北工大半導(dǎo)體物理歷年真題(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上歷年真題第一章1、Si、GaAs半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂分別在k空間什么位置？其晶體結(jié)構(gòu)和解理面分別是什么？哪個(gè)是直接帶隙，哪個(gè)是間接帶隙？(2006)2、對(duì)于金剛石結(jié)構(gòu)的硅Si和閃鋅礦結(jié)構(gòu)的砷化鎵GaAs，在（111）晶面上，其原子面密度和面間距都是最大，為什么Si的解理面是（111），而GaAs不是？(2007) 3、半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg、N型半導(dǎo)體雜質(zhì)激活能Ed以及親和勢(shì)X分別表示半導(dǎo)體電子的什么狀態(tài)特性？（2009年簡(jiǎn)答題7分）4、與真空電子運(yùn)動(dòng)相比，半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)有何不同？（2009年簡(jiǎn)答題7分）（1-9題 63分，每小題7分(2010)）5、如圖

2、是一個(gè)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的Ek關(guān)系；1）哪個(gè)能帶具有x方向更小的有效質(zhì)量？2）考慮兩個(gè)電子分別位于兩個(gè)能帶中的十字線處，哪個(gè)電子的速度更大些？6、寫出硅(Si)和砷化鎵(GaAs)的晶體結(jié)構(gòu)、禁帶寬度和解理面。？（2011年簡(jiǎn)答題6分）第二章3、高阻的本征半導(dǎo)體材料和高阻的高度補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體材料的區(qū)別是什么？(2006) 1 深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)概念（西交大） 1以硅為例，舉例說明摻入淺能級(jí)和深能級(jí)雜質(zhì)的目的和作用？（西電） 2.什么是淺能級(jí)雜質(zhì)？什么是深能級(jí)雜質(zhì)？列舉出半導(dǎo)體硅中各一種雜質(zhì)元素的例子。半導(dǎo)體中摻入這些雜質(zhì)分別起什么作用 ? (2011)第三章 11、定性畫出N型半導(dǎo)體樣品，載流子

3、濃度n隨溫度變化的曲線（全溫區(qū)），討論各段的物理意義，并標(biāo)出本征激發(fā)隨溫度的曲線。設(shè)該樣品的摻雜濃度為ND。比較兩曲線，論述寬帶隙半導(dǎo)體材料器件工作溫度范圍更寬。 (2006-20分) 、室溫下，一N型樣品摻雜濃度為Nd，全部電離。當(dāng)溫度升高后，其費(fèi)米能級(jí)如何變化？為什么？一本征半導(dǎo)體，其費(fèi)米能級(jí)隨溫度升高如何變化？為什么？（2007） 4、一塊N型半導(dǎo)體，隨溫度升高，載流子濃度如何變化？費(fèi)米能級(jí)如何變化？（2009） 7、定性說明摻雜半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)與摻雜濃度和溫度的關(guān)系是怎樣的？（2010） 10、（20分）設(shè)某一種半導(dǎo)體材料室溫下（300 K）本征載流子濃度為1.0 × 1010

4、 cm3，價(jià)帶和導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度NV = NC = 1019 cm3， 1）求禁帶寬度； 2）如果摻入施主雜質(zhì)ND = 1016 cm3，求300 K下，熱平衡下的電子和空穴濃度； 3）對(duì)于上面的樣品，在又摻入NA = 2 × 1016 cm3的受主雜質(zhì)后，求新的熱平衡電子和空穴濃度（300 K）。 4）求3）中，費(fèi)米能級(jí)的位置EF Ei； (2010) 9.(10分 2011) 已知某半導(dǎo)體材料中n型雜質(zhì)濃度為ND， p型雜質(zhì)濃度為NA，假設(shè)雜質(zhì)完全電離， 證明半導(dǎo)體中電子濃度：11.(20分-2011) 對(duì)于一塊摻雜濃度為ND的N型半導(dǎo)體材料，（1）示意畫出電子濃度n0隨溫度的變

5、化曲線，并在圖中同時(shí)畫出本征半導(dǎo)體濃度ni隨溫度變化的曲線；（2）若摻雜濃度ND提高，載流子濃度隨溫度變化曲線如何變化？ （3）示意地畫出N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)隨溫度的變化，并簡(jiǎn)單解釋； （4）在n0隨溫度變化的曲線上，哪段溫度的影響對(duì)材料電阻率起到增加的作用？為什么？第四章4、半導(dǎo)體中主要的兩種散射機(jī)構(gòu)是什么？在有多種散射機(jī)構(gòu)存在的情況下，為什么遷移率主要由自由時(shí)間短的機(jī)理決定？ （2006）9、（16分）在T=300K下，一N型半導(dǎo)體Si樣品，測(cè)得的電阻率為0.1W-cm。（1） 求此時(shí)的電子濃度和空穴濃度（查圖）。（2） 若在此樣品中，再摻入9´1016cm-3P型雜質(zhì)，求此時(shí)樣品

