2024年半導(dǎo)體物理學(xué)題庫講解

填空題能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對于波矢的_________，引入有效質(zhì)量的意義在于其反應(yīng)了晶體材料的_________的作用。（二階導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢場）半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度取決于導(dǎo)帶的_________（即量子態(tài)按能量怎樣分布）和_________（即電子在不一樣能量的量子態(tài)上怎樣分布）。（狀態(tài)密度，費米分布函數(shù)）兩種不一樣半導(dǎo)體接觸後,

費米能級較高的半導(dǎo)體界面一側(cè)帶________電，到達(dá)熱平衡後兩者的費米能級________。（正，相等）半導(dǎo)體硅的價帶極大值位于空間第一布裏淵區(qū)的中央，其導(dǎo)帶極小值位于________方向上距布裏淵區(qū)邊界約0.85倍處，因此屬于_________半導(dǎo)體。（[100]，間接帶隙）間隙原子和空位成對出現(xiàn)的點缺陷稱為_________；形成原子空位而無間隙原子的點缺陷稱為________。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）在一定溫度下，與費米能級持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為_________，高于費米能級2kT能級處的占據(jù)概率為_________。（1/2，1/1+exp(2)）從能帶角度來看，鍺、硅屬于_________半導(dǎo)體，而砷化稼屬于_________半導(dǎo)體，後者有助于光子的吸取和發(fā)射。（間接帶隙，直接帶隙）一般把服從_________的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)，服從_________的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)。（玻爾茲曼分布，費米分布）9.對于同一種半導(dǎo)體材料其電子濃度和空穴濃度的乘積與_________有關(guān)，而對于不一樣的半導(dǎo)體材料其濃度積在一定的溫度下將取決于_________的大小。（溫度，禁帶寬度）10.半導(dǎo)體的晶格構(gòu)造式多種多樣的，常見的Ge和Si材料，其原子均通過共價鍵四面體互相結(jié)合，屬于________構(gòu)造；與Ge和Si晶格構(gòu)造類似，兩種不一樣元素形成的化合物半導(dǎo)體通過共價鍵四面體還可以形成_________和纖鋅礦等兩種晶格構(gòu)造。（金剛石，閃鋅礦）假如電子從價帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時波矢k不發(fā)生變化，則具有這種能帶構(gòu)造的半導(dǎo)體稱為_________禁帶半導(dǎo)體，否則稱為_________禁帶半導(dǎo)體。（直接，間接）12.半導(dǎo)體載流子在輸運過程中，會受到多種散射機(jī)構(gòu)的散射，重要散射機(jī)構(gòu)有_________、

_________

、中性雜質(zhì)散射、位錯散射、載流子間的散射和等價能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散射，晶格振動的散射）13.半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合可以有諸多途徑，重要有兩大類：_________的直接復(fù)合和通過禁帶內(nèi)的_________進(jìn)行復(fù)合。（電子和空穴，復(fù)合中心）14.反向偏置pn結(jié)，當(dāng)電壓升高到某值時，反向電流急劇增長，這種現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿，重要的擊穿機(jī)理有兩種：_________擊穿和_________擊穿。（雪崩，隧道）15._________雜質(zhì)可明顯變化載流子濃度；_________雜質(zhì)可明顯變化非平衡載流子的壽命，是有效的復(fù)合中心。（淺能級，深能級）選擇題1．本征半導(dǎo)體是指（A）的半導(dǎo)體。A．不含雜質(zhì)和缺陷B．電阻率最高C．電子密度和空穴密度相等D．電子密度與本征載流子密度相等2.假如二分之一導(dǎo)體的導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，那么該半導(dǎo)體必然（D）。A.不含施主雜質(zhì)B.不含受主雜質(zhì)C.不含任何雜質(zhì)D.處在絕對零度3.有效復(fù)合中心的能級必靠近(

A

)。

禁帶中部

B.導(dǎo)帶

C.價帶

D.費米能級

4．對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導(dǎo)體，費米能級EF隨溫度上升而（D）。A.單調(diào)上升B.單調(diào)下降C.通過一種極小值趨近EiD.通過一種極大值趨近Ei5.當(dāng)一種n型半導(dǎo)體的少子壽命由直接輻射復(fù)合決定期，其小注入下的少子壽命正比于（A）。A.1/n0

