、 上升B. 下降C. 不變D. 經(jīng)過(guò)一極值后趨近Ei9. GaAs具有微分負(fù)電導(dǎo)現(xiàn)象，原因在于在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，A 。A. 載流子發(fā)生能谷間散射B. 載流子遷移率增大C. 載流子壽命變大D. 載流子濃度變小10. 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1014 cm-3的P原子；b）摻入濃度1015 cm-3的P原子；c）摻入濃度2X1014 cm-3的P原子，濃度為1014 cm-3的B原子；d）摻入濃度3X1015 cm-3的P原子，濃度為2X1015 cm-3的B原子。A. abcdB. bcdaC. acbdD. dcba11以下4種S

7、i半導(dǎo)體，室溫下功函數(shù)由大到小的順序是C。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1015 cm-3的B原子;d)純凈硅。A.abedB.cdbaC.adcbD.dabc12.以下4種不同摻雜情況的半導(dǎo)體，熱平衡時(shí)室溫下少子濃度最高的是 D153A. 摻入濃度10 cm P原子的Si半導(dǎo)體；B. 摻入濃度1014 cm-3 B原子的Si半導(dǎo)體；C. 摻入濃度1015 cm-3 P原子Ge半導(dǎo)體；D. 摻入濃度1014 cm-3 B原子Ge半導(dǎo)體。（已知室溫時(shí)：Si的本征載流子濃度ni =1.5 1010cm，Ge的

8、本征載流子濃度m 二 2.4 1013cm ”)13.直接復(fù)合時(shí)，小注入的P型半導(dǎo)體的非平衡載流子壽命：d決定于B。1 A.5 n°B. 1rd PoC.1IPD.其它14. 在金屬-SiO2-p型Si構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)中，SiO2中分布的可動(dòng)正電荷不會(huì)影響A.半導(dǎo)體表面勢(shì)B.平帶電壓C.平帶電容D.器件的穩(wěn)定性15. 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的是A。A. In (Wm=3.8 eV)B. Cr (Wm=4.6 eV)C. Au (Wm=4.8 eV)D. Al (Wm=4.2 eV)得分三、問(wèn)答題(共31分，共四題，6分+ 10分+ 10分+

9、 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)ECECECEFEi日一一一亠* EF- EVEVEV(a)(b)(c)ECEcEC_e=E 二m e eEF EFEv EV EV(d)(e)答：(a)強(qiáng)n型(b)弱p型(c)本征型或高度補(bǔ)償型(d)簡(jiǎn)并、p型(e)弱n型(f)強(qiáng)p型2. 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)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

10、彎曲時(shí)所加的柵電壓。（2 分）3.寫出至少兩種測(cè)試載流子濃度的實(shí)驗(yàn)方法，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理。（10 分）答：可以采用C-V測(cè)試以及霍耳效應(yīng)來(lái)測(cè)試載流子濃度；（2分）方法：CV測(cè)試法：a）采用金半接觸結(jié)構(gòu)，測(cè)試 CV曲線，可以得到 丄UV曲線為一C2條直線，斜率為 -，因此可以求出摻雜濃度Nd或Na； b）若采用MIS結(jié)構(gòu)，測(cè)試 霾Nd（Na）高頻GV曲線，由CV曲線的最大值求出氧化層厚度 do,再結(jié)合最小值可以求出摻雜濃 度;（4 分）方法：霍耳效應(yīng)?；舳鷮?shí)驗(yàn)中，根據(jù)lx, Bz，d，測(cè)出霍耳電壓Vh,由霍耳電壓正負(fù)判斷導(dǎo)電類型，因?yàn)镽h = ，因此求出霍耳系數(shù)Rh;再根據(jù)RH =或訊=-求出