6、的電阻率、多子濃度和少子濃度。并求出此時(shí)多子的遷移率（查圖）。（2006）、一N型硅樣品雜質(zhì)濃度為ND1，經(jīng)擴(kuò)硼B(yǎng)后（摻雜濃度為NA）樣品變?yōu)镻型；再經(jīng)擴(kuò)磷P（雜質(zhì)濃度為ND2）樣品又變?yōu)镹型，此時(shí)載流子濃度為多少？與未擴(kuò)散前的N型樣品相比，遷移率有何變化？、半導(dǎo)體的電阻率通過摻雜可以敏感地控制，“摻入百萬分之一的雜質(zhì)，可以引起電阻率百萬倍變化”，以硅為例，忽略摻雜對(duì)遷移率的影響，粗略估算證明之。9、（16分）什么是載流子的遷移率？遷移率與載流子的平均自由時(shí)間成正比。有兩種載流子的散射機(jī)構(gòu)，平均自由時(shí)間分別為t1，t2，如果t1t2，總遷移率是不是由t1散射機(jī)構(gòu)決定？解釋之。12、（18分）當(dāng)

7、溫度升高時(shí)，本征半導(dǎo)體的電阻率與金屬的電阻率隨溫度變化有何不同？為什么？一塊N型樣品的電阻率隨溫度的變化又如何？解釋之11、（13分）1）什么是載流子的遷移率？影響遷移率的主要散射機(jī)理有幾種。討論載流子類型、摻雜和環(huán)境溫度對(duì)遷移率的影響關(guān)系。2）論述用霍爾效應(yīng)測(cè)量載流子遷移率的實(shí)驗(yàn)方法。(2010)8. (16分) 已知T = 300K時(shí)的硅熱平衡空穴濃度為p0 = 2 ´ 105 cm3， 求熱平衡電子濃度。該材料是n型還是p型半導(dǎo)體？ 若再向該材料中摻入NA = 1 ´ 1013 cm3的受主雜質(zhì)，此時(shí)的電子和空穴濃度分別是多少？ 假設(shè)該材料電子和空穴的遷移率不變，計(jì)算

8、摻雜前后電阻率變化。（2011） （1）熱平衡電子濃度n0 = ni2/p0 = (1.5 × 1010)2 / 2.5 × 105 = 9 × 1014 cm3 n0 > p0, 該材料是n型半導(dǎo)體（2）再摻雜后，n0,1 = ND NA = 9 × 1014 1 × 1013 = 8.9 × 1014 cm3 p0,1 = ni2/n0,1 = (1.5 × 1010)2 / 8.9 × 1014 = 2.53 × 105 cm3（3）初始電阻率0 = ( 1/n0qn)，再摻雜后電阻率1 =

9、1/n0,1qn 1/0 = n0 /n0,1 = 9/8.9 = 1.01 即電阻率變?yōu)樵瓉淼?.01倍，或增加了1%十、(10分) 什么是載流子的遷移率？假定半導(dǎo)體內(nèi)存在三種散射機(jī)制。只存在第一種散射機(jī)制時(shí)的遷移率是2000 cm2/Vs，只存在第二種散射機(jī)制時(shí)的遷移率是1500 cm2/Vs，只存在第三種散射機(jī)制時(shí)的遷移率是500 cm2/Vs，求總遷移率。（2011）根據(jù)多散射機(jī)構(gòu)各散射幾率與平均自由時(shí)間的關(guān)系可以得到總遷移率的倒數(shù)1/ = 1/1 + 1/2 + 1/3 = 1/(1/1 + 1/2 + 1/3) = 1/(1/2000 + 1/1500 + 1/500) = 315

