2007年半导体答题.docx

2007一、 名词解释1. 施主杂质及电离能分析：从晶体结合的角度考虑，从能带论的角度考虑，举例常见的施主杂质。答：（1）施主杂质掺入后，能够向晶体提供额外的可以自由导电的载流子-电子，同时自身成为带正电的离子的杂质。在掺入施主杂质后，将会在禁带中引入新的施主能级态。施主杂质电子与周围的半导体原子电子形成共价键，还剩有未成键的电子被约束在杂质周围，未成键电子所处能级称为施主能级。常见的施主杂质有族元素（P）。（2）施主能级向导电释放电子的过程称为电离，温度增加，越容易电离。电离所需要的最小能量称为电离能，为导带底与施主能级之差。ED=EC-ED2. 欧姆接触分析：欧姆接触的定义；欧姆接触的特点；如何得到欧姆接触。答：如果多数载流子通过M/S接触时，能够不受肖特基势垒的阻挡，从一种材料运到另一种材料，则称该接触为欧姆接触。电流通过欧姆接触时其正反偏置的电流输运特征没有差别。理论上，可以通过两种途径制得欧姆接触（1）半导体掺杂浓度很高使得隧穿几率很大。（2）选择合适功函数的半导体和金属，使得电流流经M/S接触时不存在势垒。通常第二种方法不易实现。3. 准平衡态分析：准平衡态的定义；特征；准费米能级。答：（平衡态时，整个系统包括各个子系统之间均达到平衡，有统一的费米能级。由非平衡态向平衡态恢复的弛豫的过程中，各子带系统很快就能达到热平衡，但各个子系统之间达到热平衡所需时间较长，）将各个子系统已达到热平衡，但子系统之间尚未热平衡的状态称为准平衡态。准平衡态下，由于导带和价带分别达到各自的热平衡，在各自的子系统中，平衡的统计函数仍可适用，因此可分别引入自己的费米能级，称为准费米能级。准费米能级距离衡量了半导体非平衡的程度。4. 平带电压分析：平带电压的定义，表达式，特点，如何测量。答：定义:为使半导体中的能带保持平直所需施加在金属电极上的电压称为平带电压。其中Vms是功函数差，在非理想的MIS结构中，功函数之差和绝缘层的电荷都可以对MIS结构C-V特性产生影响。通过外加平带电压可以消除这些影响。平带电压是MOS结构中主要的物理参量之一，通过平带电容来确定。5. 半导体能带结构分析：半导体能带结构的定义，特征，意义。答：原子聚集在一起形成晶体时，电子的分立能量随之分裂为能带。根据能带论，晶体中电子的能量允许值呈带状分布，能量间存在禁带。对于半导体，在0K时能量较低的能带是被电子完全填充的（价带），而能量较高的能带则是完全没有被电子填充导带。与绝缘体相比，半导体的禁带较窄。6. 俄歇复合分析：俄歇复合定义，特点。答：俄歇复合是电子与空穴复合的方式之一。导带电子与价带电子发生跃迁复合时，不是通过辐射光子或声子的方式释放能量，而是通过碰撞將多余的能量传递给另外一个载流子，使这个载流子被激发到更高能级，然后获得高能的载流子通过与晶格连续散射的方式（发射声子）逐渐释放其较高动能的过程。俄歇复合属于非辐射复合，其中没有光子的发射。二、 简答题1. 简要说明PN结击穿的两种机制，并讨论掺杂浓度和温度对击穿电压的影响。答：PN结中主要的击穿包括两类：1） 雪崩击穿进入耗尽区的载流子在电场作用下获得能量，它们与势垒区内晶格原子发生碰撞，把价键中的电子空穴碰撞出来形成电子空穴对。碰撞出来的电子空穴继续发生碰撞形成载流子倍增效应，使得耗尽区载流子浓度升高，形成反相电流。（高能载流子碰撞产生电子-空穴对，新生的电子空穴在强电场作用下加速成为心得高能载流子，因而产生更多的电子-空穴对）2） 隧道击穿（齐纳击穿）PN结在反向偏置下，能带发生畸变，空间电荷区中P区价带与n区导带间的厚度会随偏置电压的增加减小，当该厚度减小到几个纳米后，p区价带和n区导带之间将发生显著的带-带直接隧穿效应，和由此引起的PN结反向漏电流。杂质浓度对击穿影响：齐纳击穿过程如图所示，结中A点价带的电子要隧穿到B点导带，面临高度为Eg宽度为d=Eg/eE的三角形势垒， 当结中最大电场超过某一临界值，也就是d小于某临界宽度，就发生击穿。最大电场EMN(VD+VR),因此，随着掺杂浓度增加，击穿电压减小。随着掺杂浓度增加，电场增强，载流子碰撞电离率升高；与此同时，耗尽区宽度随掺杂浓度增加而减小；但是载流子碰撞电离率对电场的依赖非常强烈，对故综上所述掺杂浓度增加，雪崩击穿电压减小。温度对击穿电压影响：由于在具有金刚石结构、闪锌矿结构、纤锌矿结构的半导体中，Eg随着温度升高而减小，故齐纳击穿电压也随着温度升高而下降。温度升高，载流子的平均自由程减小，载流子碰撞电离率减小，故击穿电压增大。2. 已知金属M的功函数为M，n-Si 半导体的功函数为S，其中MS，由于M/S界面的钉扎效应，该M/S结构的肖特基势垒高度被钉扎在B值，画出平衡情形下该M/S结构的能带图；在耗尽近似条件下，求M/S结构的电容随电压变化的表达式。答：C=dQdV=dqNDXDdV=qNDd2si(VD-V)qNDdV=siqND2(VD-V) 三、 有一束光照射在N型半导体表面，在半导体表面形成过剩载流子的注入。假设该半导体的厚度W远小于少子空穴的扩散长度LD,同时在半导体的另一表面存在极高的复合中心态密度。1. 在稳定小注入条件下，画出相应的能带图并标出各物理量的空间变化趋势。2. 假设注入的过剩载流子在半导体中的扩散满足扩散方程，求解稳定小注入条件下，半导体中空穴浓度的分布表达式；3. 求解在该稳定小注入条件下，光照引起的光电流的表达式。答：(1) (2)DPd2pdx2=p边界条件x=W,p=0;x=0,p=(p)0；（3）J=JP=-qDp(d(p)/dx)=qDpp0(exp(x/Lp)/(1-exp(2w/Lp)- (exp(-x/Lp)/(1-exp(-2w/Lp)四、 1. 甲 电子俘获过程：电子俘获率=rnn(Nt-nt)乙 发射电子过程：电子产生率=s-nt丙 空穴俘获过程：空穴俘获率=rppnt丁 空穴产生过程：空穴产生率=s+(Nt-nt)平衡时甲=乙，丙=丁，从而有s-=rnn1sp=rpp1稳态时甲-乙=丙-丁2. 浅能级掺杂半导体。电子从导带跃迁到价带可发出波长为1的光子；电子从导带跃迁到杂质能级能释放出波长为2的光子，电子从杂质能级跃迁到价带能释放出波长为3的光子，且23，1=2+3。3. 深能级掺杂半导体。电子从导带跃迁到价带可发出波长为1的光子；电子从导带跃迁到杂质能级能释放出波长为2的光子，电子从杂质能级跃迁到价带能释放出波长为3的光子，由于杂质能级位于禁带中心，故2=3，光谱实验观察到同一种光谱。五、 答：3：深耗尽