B.1/△n

C.1/p0

D.1/△p

6.在Si材料中摻入P，則引入的雜質(zhì)能級（B）A.在禁帶中線處B.靠近導(dǎo)帶底C.靠近價帶頂D.以上都不是7．公式中的τ是半導(dǎo)體載流子的（C）。A.遷移時間B.壽命C.平均自由時間D.擴(kuò)散時間8.對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定期，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致（D）靠近Ei。A.EcB.EvC.EgD.EF9.在晶體硅中摻入元素（B）雜質(zhì)後，能形成N型半導(dǎo)體。A.鍺 B.磷 C.硼 D.錫10.對大注入條件下，在一定的溫度下，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11.重空穴是指（C）A.質(zhì)量較大的原子構(gòu)成的半導(dǎo)體中的空穴B.價帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C.價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D.自旋－軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴12.電子在導(dǎo)帶能級中分布的概率體現(xiàn)式是（C）。A.B.C.D.13.如在半導(dǎo)體中以長聲學(xué)波為重要散射機(jī)構(gòu)是，電子的遷移率與溫度的（B）。A.平方成正比B.次方成反比C.平方成反比D.次方成正比14.把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（D）。A.變化禁帶寬度B.產(chǎn)生復(fù)合中心C.產(chǎn)生空穴陷阱D.產(chǎn)生等電子陷阱15.一般半導(dǎo)體器件使用溫度不能超過一定的溫度，這是由于載流子濃度重要來源于_________，而將_________忽視不計。（A）A.雜質(zhì)電離，本征激發(fā) B.本征激發(fā)，雜質(zhì)電離 C.施主電離，本征激發(fā)D.本征激發(fā)，受主電離16..一塊半導(dǎo)體壽命τ=15μs，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照忽然停止30μs後，其中非平衡載流子將衰減到本來的（C）。A.1/4B.1/eC.1/e2D.1/217.半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運動為（

B）。

A.

漂移運動

B.

擴(kuò)散運動

C.

熱運動

D.共有化運動18.硅導(dǎo)帶構(gòu)造為（D）。A.位于第一布裏淵區(qū)內(nèi)沿<100>方向的6個球形等能面B.二分之一位于第一布裏淵區(qū)內(nèi)沿<111>方向的6個球形等能面C.二分之一位于第一布裏淵區(qū)內(nèi)沿<111>方向的8個橢球等能面D.位于第一布裏淵區(qū)內(nèi)沿<100>方向的6個橢球等能面19.雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（B）。A.變大，變小B.變小，變大C.變小，變小D.變大，變大20.與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（A）。A.比半導(dǎo)體的大B.比半導(dǎo)體的小C.與半導(dǎo)體的相等D.不確定21.一般半導(dǎo)體它的價帶頂位于_________，而導(dǎo)帶底位于_________。（D）A.波矢k=0或附近，波矢k≠0 B.波矢k≠0，波矢k=0或附近C.波矢k=0，波矢k≠0D.波矢k=0或附近，波矢k≠0或k=022.鍺的晶格構(gòu)造和能帶構(gòu)造分別是（

C

）。

A.

金剛石型和直接禁帶型

B.

閃鋅礦型和直接禁帶型C.

金剛石型和間接禁帶型

D.

閃鋅礦型和間接禁帶型

23.假如雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為（D）。A.施主B.復(fù)合中心C.陷阱D.兩性雜質(zhì)24.雜質(zhì)對于半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大影響，下面哪兩種雜質(zhì)分別摻雜在硅中能明顯地提高硅的導(dǎo)電性能（C）。A.硼或鐵B.鐵或銅 C.硼或磷D.金或銀25.當(dāng)施主能級ED與費米能級EF相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（C）倍；A.1

B.1/2C.1/3D.1/426.同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，假如甲的相對介電常數(shù)εr是乙的3/4，mn*/m0值是乙的2倍，那么用類氫模型計算成果是（D）。A.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的8/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/4B.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的3/2，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的32/9C.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的16/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的8/3D.甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/827.本征半導(dǎo)體費米能級的體現(xiàn)式是。（B）A.B.C.D.28.載流子在電場作用下的運動為（

A）。

A.

漂移運動

B.

擴(kuò)散運動

C.