10、.8 cm2/Vs第五章 11、（15分）光均勻照射一個(gè)7Wcm的p型Si樣品，電子空穴對(duì)的產(chǎn)生率為5x1016cm-3s-1，樣品壽命為10 ms ，計(jì)算光照前、后樣品電阻率的改變，以及費(fèi)米能級(jí)位置的變化（假定此問題中，電子和空穴的遷移率相同）。（2008） 12、（24分）什么是載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)？什么是載流子的漂移運(yùn)動(dòng)？寫出載流子的愛因斯坦關(guān)系。結(jié)合半導(dǎo)體PN結(jié)形成及達(dá)到平衡過程中載流子的擴(kuò)散和漂移，討論愛因斯坦關(guān)系的物理意義和半導(dǎo)體中載流子擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)聯(lián)。（2008） 13、一個(gè)一維無限長(zhǎng)的N型半導(dǎo)體樣品，在x=0表面處保持恒定的少子注入濃度Dp=(Dp)0，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定后（不隨

11、時(shí)間變化）。設(shè)少子空穴的擴(kuò)散系數(shù)為DP，非平衡少子的壽命為t。求解沿x方向非平衡少子的分布。討論該樣品中注入一個(gè)少子空穴脈沖后，空穴的運(yùn)動(dòng)與一杯水中，滴入一滴墨水的運(yùn)動(dòng)有何區(qū)別。（2006） 6、什么是非平衡載流子的壽命？如何從工藝上改變半導(dǎo)體中載流子的壽命？（2009-7分） 6、載流子在半導(dǎo)體中的主要輸運(yùn)有哪兩種方式？它們形成的電流大小分別與什么參數(shù)相關(guān)？寫出愛因斯坦關(guān)系式。（2010） 3、什么是非平衡載流子的壽命？什么載流子的平均自由時(shí)間？ （2011） 13、（18分）室溫下（300K），有一個(gè)很薄的N型硅樣品，測(cè)量的電阻率為0.3 W cm，載流子壽命為 = 1 s。 1）樣品處于

12、穿透性的光照下，穩(wěn)態(tài)時(shí)體內(nèi)均勻產(chǎn)生濃度為106 cm3的過剩少子。在t = 0時(shí)刻，突然撤除光照。求此時(shí)電子和空穴濃度分別是多少？（可利用附件2圖）。判斷是否是小注入情況？ 2）樣品中載流子的主要復(fù)合機(jī)構(gòu)是什么？ 3）推導(dǎo)光照撤除后樣品中過剩少子濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律的表達(dá)式，并計(jì)算t = 0、t = 和t = 10 時(shí)刻過剩少子的復(fù)合率。（2010） 12.(16分) 一強(qiáng)脈沖光（hn ³ Eg）照射在n型樣品，見圖1。假定光被樣品均勻吸收，產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為gp，空穴壽命為t 分別求出光照情況（010t 區(qū)間）和去除光照情況（10t 20t 區(qū)間）下，非平衡空穴所滿足的隨時(shí)

13、間變化方程； 求出t = 9t、t = 11t 兩個(gè)時(shí)刻，非平衡空穴濃度值是多少； 在所給坐標(biāo)中，示意畫出非平衡空穴的變化； 0 10 20 時(shí)間光強(qiáng)0 10 20 時(shí)間p(t)4、光均勻照射一個(gè)5Wcm的n型Si樣品，電子空穴對(duì)的產(chǎn)生率為5x1016cm-3s-1，樣品壽命為10 ms ，計(jì)算光照前后樣品電阻率的改變及費(fèi)米能級(jí)位置的變化。 12.(16分) 一強(qiáng)脈沖光（hn ³ Eg）照射在n型樣品，見圖1。假定光被樣品均勻吸收，產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為gp，空穴壽命為t 分別求出光照情況（010t 區(qū)間）和去除光照情況（10t 20t 區(qū)間）下，非平衡空穴所滿足的隨時(shí)間變化方程

14、； 求出t = 9t、t = 11t 兩個(gè)時(shí)刻，非平衡空穴濃度值是多少； 在所給坐標(biāo)中，示意畫出非平衡空穴的變化； 0 10 20 時(shí)間光強(qiáng)0 10 20 時(shí)間p(t) 解：（1）光照情況下，根據(jù)連續(xù)性方程，dp/dt = G R = gp p/，結(jié)合初始條件 t = 0時(shí)，p(0) =0 解方程得 ln(gp p) = t/ + ln(gp)，最后得p(t) = gp(1 et/)。去除光照后，連續(xù)性方程變?yōu)閐p/dt = G R = p/，結(jié)合t = 10時(shí)，p(10) gp解方程得p(t) = gpe(t-10)/。(2) t = 9t 時(shí)，p(9t) = gp(1 e 9) gp； t

