電子科技大學半導體物理期末考試試卷試題答案

電子科技大學二零零六至二零零七學年第一學期期末考試半導體物理課程考試題卷（120分鐘）考試形式：閉卷考試日期2007年1月14日注：1、本試卷滿分70分，平時成績滿分15分，實驗成績滿分15分；2.、本課程總成績=試卷分數(shù)+平時成績+實驗成績。課程成績構(gòu)成：平時期末分，期中分，實驗分，分一二三四五六七八九十合計分）1、鍺的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（CA.金剛石型和直接禁帶型C.金剛石型和間接禁帶型B.閃鋅礦型和直接禁帶型D.閃鋅礦型和間接禁帶型2、簡并半導體是指（A）的半導體。A、(E-E)或(E-E)≤0FCFVB、(E-E)或(E-E)≥0FCFVC、能使用玻耳茲曼近似計算載流子濃度D、導帶底和價帶頂能容納多個狀態(tài)相同的電子3、在某半導體摻入硼的濃度為10cm,磷為10cm，則該半導體為（B）半導體；其1514-3-3有效雜質(zhì)濃度約為（EA.本征，B.n型，C.p型，D.1.1×10cm,E.9×10cm-315-3144、當半導體材料處于熱平衡時，其電子濃度與空穴濃度的乘積為（B（E、F）有關(guān)，而與（C、D）無關(guān)。A、變化量；B、常數(shù)；C、雜質(zhì)濃度；D、雜質(zhì)類型；E、禁帶寬度；F、溫度5、在一定溫度下，對一非簡并n型半導體材料，減少摻雜濃度，會使得（C）靠近中間能級E；如果增加摻雜濃度，有可能使得（C）進入（Ai體。A、E；cB、E；vC、E；FD、E；E、E。giA、變大，變大C、變小，變大B、變小，變小D、變大，變小8、最有效的復合中心能級的位置在（D）附近，最有利于陷阱作用的能級位置位于（C）附近，并且常見的是（E）陷阱。A、E；B、E；C、E；D、E；E、少子；F、多子。FABi30μs后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（CA、1/4B、1/eC、1/e2D、1/210、半導體中載流子的擴散系數(shù)決定于該材料中的（AA、散射機構(gòu)；B、復合機構(gòu)；C、雜質(zhì)濃度梯度；C、表面復合速度。11、下圖是金屬和n型半導體接觸能帶圖，圖中半導體靠近金屬的表面形成了（DA、n型阻擋層B、p型阻擋層C、p型反阻擋層D、n型反阻擋層12、歐姆接觸是指（D）的金屬－半導體接觸。A、W=0msB、W＜0msC、W＞0msD、阻值較小并且有對稱而線性的伏－安特性13、MOS器件中SiO層中的固定表面電荷主要是（B2帶（C）彎曲,要恢復平帶，必須在金屬與半導體間加（FA．鈉離子；B硅離子.；C.向下；D.向上；E.正電壓；F.負電壓分）由金屬－SiO－P型硅組成的MOS結(jié)構(gòu)，當外加的電壓使得半導體表面載流子濃度n與內(nèi)部2s多數(shù)載流子濃度P相等時作為臨界強反型層條件，試證明：此時半導體的表面勢為：p0證明：設(shè)半導體的表面勢為V，則表面的電子濃度為：Snnexp(qV)nipexp(qV)S（2分）2SKTKTsp0p0qV當n=p時，有：pnexp(),（1分）S2sp0KTp0iqVS2KTPnexp()（1分）EEp0iEE另外：pNexp()nexp()nexp(qV)（2分）BFViFKTKT比較上面兩個式子，可知V=2VKTp0ViiS飽和電離時，P=N,即：Bp0AqVS2KTNnexp()（1分）Ai2N故：VV（1分）AqnsBi三、簡答題（32分）1、解釋什么是Schottky接觸和歐姆接觸，并畫出它們相應(yīng)的I-V曲線？