11、載IxBzpqnq流子濃度。（4分）4.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(dòng)規(guī)律的連續(xù)方程為:gp,請(qǐng)說(shuō)明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)所代表的物理意義。答：空一一在x處，t時(shí)刻單位時(shí)間、單位體積中空穴的增加數(shù);（5 分）（1分）Dp ' P 由于擴(kuò)散，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù); :x（1 分）-p.:x由于漂移，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（1分）X由于復(fù)合，單位時(shí)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(shí)間、單位體積中空穴的產(chǎn)生數(shù)。（1分）得分四、計(jì)算題（共38分，8+ 10+ 10+ 10,共4題）1. 有一塊半導(dǎo)體硅材料，已知在室溫下（

12、300K）它的空穴濃度為po=2.25X1O%m-3,室溫時(shí)103硅的 Eg=1.12eV ni=1.5X 10 cm-, k°T=0.026eV（8 分） 計(jì)算這塊半導(dǎo)體材料的電子濃度；判斷材料的導(dǎo)電類型；計(jì)算費(fèi)米能級(jí)的位置。解：（1）（2分）因?yàn)镻o -n°,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(jí)在禁帶中線下 0.37eV處。（1分+ 2分+ 1分2. 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4.05eV,禁帶寬度為1.12eV,山=1.5 1010cm，試求:1）Si半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)

13、位置及功函數(shù)；2）若不計(jì)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WAg=4.81eV。3）若能形成阻擋層，求半導(dǎo)體一側(cè)的勢(shì)壘高度和勢(shì)壘寬度。（室溫下 k°T=0.026eV, Si介電常數(shù) & r=12，& 0=8.85X 10-1 乍/cm, q=1.6 10_19C）（10 分）1017解：1）費(fèi)米能級(jí)：Ef = Ei -k0Tln 一 石二 Ej -0.41（eV）（2 分）1.5匯10即位于禁帶中心以下0.41 eV位置 （即qVB=0.41 eV）功函數(shù)：Ws 二 E二 Eg/2 qVB =5.03（eV）（2 分）2）

14、對(duì)于p型Si,因?yàn)閃s Wm能夠形成空穴阻擋層（2 分）3）半導(dǎo)體一側(cè)的勢(shì)壘高度：qVD二Wm -Ws二-0.22（eV）（2分）勢(shì)壘寬度:Xd2 沃 12 漢 8.85匯10 * 漢 0.22 Y21917、1.6 漢 10 漢 10=5.4 10-6 (cm)(2 分)3. 假設(shè)室溫下某金屬與SiQ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=1.5X 1015/cm3, SiQ厚度 0.2 mm, SiQ介電常數(shù) 3.9, Si介電常數(shù) 12。1）求開啟電壓Vt；2）若SiQ-Si界面處存在固定的正電荷，實(shí)驗(yàn)測(cè)得VT=2.6eV,求固定正電荷的電(k0T=0.026eV

15、 Si:nj =1.5 1010cm=& 0=8.85X 10-14 F/cm, q=1.6 109C) (10 分)解：1）費(fèi)米勢(shì)：Vb二也I n（山）=0.362）（2分）q m14w 趕 V ¥表面電荷量：Qs =-qNAXdm =-qNA =-6.05匯10 （C）（1 分）、qNA 丿絕緣層電容：C0 = ；ri ；0/d0 =1.72 10*（F/cm2）（1 分）開啟電壓：VT =V0 Vs - -念 2vb =3.5 0.72 =4.22（V）（2 分）C。2）開啟電壓變化即平帶電壓的變化：働tfb1.62（V）（2 分）C0固定電荷量：Qfc =0tC° =2.79"0（C）（2 分）4. Pt/Si肖特基二極管在T=300K時(shí)生長(zhǎng)在摻雜濃度為 ND=1016cm-3的n型<100>Si上。肖特基勢(shì)壘高度為0.89eV。計(jì)算1） En=E>Ef, 2） qV。,，3）忽略勢(shì)壘降低時(shí)的JSt, 4）使J=2A/cm2（10 分）時(shí)的外加偏壓V。解:4）24）21）