南昌大學(xué) 半導(dǎo)體物理題庫(kù)

半導(dǎo)體物理題庫(kù)計(jì)算題若兩塊Si樣品中的電子濃度分別為2.25X1010cm-3和6.8X1016cm-3,試分別求出其中的空穴的濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置，并判斷樣品的導(dǎo)電類型。假如再在其中都摻入濃度為2.25X1016cm-3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導(dǎo)電類型又將怎樣？假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4^m內(nèi)的濃度差為2X1016cm-3,試計(jì)算空穴的擴(kuò)散電流密度。某一維晶體的電子能帶為，其中E0=3eV,晶格常數(shù)a=5?10-10m。求：能帶寬度以及能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。光均勻照射在6的n型Si樣品上，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率為4X1021cm-3s-1,非平衡載流子壽命為8^。試計(jì)算光照前后樣品的電導(dǎo)率。含受主濃度為8.0X106cm-3和施主濃度為7.25X1017cm-3的Si材料，試求溫度為300K時(shí)此材料的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置。Si樣品中的施主濃度為4.5X1016cm-3，試計(jì)算300K時(shí)的電子濃度和空穴濃度各為多少？0.12kg的Si單晶摻有3.0X10-9kg的Sb,設(shè)雜質(zhì)全部電離，試求出此材料的電導(dǎo)率。（Si單晶的密度為2.33g/cm3,Sb的原子量為121.8）1、若ND=5X1015,NA=5X1017,室溫300K下Si的本征載流子濃度約為1.02X1010cm-3,求室溫下Si突變pn結(jié)的VD?2、已知突變結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度為NA=1016cm-3,ND=1020cm-3,①求勢(shì)壘高度和勢(shì)壘寬度；②畫出￡僅）和V（x）圖。3、分別計(jì)算硅n+p結(jié)在正向電壓為0.6V、反向電壓為40V時(shí)的勢(shì)壘區(qū)寬度。已知NA=5X1017cm-3,VD=0.8V。施主濃度ND=1017cm-3的n-GaAs，室溫下功函數(shù)是多少？它分別和Al，Au接觸時(shí)形成阻擋層還是反阻擋層？室溫下GaAs的電子親和能為4.07eV,GaAs導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度為4.5X1017cm-3，WAl=4.25eV，WAu=4.80eV。電阻率為10歐.厘米的n型鍺和金屬接觸形成的肖特基勢(shì)壘高度為0.3eV。求加上5V反向電壓時(shí)的空間電荷層厚度。有一塊施主濃度ND=1016cm-3的n型鍺材料,在它的(111)面上與金屬接觸制成肖特基勢(shì)壘二極管。已知VD=0.4eV,求加上0.3V電壓時(shí)的正向電流密度。證明題證明當(dāng)，且電子濃度，空穴濃度時(shí)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率有最小值，并推導(dǎo)的表達(dá)式。導(dǎo)出非簡(jiǎn)并載流子滿足的愛(ài)因斯坦關(guān)系。對(duì)于某n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級(jí)在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之上，即EFn>EFi。證明非平衡載流子的壽命滿足，并說(shuō)明式中各項(xiàng)的物理意義。試證明在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。證明非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體中的電子電流形式為。證明同質(zhì)pn結(jié)接觸電勢(shì)差，并說(shuō)明接觸電勢(shì)差與半導(dǎo)體材料的摻雜濃度和能帶隙寬度之間的關(guān)系。分析題.導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)有何差異？.試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。.電子有效質(zhì)量的意義是什么？它與能帶有什么關(guān)系？.金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)擴(kuò)散理論和熱電子發(fā)射理論分別適用條件，以及外界電壓和溫度對(duì)其影響如何？.金屬與半導(dǎo)體接觸如何實(shí)現(xiàn)歐姆接觸？.請(qǐng)定性畫出MIS（半導(dǎo)體為p型）結(jié)構(gòu)中當(dāng)VG》0時(shí)的能帶圖，并給予簡(jiǎn)要解釋。.pn結(jié)光伏電池理論上的最大開(kāi)路電壓為多少，其最大理論開(kāi)路電壓主要受哪些因素影響?.為什么肖特基二極管的反向電壓偏離理想值較大，它與外界電壓以及半導(dǎo)體摻雜濃度有何關(guān)系？.用p型Si襯底制成MIS電容，解釋該結(jié)構(gòu)在積累、耗盡、弱反型、強(qiáng)反型下的電容值變5.5.載流子產(chǎn)生率5.5.載流子產(chǎn)生率化規(guī)律，并畫出高頻、低頻的C-V曲線。.簡(jiǎn)述pn結(jié)的反向擊穿種類及其機(jī)理。.