半导体物理 课程考试题 B卷 （ 120分钟） 考试形式： 闭卷   考试日期 2010年 元月 18日

课程成绩构成：平时  10   分， 期中   5   分， 实验   15    分， 期末   70    分

一、填空题:  （共16分，每空1 分）

1.简并半导体一般是  重  掺杂半导体，这时  电离杂质  对载流子的散射作用不可忽略。

2.处在饱和电离区的N型Si半导体在温度升高后，电子迁移率会  下降/减小 ，电阻率会  上升/增大 。

3.电子陷阱存在于    P/空穴  型半导体中。

4.随温度的增加，P型半导体的霍尔系数的符号   由正变为负      。

5.在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质，它们具有   杂质补偿  的作用，在制造各种半导体器件时，往往利用这种作用改变半导体的导电性能。

6.ZnO是一种宽禁带半导体，真空制备过程中通常会导致材料缺氧形成氧空位，存在氧空位的ZnO半导体为   N/电子   型半导体。

7.相对Si而言，InSb是制作霍尔器件的较好材料，是因为其电子迁移率较  高/大    。

8.掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si中是一种   深能级 　　　   杂质，通常起    复合   中心的作用，使得载流子寿命减小。

9.  有效质量   概括了晶体内部势场对载流子的作用，可通过回旋共振实验来测量。

10.某N型Si半导体的功函数WS 是4.3eV，金属Al的功函数Wm是4.2 eV， 该半导体和金属接触时的界面将会形成  反阻挡层接触/欧姆接触    。

11.有效复合中心的能级位置靠近   禁带中心能级/本征费米能级/Ei    。

12.MIS结构中半导体表面处于临界强反型时，表面少子浓度等于内部多子浓度，表面反型少子的导电能力已经足够强，称此时金属板上所加电压为  开启电压/阈值电压  。

13.金属和n型半导体接触形成肖特基势垒，若外加正向偏压于金属，则半导体表面电子势垒高度将降低，空间电荷区宽度将相应地（减少/变窄/变薄）。

二、选择题（共15分，每题1 分）

1.如果对半导体进行重掺杂，会出现的现象是    D     。

A.禁带变宽

B.少子迁移率增大

C.多子浓度减小

D.简并化

2.已知室温下Si的本征载流子浓度为。处于稳态的某掺杂Si半导体中电子浓度，空穴浓度为，则该半导体             A     。

A.存在小注入的非平衡载流子

B.存在大注入的非平衡载流子

C.处于热平衡态

D.是简并半导体

3.下面说法错误的是      D       。

A.若半导体导带中发现电子的几率为0，则该半导体必定处于绝对零度

B.计算简并半导体载流子浓度时不能用波尔兹曼统计代替费米统计

C.处于低温弱电离区的半导体，其迁移率和电导率都随温度升高而增大

D.半导体中，导带电子都处于导带底Ec能级位置

4.下面说法正确的是    D         。

A.空穴是一种真实存在的微观粒子

B.MIS结构电容可等效为绝缘层电容与半导体表面电容的的并联

C.稳态和热平衡态的物理含义是一样的

D.同一种半导体材料中，电子迁移率比空穴迁移率高

5.空间实验室中失重状态下生长的GaAs与地面生长的GaAs相比，载流子迁移率要高，这是因为      B       。

A.无杂质污染

B.晶体生长更完整

C.化学配比更合理

D.宇宙射线的照射作用

6.半导体中少数载流子寿命的大小主要决定于    A       。

A.复合机构

B.散射机构

C.禁带宽度

D.晶体结构

7.若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料是     A      。

A.本征半导体

B.杂质半导体

C.金属导体

D.简并半导体

8.对于只含一种杂质的非简并ｐ型半导体，费米能级随温度上升而     D     。

A.上升

B.下降

C.不变

D.经过一极值后趋近Ei

9.GaAs具有微分负电导现象，原因在于在强电场作用下，   A   。

A.载流子发生能谷间散射

B.载流子迁移率增大

C.载流子寿命变大

D.载流子浓度变小

10.以下4种不同掺杂情况的N型Ge半导体中，室温下电子迁移率由大到小的顺序是       C       。

a)掺入浓度1014 cm-3的P原子；

b)掺入浓度1015 cm-3的P原子；

c)掺入浓度2×1014 cm-3的P原子，浓度为1014 cm-3的B原子；

d)掺入浓度3×1015 cm-3的P原子，浓度为2×1015 cm-3的B原子。

A.abcd

B.bcda

C.acbd

D.dcba

11.以下4种Si半导体，室温下功函数由大到小的顺序是       C        。

a)掺入浓度1016 cm-3的B原子；

b)掺入浓度1016 cm-3的P原子；

c)掺入浓度1016 cm-3的P原子，浓度为1015 cm-3的B原子；

d)纯净硅。

A.abcd

B.cdba

C.adcb

D.dabc

12.以下4种不同掺杂情况的半导体，热平衡时室温下少子浓度最高的是    D     。

A.掺入浓度1015 cm-3 P原子的Si半导体；

B.掺入浓度1014 cm-3 B原子的Si半导体；

C.掺入浓度1015 cm-3 P原子Ge半导体；

D.掺入浓度1014 cm-3 B原子Ge半导体。

（已知室温时：Si的本征载流子浓度，Ge的本征载流子浓度）

13. 直接复合时，小注入的P型半导体的非平衡载流子寿命 τd 决定于    B    。

A.                     B.    

C.                    D. 其它

14. 在金属-SiO2-p型Si构成的MIS结构中，SiO2中分布的可动正电荷不会影响      C    。

A.半导体表面势

B.平带电压

C.平带电容

D.器件的稳定性

15.不考虑表面态的影响，如需在n型硅上做欧姆电极，以下四种金属中最适合的是    A        。

A.In (Wm=3.8 eV)