熱運動

D.共有化運動29.下面狀況下的材料中，室溫時功函數(shù)最大的是（A）。A.含硼1×1015cm-3的硅B.含磷1×1016cm-3的硅C.含硼1×1015cm-3，磷1×1016cm-3的硅D.純凈的硅30.一般可以認(rèn)為，在溫度不很高時，能量不小于費米能級的量子態(tài)基本上_________，而能量不不小于費米能級的量子態(tài)基本上為__________，而電子占據(jù)費米能級的概率在多種溫度下總是_________，因此費米能級的位置比較直觀地標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的狀況，一般就說費米能級標(biāo)志了電子填充能級的水平。（A）A.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/2B.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2C.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3D.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/3簡答題簡要闡明費米能級的定義、作用和影響原因。答：電子在不一樣能量量子態(tài)上的記錄分布概率遵照費米分布函數(shù)：費米能級EF是確定費米分布函數(shù)的一種重要物理參數(shù)，在絕對零度是，費米能級EF反應(yīng)了未占和被占量子態(tài)的能量分界線，在某有限溫度時的費米能級EF反應(yīng)了量子態(tài)占據(jù)概率為二分之一時的能量位置。確定了一定溫度下的費米能級EF位置，電子在各量子態(tài)上的記錄分布就可完全確定。費米能級EF的物理意義是處在熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的化學(xué)勢，即在不對外做功的狀況下，系統(tǒng)中增長一種電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。半導(dǎo)體中的費米能級EF一般位于禁帶內(nèi)，詳細(xì)位置和溫度、導(dǎo)電類型及摻雜濃度有關(guān)。只有確定了費米能級EF就可以記錄得到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度。在本征半導(dǎo)體中進(jìn)行故意摻雜多種元素，可變化材料的電學(xué)性能。請解釋什么是淺能級雜質(zhì)、深能級雜質(zhì)，它們分別影響半導(dǎo)體哪些重要性質(zhì)；什么是雜質(zhì)賠償？雜質(zhì)賠償?shù)囊饬x何在？答：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)不不小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離後將成為帶正電（電離施主）或帶負(fù)電（電離受主）的離子，并同步向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供空穴。它可有效地提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。深能級雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級位置在禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶或價帶，在常溫下很難電離，不能對導(dǎo)帶的電子或價帶的空穴的濃度有所奉獻(xiàn)，但它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開關(guān)器件中有所應(yīng)用。當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最終電離，這就是雜質(zhì)賠償。運用雜質(zhì)賠償效應(yīng)，可以根據(jù)需要變化半導(dǎo)體中某個區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造多種器件。什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前後有何特性？答：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)後，受主電離後將成為帶負(fù)電的離子，并同步向價帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負(fù)電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離後帶負(fù)電。什么叫復(fù)合中心？何謂間接復(fù)合過程？有哪四個微觀過程？試闡明每個微觀過程和哪些參數(shù)有關(guān)。答：半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷可以增進(jìn)復(fù)合，稱這些增進(jìn)復(fù)合的雜質(zhì)和缺陷為復(fù)合中心；間接復(fù)合：非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合；四個微觀過程：俘獲電子，發(fā)射電子，俘獲空穴，發(fā)射空穴；俘獲電子：和導(dǎo)帶電子濃度和空穴復(fù)合中心濃度有關(guān)。發(fā)射電子：和復(fù)合中心能級上的電子濃度。俘獲空穴：和復(fù)合中心能級上的電子濃度和價帶空穴濃度有關(guān)。發(fā)射空穴：和空的復(fù)合中心濃度有關(guān)。漂移運動和擴(kuò)散運動有什么不一樣？兩者之間有什么聯(lián)絡(luò)？答：漂移運動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運動，而擴(kuò)散運動是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運動。前者的推進(jìn)力是外電場，後者的推進(jìn)力則是載流子的分布引起的。漂移運動與擴(kuò)散運動之間通過遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)絡(luò)。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)絡(luò)，兩者的比值與溫度成反比關(guān)系。即簡要闡明pn結(jié)空間電荷區(qū)怎樣形成？答：當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合形成pn結(jié)時，由于兩者之間存在載流子濃度梯度，從而導(dǎo)致了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的擴(kuò)散運動。對于p區(qū)，空穴離開後留下了不可動的帶負(fù)電荷的電離受主，因此在p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一種負(fù)電荷區(qū)；同理對于n區(qū)，電子離開後留下了不可動的帶正電荷的電離施主，因此在n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一種正電荷區(qū)。這樣帶負(fù)電荷的電離受主和帶正電荷的電離施主形成了一種空間電荷區(qū)，并產(chǎn)生了從n區(qū)指向p區(qū)的內(nèi)建電場。在內(nèi)建電場作用下，載流子的漂移運動和擴(kuò)散運動方向相反，內(nèi)建電場阻礙載流子的擴(kuò)散運動。隨內(nèi)建電場增強(qiáng)，載流子的擴(kuò)散和漂移到達(dá)動態(tài)平衡。此時就形成了一定寬度的空間電荷區(qū)，并在空間電荷區(qū)兩端產(chǎn)生了電勢差，即pn結(jié)接觸電勢差。簡要闡明載流子有效質(zhì)量的定義和作用。答：能帶中電子或空穴的有效質(zhì)量m*的定義式為：有效質(zhì)量m*與能量函數(shù)E(k)對于波矢k的二次微商，即能帶在某處的曲率成反比；能帶越窄，曲率越小，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，曲率越大，有效質(zhì)量越??；在能帶頂部，曲率不不小于零，則有效質(zhì)量為負(fù)值，在能帶底部，曲率不小于零，則有效質(zhì)量為正值。有效質(zhì)量的意義在于它概括了內(nèi)部勢場的作用，使得在處理半導(dǎo)體中載流子在外場作用下的運動規(guī)律時，可以不波及內(nèi)部勢場的作用。對于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對載流子的重要散射機(jī)構(gòu)是什么？寫出其重要散射機(jī)構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。答：對摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge，其重要的散射機(jī)構(gòu)為長聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射其散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學(xué)波散射：，電離雜質(zhì)散射：9.闡明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。答：載流子遷移率m反應(yīng)了單位電場強(qiáng)度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：；其單位為：cm2/V×s半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為：其大小與能帶中載流子的有效質(zhì)量成反比，與載流子持續(xù)兩次散射間的平均自由時間成正比。確定了載流子遷移率和載流子濃度就可確定該載流子的電導(dǎo)率。證明題1．試推證：對于只含一種復(fù)合中心的間接帶隙半導(dǎo)體晶體材料，在穩(wěn)定條件下非平衡載流子的凈復(fù)合率公式證：題中所述狀