電子科技大學(xué)2010半導(dǎo)體物理期末考試試題答卷A試題參考答案

1、精心整理電子科技大學(xué)二零 一零 至二零一一學(xué)年第一學(xué)期期 末 考試1.對(duì)于大注入下的直接輻射復(fù)合，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2 .有3個(gè)硅樣品，其摻雜情況分別是：甲. 含鋁ixio-15cm3乙.含硼和磷各ixio-17cm3內(nèi).含錢i x io-17cm3室溫下，這些樣品的電阻率由高到低的順序是（C）D.丙甲乙A.甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙3 .題2中樣品的電子遷移率由高到低的順序是（B ）4 .題2中費(fèi)米能級(jí)由高到低的順序是（C ）5 .歐姆接觸是指（D ）的金屬一半導(dǎo)體接觸A.

2、 Wms = 0B. WC. Wms > 0D.6.有效復(fù)合中心的能級(jí)必靠近（A ）A.禁帶中部B. 導(dǎo)帶ms < 0阻值較小且具有對(duì)稱而線性的伏安特性C. 價(jià)帶 D.費(fèi)米能級(jí)7 .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(shí)，其小注入下的少子壽命正比于（ C ）A.1/noB.1/An C.1/ po D.1/ Ap8 .半導(dǎo)體中載流子的擴(kuò)散系數(shù)決定于其中的（A ）A.散射機(jī)構(gòu)B.復(fù)合機(jī)構(gòu)C.雜質(zhì)濃變梯度D.表面復(fù)合速度9 . MO淵件絕緣層中的可動(dòng)電荷是（C ）A.電子 B. 空穴 C. 鈉離子 D. 硅離子10 .以下4種半導(dǎo)體中最適合于制作高溫器件的是（D ）A. Si

3、B. Ge C. GaAs D. GaN得分 二、解釋并區(qū)別下列術(shù)語的物理意義（30分，7+7+8+81,共4題）1 .有效質(zhì)量、縱向有效質(zhì)量與橫向有效質(zhì)量（7分）答：有效質(zhì)量：由于半導(dǎo)體中載流子既受到外場力作用，又受到半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢場作用。 效概括了半導(dǎo)體內(nèi)部周期性勢場的作用，使外場力和載流子加速度直接聯(lián)系起來。在直接由實(shí)驗(yàn)測得的有效質(zhì)量后，可以很方便的解決電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（3分）縱向有效質(zhì)量、橫向有效質(zhì)量：由于 k空間等能面是橢球面，有效質(zhì)量各向異性，在回旋共 振實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)晶軸有不同取向時(shí)，可以得到為數(shù)不等的吸收峰。我們引入縱向有 效質(zhì)量跟橫向有效質(zhì)量表示旋轉(zhuǎn)橢球等能面縱

4、向有效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量。（4分）2 .擴(kuò)散長度、牽引長度與德拜長度 （7分）答：擴(kuò)散長度：指的是非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離。由擴(kuò)散系數(shù)和材料非平衡載流子的壽命決定，即L =。（2分）牽引長度：指的是非平衡載流子在電場e作用下，在壽命 時(shí)間內(nèi)所漂移的距離，即L（e）=Te N （2 分）德拜長度：它是德拜在研究電解質(zhì)表面極化層時(shí)提出的理論上的長度，用來描寫正離子的電 場所能影響到電子的最遠(yuǎn)距離。對(duì)于半導(dǎo)體，表面空間電荷層厚度隨襯底摻雜濃度介電常數(shù)、表 面電勢等多種因素而改變，但其厚度的數(shù)量級(jí)用一個(gè)特稱長度一一德拜長度Ld表示。（3分）3 .費(fèi)米能級(jí)、化學(xué)勢與電子親和能 （8

5、分）答：費(fèi)米能級(jí)與化學(xué)勢：費(fèi)米能級(jí)表示等系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，也不對(duì)外做功的情況下，系統(tǒng)中 增加一個(gè)電子所引起系統(tǒng)自由能的變化， 等于系統(tǒng)的化學(xué)勢。處于熱平衡的系統(tǒng)有統(tǒng)一的化學(xué)勢 這時(shí)的化學(xué)勢等于系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)。費(fèi)米能級(jí)和溫度、材料的導(dǎo)電類型雜質(zhì)含量、能級(jí)零點(diǎn)選取 有關(guān)。費(fèi)米能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)水平。費(fèi)米能級(jí)位置越高，說明較多的能量較高的量子態(tài)上 有電子。隨之溫度升高，電子占據(jù)能量小于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)的幾率下降，而電子占據(jù)能量大于 費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)的幾率增大。（6分）：二.電子親和能：表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的的最小能量。（2分）4 .復(fù)合中心、陷阱中心與等電子復(fù)合中心 （8分）