B.Cr (Wm=4.6 eV)

C.Au (Wm=4.8 eV)

D.Al (Wm=4.2 eV)

三、 问答题（共31分，共四题， 6 分＋10分＋10分＋5分） 

1. 写出下面能带图代表的半导体类型，掺杂程度。             （6分）

答：(a)  强n型                    (b) 弱p型                 (c) 本征型或高度补偿型

(d)  简并、p型                (e) 弱n型                  (f) 强p型

2.  型半导体衬底形成的MIS结构，画出外加不同偏压下积累、平带、耗尽、反型四种状态的能带图。画出理想的低频和高频电容-电压曲线。解释平带电压。         (10分)

答： 图略（各2分，共8分）

平带电压：功函数或者绝缘层电荷等因素引起半导体内能带发生弯曲，为了恢复平带状态所需加的外加栅偏压。或者使半导体内没有能带弯曲时所加的栅电压。  （2分）

3. 写出至少两种测试载流子浓度的实验方法，并说明实验测试原理。        （10分）

  答：可以采用C-V测试以及霍耳效应来测试载流子浓度；（2分）

方法⑴： C-V测试法：a)采用金半接触结构，测试C-V曲线，可以得到曲线为一条直线，斜率为，因此可以求出掺杂浓度ND或NA；b)若采用MIS结构，测试高频C-V曲线，由C-V曲线的最大值求出氧化层厚度d0，再结合最小值可以求出掺杂浓度；（4分）

方法⑵：霍耳效应。霍耳实验中，根据Ix，Bz，d，测出霍耳电压VH，由霍耳电压正负判断导电类型，因为，因此求出霍耳系数RH；再根据或求出载流子浓度。 （4分）

4. 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为：，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意义。                                                             （5分）

答：――在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（1分）

――由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分）

――由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分）

――由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（1分）

――由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。（1分）

四、 计算题（共38分，8＋10＋10＋10，共4题） 

1. 有一块半导体硅材料，已知在室温下（300K）它的空穴浓度为p0=2.25×1016cm-3,室温时硅的Eg=1.12eV，ni=1.5×1010cm-3，k0T=0.026eV。           （8分）

⑴ 计算这块半导体材料的电子浓度；判断材料的导电类型；

⑵ 计算费米能级的位置。

解：（1）                                 

（2分）

因为，故该材料为p型半导体。       （2分）

（2）                                    （4分）

即该p型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV处。

（1分＋2分＋1分）

2. 某p型Si半导体中受主杂质浓度为 NA=1017cm-3且在室温下完全电离， Si的电子亲和能为4.05eV，禁带宽度为1.12eV，，试求：

1)Si半导体费米能级位置及功函数；

2)若不计表面态的影响，该p型Si半导体与银接触后是否能够形成阻挡层？已知银的功函数为WAg=4.81eV。

3)若能形成阻挡层，求半导体一侧的势垒高度和势垒宽度。

（室温下k0T=0.026eV，Si介电常数εr=12，ε0=8.85×10-14F/cm， C） (10分)

解：1)  费米能级：      （2分）

即位于禁带中心以下0.41 eV位置 （即qVB=0.41 eV）

功函数：             （2分）

        2) 对于p型Si，因为能够形成空穴阻挡层              （2 分）

        3) 半导体一侧的势垒高度：           （2分）

势垒宽度：  （2分）

3. 假设室温下某金属与SiO2及p型Si构成理想MIS结构，设Si半导体中受主杂质浓度为NA=1.5×1015/cm3, SiO2厚度0.2 mm，SiO2介电常数3.9，Si介电常数12。

1)求开启电压VT；

2)若SiO2-Si界面处存在固定的正电荷,实验测得VT=2.6eV, 求固定正电荷的电荷量。

（k0T=0.026eV，Si:,ε0=8.85×10-14 F/cm， C）(10分)

解：1)  费米势：                       （2分）

    表面电荷量：    （1分）

绝缘层电容：                  （1分）

开启电压：            （2分）

2)  开启电压变化即平带电压的变化：   （2分）

    固定电荷量：                        （2分）

4．Pt/Si肖特基二极管在T=300K时生长在掺杂浓度为ND=1016cm-3的n型<100>Si上。肖特基势垒高度为0.eV。计算1）En=EC-EF，2）qVD,，3）忽略势垒降低时的JST，4）使J=2A/cm2时的外加偏压V。                                 （10分）

解：

                                     （1分）

                         （1分）        

                                    （2分）

                                      （2分）

                  （1分）

                                       （2分） 

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