15、 = 11t時(shí)，p(11t) = gpe (11 10)/ = gp/e(3)見下圖第六章10、（1）寫出理想PN結(jié)的I-V特性，即電流密度J與電壓V的關(guān)系方程。分別在直角線性坐標(biāo)系和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，示意畫出PN結(jié)電流電壓特性曲線。(2) 在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中的曲線上，如何將正向小電壓下勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流和反向電壓下勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流產(chǎn)生的作用反映在曲線上？簡(jiǎn)單解釋之。(3）如果PN結(jié)電流中，同時(shí)考慮擴(kuò)散電流和復(fù)合電流時(shí)，即采用理想因子m，寫出含有理想因子m的J-V特性方程，并描述一種測(cè)量m的實(shí)驗(yàn)方法。(4) 分別分析PN結(jié)加正向偏置和反向偏置，對(duì)PN結(jié)邊界處少子濃度的改變，以此論述，PN結(jié)具有正向?qū)ê?/p>

16、反向飽和特性。 （2008）（32分）8、寫出n型樣品中，小注入條件下，少子空穴的連續(xù)性方程。寫出空穴不隨時(shí)間變化時(shí)（穩(wěn)態(tài)）、不考慮電場(chǎng)、無光照情況下，少子空穴的方程。（2008）10、（16分）對(duì)于一個(gè)PN結(jié)二極管，論述如何判斷加正向電壓后，其電流是以擴(kuò)散電流為主還是以空間電荷區(qū)復(fù)合電流為主？（2007）11、（20分）PN結(jié)的N型一側(cè)摻雜濃度為ND，P型一側(cè)摻雜濃度為NA，采用雜質(zhì)飽和電離近似，證明PN結(jié)的接觸電勢(shì)差為： ni是本征載流子濃度 另有一N+N結(jié)，摻雜濃度分別為N+，N，證明此時(shí)N+N結(jié)的接觸電勢(shì)差為： 比較兩者的大小，并解釋其內(nèi)在的物理機(jī)理。 （2007） 10、（24分）一

17、個(gè)硅PN結(jié)（T=300K），P區(qū)的摻雜濃度為NA1x1015cm-3，N區(qū)的摻雜濃度ND3 NA，使用雜質(zhì)全部電離和載流子全部耗盡假設(shè)， (1) 計(jì)算室溫下PN結(jié)的接觸電勢(shì)差VD； (2) 定性畫出PN結(jié)的電場(chǎng)分布、電荷分布。 (3) 若溫度T增加、材料的禁帶寬度Eg增加，VD將分別如何變化？ (4) 若此結(jié)構(gòu)是N+-N結(jié)，即N+區(qū)一側(cè)ND+=3 NA，N區(qū)一側(cè)ND= NA，計(jì)算此時(shí)的VD。（2006） 14、寫出理想PN結(jié)的J-V特性關(guān)系公式（肖克萊方程）。并在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下（X軸為V，Y軸為ln（J/J0），定性畫出該曲線。若此PN結(jié)為實(shí)際的PN結(jié)，應(yīng)做哪些改動(dòng)？為什么？（2006）10、（

18、21分）（2009）（1）分別畫出PN結(jié)熱平衡、正向偏置、反向偏置時(shí)，費(fèi)米能級(jí)變化能帶圖。（2）畫出P型材料制備的理想MOS結(jié)構(gòu)，柵壓分別為負(fù)、為零、為正時(shí)的半導(dǎo)體一側(cè)能帶圖。（3）比較PN結(jié)能帶圖和 MOS結(jié)構(gòu)能帶圖中，費(fèi)米能級(jí)變化有何異同？簡(jiǎn)單解釋之。 13、(16分) 寫出包含結(jié)理想因子n的PN結(jié)電流-電壓關(guān)系公式。（1）簡(jiǎn)述測(cè)量理想因子n的實(shí)驗(yàn)方法；（2）如何判斷一個(gè)二極管PN結(jié)電流中，是以擴(kuò)散電流為主，還是以復(fù)合電流為主？（3）如何測(cè)量擊穿電壓；（4）能否利用擊穿電壓隨溫度變化的規(guī)律判斷出該二極管擊穿機(jī)理是隧道還是雪崩擊穿？（2011）12、（18分）圖中是硅材料兩個(gè)不同N+P結(jié)雪崩擊穿條件時(shí)的電場(chǎng)隨空間位置的分布，此時(shí)結(jié)電壓VNP = 擊穿電壓VB。兩種情況