（8分）答：金屬與中、低摻雜的半導體材料接觸，在半導體表面形成多子的勢壘即阻擋層，其厚度Schottky分）金屬和中、低摻雜的半導體材料接觸，在半導體表面形成多子的勢阱即反阻擋層，或金屬和重摻雜的半導體接觸，半導體表面形成極薄的多子勢壘，載流子可以隧穿過該勢阱，形分）IIVVSchottky勢壘接觸的I-V特性（2分）歐姆接觸的I-V特性（2分）2、試畫出n型半導體構(gòu)成的理想的MIS結(jié)構(gòu)半導體表面為積累、耗盡、反型時能帶圖和對應(yīng)的的電荷分布圖？(3×3分＝9分)解：對n型半導體的理想MIS結(jié)構(gòu)的在不同的柵極電壓下，當電壓從正向偏置到負電壓是，在半導體表面會出現(xiàn)積累、耗盡、反型現(xiàn)象，其對應(yīng)的能帶和電荷分布圖如下：EcEFEiEcEvEFEiEvx(b)耗盡(a)堆積EcEFEiEvx(c)反型3、試畫出中等摻雜的Si的電阻率隨溫度變化的曲線，并分析解釋各段對應(yīng)的原因和特點（8分）解：ρT（2分）電阻率隨溫度的變化分三個階段：AB：本征激發(fā)可忽略。溫度升高，載流子濃度增加，雜質(zhì)散射導致遷移率也升高，故電阻率ρ隨溫度T分）BC：雜質(zhì)全電離，以晶格振動散射為主。溫度升高，載流子濃度基本不變。晶格振動散射導致遷移率下降，故電阻率ρ隨溫度T分）CD：本征激發(fā)為主。晶格振動散射導致遷移率下降，但載流子濃度升高很快，故電阻率ρ隨溫度T分）4、試比較半導體中淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)對其電學參數(shù)的影響，并說明它們在實踐中的分）答：在常溫下淺能級雜質(zhì)可全部電離，可顯著地改變載流子的濃度，從而影響半導體材料的電導率。深能級雜質(zhì)在常溫下，較難電離，并且和淺能級雜質(zhì)相比，摻雜濃度不高，故對載分）分）四、計算題（2×10分）1、設(shè)p型硅能帶圖如下所示，其受主濃度N=10/cm，已知：W=4.18eV，W=5.36eV，317AAgN=10/cm，E=1.12eV，硅電子親和能分）Pt193Vg（1）室溫下費米能級E的位置和功函數(shù)W;FS（2）不計表面態(tài)的影響，該p型硅分別與Pt和Ag接觸后是否形成阻擋層？（3）若能形成阻擋層，求半導體一邊的勢壘高度。（已知W=4.81eV,W=5.36eV,N=10cm,E=1.12eV,Si的電子親和能Χ＝4.05eV）-319AgPtvgE0χWESECEnFEVEEpNNexp()（1分）VFkT0AvNN19EEkTlnE0.026lnEeV（2分）V17FVVVA∴EE0.121.120.121.0eV（1分）ng所以，功函數(shù)為：WE1.04.055.05(eV)（1分）sn(2)不計表面態(tài)的影響，對P型硅，當W＞W(wǎng)時，金屬中的電子流向半導體，使得表面勢Vmss＞0，空穴附加能量為qV，能帶向下彎，形成空穴勢壘。故p型硅和Ag接觸后半導體表面s形成空穴勢壘，即空穴的阻擋層；而Wpt=5.36eV大于Ws=5.05eV,所以p型硅和Pt接觸后不能形成阻擋層。（3分）(3)Ag和p-Si接觸后形成的阻擋層的勢壘高度為：qVWW4.815.060.24(eV)（2分）Dms5、一個理想的MOS電容器結(jié)構(gòu)，半導體襯底是摻雜濃度N=1.5×10cm的p型硅。如氧化-315A層SiO的厚度是0.1μm時，閾值電壓V為1.1V,問氧化物層的厚度為時，其V2是多少？（10分）TTQdQ0解：VTVVS（2分）SCSB00r0QVVQ∴V(T1)dVS（1分）ST1BdB0r00r0QVV∴ST1Bd0r0Q代入V(T2)dV（1分）SB0r0m可得：VVV)dVVV)VVV（2分）mdT2T1BBT1BBT1BnqVSKTEiE)n