以n型半導(dǎo)體與金屬接觸為例，簡(jiǎn)述熱電子發(fā)射理論。.以n型半導(dǎo)體與金屬接觸為例，簡(jiǎn)述擴(kuò)散理論使用范圍。名詞解釋受主雜質(zhì)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中成鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。當(dāng)其他電子來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴時(shí)，相當(dāng)于這個(gè)空穴電離，同時(shí)雜質(zhì)原子成為負(fù)電中心。施主雜質(zhì)摻雜離子進(jìn)入本征半導(dǎo)體晶格后，雜質(zhì)原子容易失去一個(gè)電子成為自由電子，這個(gè)雜質(zhì)原子叫施主間接復(fù)合電子和空穴通過(guò)禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)進(jìn)行復(fù)合。直接復(fù)合電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間直接躍遷所引起的非平衡載流子的復(fù)合過(guò)程。19.19.有效質(zhì)量單位時(shí)間內(nèi)載流子的產(chǎn)生數(shù)量擴(kuò)散長(zhǎng)度非平衡載流子深入樣品的平均距離。非平衡載流子的壽命非平衡載流子的平均生存時(shí)間。費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)是絕對(duì)零度時(shí)電子的最高能級(jí)。遷移率單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子所獲得的漂移速率。功函數(shù)功函數(shù)是指真空電子能級(jí)E0與半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)EF之差。表面態(tài)晶體的自由表面的存在，使得周期性勢(shì)場(chǎng)在表面處發(fā)生中斷，引起附加能級(jí)，電子被局域在表面附近，這種電子狀態(tài)稱為表面態(tài)，所對(duì)應(yīng)的能級(jí)為表面能級(jí)。電子親和能真空的自由電子能級(jí)與導(dǎo)帶底能級(jí)之間的能量差，也就是把導(dǎo)帶底的電子拿出到真空去而變成自由電子所需要的能量。同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)就是同一種半導(dǎo)體形成的結(jié)，包括pn結(jié)，pp結(jié)，nn結(jié)。異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)就是由不同種半導(dǎo)體材料形成的結(jié)，包括pn結(jié)，pp結(jié)，nn結(jié)。非平衡載流子半導(dǎo)體中比熱平衡時(shí)所多出的額外載流子施主雜質(zhì)摻雜離子進(jìn)入本征半導(dǎo)體晶格后，雜質(zhì)原子容易失去一個(gè)電子成為自由電子，這個(gè)雜質(zhì)原子叫施主本征激發(fā)當(dāng)有能量大于禁帶寬度的光子照射到半導(dǎo)體表面時(shí),滿帶中的電子吸收這個(gè)能量,躍遷到導(dǎo)帶產(chǎn)生一個(gè)自由電子和自由空穴,這一過(guò)程稱為本征激發(fā)平均自由程電子在實(shí)際器件中的平均自由運(yùn)動(dòng)距離稱為平均自由程電子受到原子核的周期性勢(shì)場(chǎng)（這個(gè)勢(shì)場(chǎng)和晶格周期相同）以及其他電子勢(shì)場(chǎng)綜合作用的結(jié)果。淺能級(jí)雜質(zhì)指在半導(dǎo)體中、其價(jià)電子受到束縛較弱的那些雜質(zhì)原子，往往就是能夠提供載流子——電子或空穴的施主、受主雜質(zhì)；它們?cè)诎雽?dǎo)體中形成的能級(jí)都比較靠近價(jià)帶頂或?qū)У?，因此稱其為淺能級(jí)雜質(zhì)。鏡像力在金屬－真空系統(tǒng)中，一個(gè)在金屬外面的電子，要在金屬表面感應(yīng)出正電荷，電子也受到感應(yīng)的正電荷的吸引如負(fù)電荷距離金屬表面為X,則它與感應(yīng)出的金屬表面的正電荷之間的吸引力，相當(dāng)于在-X處有個(gè)等量的正電荷之間的作用力，即鏡像力肖特基勢(shì)壘金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí),若二者功函不同,載流子會(huì)在金屬與半導(dǎo)體之間流動(dòng),穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)一,在半導(dǎo)體表面一層形成表面勢(shì)壘,是一個(gè)高阻區(qū)域,稱為阻擋層。電子必須跨越的界面處勢(shì)壘通常稱為肖特基勢(shì)壘。雪崩擊穿雪崩擊穿是PN結(jié)反向電壓增大到一數(shù)值時(shí)，在反向強(qiáng)電場(chǎng)下的碰撞電離，使載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。雪崩擊穿一般發(fā)生在摻雜濃度較低、外加電壓又較高的PN結(jié)中。小注入條件當(dāng)注入半導(dǎo)體材料的非平衡電子的濃度小于平衡時(shí)導(dǎo)帶中電子的濃度時(shí),我們稱這種方法為小注入較小偏壓下的電流注入.高表面態(tài)密度釘扎態(tài)密度很大時(shí)，表面積累很多負(fù)電荷，能帶向上彎曲程度越大，表面處EF接近EFS。能帶彎曲量qVD=EF-EFS肖特基勢(shì)壘金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，若