6、答：復(fù)合中心：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷可以在禁帶中形成一定的能級(jí)，這些能級(jí)具有收容部分非 平衡載流子的作用，雜質(zhì)能級(jí)的這種積累非平衡載流子的作用稱為陷阱效應(yīng)。把產(chǎn)生顯著陷阱效 應(yīng)的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心。（4分）等電子復(fù)合中心：在III- V族化合物半導(dǎo)體中摻入一定量與主原子等價(jià)的某種雜質(zhì)原子，取 代格點(diǎn)上的原子。由于雜質(zhì)原子與主原子之間電性上的差別，中性雜質(zhì)原子可以束縛電子或空穴 而成為帶電中心。帶電中心吸引與被束縛載流子符號(hào)相反的載流子，形成一個(gè)激子束縛態(tài)。這種 激子束縛態(tài)叫做等電子復(fù)合中心。（4分）問答題（共20分，10+10,共二題）1 .如金屬和一 p型半導(dǎo)體形成金屬-半導(dǎo)體接觸，請(qǐng)簡述

7、在什么條件下，形成的哪兩種不同電學(xué)特性的接觸，說明半導(dǎo)體表面的能帶情況，并畫出對(duì)應(yīng)的I-V曲線。（忽略表面態(tài)的影響）（10答：在金屬和P型半導(dǎo)體接觸時(shí)，如金屬的功函數(shù)為 Wm,半導(dǎo)體的功函數(shù)為 Wso當(dāng)Wm< Ws時(shí)，在半導(dǎo)體表面形成阻擋層接觸，是個(gè)高阻區(qū)，能帶向下彎曲；（3分）當(dāng)Wm> Ws時(shí)，在半導(dǎo)體表面形成反阻擋層接觸，是個(gè)高電導(dǎo)區(qū)，能帶向上彎曲；（3分）對(duì)應(yīng)的I-V曲線分別為：II2 .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： = Dp省-匕E|史 NppWE 生+ gp,請(qǐng)說明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)所代表的物理意義。笈 出熾CX Tp（10

8、分）答：生一一在x處，t時(shí)刻單位時(shí)間、單位體積中空穴的增加數(shù)；（2分）ft.2Dp駕一一由于擴(kuò)散，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分）:X-KIe -Pp由于漂移，單位時(shí)間、單位體積中空穴的積累數(shù)；（2分）pfp 'f二 X:X.<I.-空一一由于復(fù)合，單位時(shí)間、單位體積中空穴的消失數(shù)；（2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)。（2分）四、計(jì)算題（共30分，15+15,共2題）1、有一金屬與n型S單晶接觸形成肖特基二極管，已知 Wm=4.7eV, Xs=4.0eV, Nc=1x l09cm-3,ND=1x 105cm-3,半導(dǎo)體的相對(duì)介電常數(shù)e r=12

9、。若忽略表面態(tài)的影響，試計(jì)算在室 溫下：（eo=8.85X 10-14, q=1.6X10-19C）半導(dǎo)體Si的費(fèi)米能級(jí)的位置；（3分） 在零偏壓時(shí)勢壘高度與接觸電勢差；（4分）勢壘寬度；（4分） 在正偏壓為0.2eV時(shí)熱電子發(fā)射電流，設(shè) A7A=2.1, A=120A/cm2 （4分）七Cbrp解：(1)由 ND=no=Nc可得：j %：, 1019"p-Iti_1016EcEf=KoT=0.026=0.17(eV)(2) Ws=Xs+(E-E)=4.17(eV)所以勢壘高度：qVD=Wm-WS=4.7-4.17=0.53(eV)接觸電勢差：VD=0.53(eV)1 . 1.VD

10、/2 /2 X 12 X B.85 x 10_ N x O.,53 /2(3)人k J=-16Kli im=2.6 x 10-5(cm)0Hs(4)金屬一邊的勢壘高度：q=qVD+R=0.53+0.17=0.7(eV)所以在 V=0.2V 時(shí)，1呻(-篇)通 (冷J=A*T2-1)已匯P (一品(孤)A/cm2=2.1X 120X 3002-1)=8.4X 10-2()2.有一金屬板與n型Si相距0.4仙m,構(gòu)成平行版電容器，其間的干燥空氣的相對(duì)介電常數(shù) & ra=1, 當(dāng)金屬端加負(fù)電壓時(shí)，半導(dǎo)體處于耗盡狀態(tài)。如圖所示。ND=1016cm-3?？誐 1 氣。刈*（15分）求耗盡層內(nèi)電勢

11、的分布V（x）; （7分）當(dāng)Vs=0.4V時(shí)的耗盡層寬度X和最大耗盡寬度Xdm的表達(dá)式；（8分）解：（1）根據(jù)耗盡層近似，空間電荷區(qū)的電荷密度為p （x）= qM,故泊松方程可寫為: d2v _ - qN?dx2 Ee3（1）因半導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度為零，并假設(shè)體內(nèi)電勢為零，則右邊界條件riv石£ （X） I X-X d = - I X = Xd = 0（2）VI X=Xd= 0（3）則由式（1）與（2）、（3）得一叫(Xd- x)V(x)=當(dāng)x=0時(shí)，即為表面勢Vs,即Vs =耗盡層寬度Xd為1， 1 ;/2 /2 x 12 x 8,85 x 10 14 x 0.4/223( p m)Xd= 叫 =LU -K1叫一=2.3X1