哈尔滨工业大学 半导体物理.doc

哈尔滨工业大学 半导体物理 真题荟萃 一、解释下列名词或概念： （20 分） 1、准费米能级 6、布里渊区 2、小注入条件 7、本征半导体 3、简并半导体 8、欧姆接触 4、表面势 9、平带电压 5、表面反型层 10、表面复合速度 二、分别化出硅、锗和砷化镓的能带结构、并指出各自的特点（20 分） 三、简述半导体中可能的光吸收过程（20 分） 四、画出 p-n 结能带图（零偏、正偏和反偏情况） ，并简述 p-n 结势垒区形成的物理过程（20 分） 五、在一维情况下，以 p 型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20 分） 六、解释下列名词或概念： （20 分） 1、准费米能级 6、施主与受主杂质 2、小注入条件 7、本征半导体 3、简并半导体 8、光电导 4、表面势 9、深能级杂质 5、表面反型层 10、表面复合速度 七、画出 n 型半导体 MIS 结构理想 C-V 特性曲线， 如果绝缘层存在正电荷或者绝缘层-半导 体存在界面态将分别对曲线有和影响？（20 分） 八、简述半导体中可能的光吸收过程（20 分） 九、画出 p-n 结能带图（零偏、正偏和反偏情况） ，并简述 p-n 结势垒区形成的物理过程（20 分） 十、在一维情况下，以 n 型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20 分） 十一、 解释下列名词或概念（30 分） ： 1有效质量 2. 复合中心 3. 载流子散射 4. 简并半导体 5. 少子寿命 6. 空穴 7. 表面复合速度 8. 光生电动势 9. 表面态 10. 表面强反型状态 二、画出本征半导体和杂质半导体电阻率随温度变化曲线(10 分),并解释其变化规 律(20 分)。 三、用能带论解释金属、半导体和绝缘体的导电性（30 分） 。 四、分别画出零偏、正偏和反偏情况下，p-n 结能带图（15 分） ，并简述 p-n 结势 1 垒区形成的物理过程（15 分） 五、如图所示，半导体光敏电阻上表面受到均匀的频率为的恒定光照，光功率为 Popt(w), 在电阻两端施加恒定偏压， 光敏电阻内载流子的平均漂移速度为 vd, 设表面反射率为 R，吸收系数为，光敏电阻厚度 d1/,量子产额为，非 平衡载流子寿命为，试求： (1) 光敏电阻中光生载流子的平均产生率 g； 分） （8 (2) 光生电流 IP（忽略暗电流） 分） 设 IPh 为光生载流子被电极收集一次形成 （8 ， 的电流，求光电导增益 G = IP 的表达式（14 分） 。 I Ph 2 一、解释下列名词或概念： 1重空穴、轻空穴 2. 表面态 3. 载流子散射 4. 本征半导体 5. 少子寿命 二、 简述杂质在半导体中的作用。 三、 简述理想 p-n 结光生伏特效应，画出开路条件下的能带图（12 分） ；根据理想 光电池电流电压方程，确定开路电压 VOC 和短路电流 ISC 表达式（8 分)，设 p-n 结反向电流为 IS，光生电流为 IL。 四、 以 p 型硅 MOS 结构为例， 画出可能测得的高频和低频 C-V 特性曲线， 说明如何 确定平带电压（10 分） ；若 SiO2 层中存在 Na 离子，曲线将如何变化？如何通 过实验确定其面密度（10 分）？ 五、 如图所示，有一均匀掺杂的型半导体（非高阻材料） ，在稳定光照下，体内均 匀地产生非平衡载流子，且满足小注入条件，产生率为 g，半导体内部均匀掺 有浓度为 Nt 的金，电子俘获系数为 rn。仅在一面上存在表面复合，表面复合速 度为 S，载流子的扩散系数为 D，试确定非平衡载流子的分布。 + 6. k 空间等能面 7. 热载流子 8. 格波 9. 陷阱中心 10. 光电导灵敏度 五、 解释下列名词或概念（30 分） ： 6. 高度补偿半导体 7. 状态密度 8. 消光系数 9. 表面复合率 3 1布里渊区 2. 光生伏特效应 3. 本征吸收 4. 间接带隙式半导体 5. 准费密能级 10. 光电导增益 二、分别论述深能级和浅能级杂质对半导体的影响(30 分)。 三、在一维情况下，以 p 型非均匀掺杂半导体为例，推出空穴的爱因斯 坦关系式（30 分） 四、画出理想 p-n 结和硅 p-n 结的电流电压曲线（15 分） ，并根据曲线 的差异简述硅 p-n 结电流电压曲线偏离理想 p-n 结主要因素 （15 分） 十二、 五、以 p 型硅 MOS 结构为例，画出可能测得的高频和低频 C-V 特性曲线， 说明如何确定平带电压（15 分） ；若 SiO2 层中存在 Na+离子，曲线将如何变 化？如何通过实验确定其面密度（15 分）？ 十三、 解释下列名词或概念： （30 分） 1、异质结 6、杂质电离能 2、间接带隙式半导体 7、光电导 3、载流子散射 8、空穴 4、光生电动势 9、有效质量 5、施主与受主杂质 10、少子寿命 十四、 分别化出硅、锗和砷化镓的能带结构、并指出各自的特点（30 分） 十五、 试画出理想硅 p+-n 栅控二极管反向电流 IR 随栅压 VG 的变化曲线，说明不同栅压范围内反向电流 IR 的构成。 SiO2 层中存在 Na , 曲线如何变化？若 Si-SiO2 存在界面态， 若 曲线将如何变化？（30 分） 十六、 简述半导体中可能的光吸收过程（30 分） + 十七、 在一维情况下， p 型非均匀掺杂半导体为例， 以 推出爱因斯坦关系式 （30 分） 4 一. 解释下列名词或概念: 1. 状态密度 2. 直接复合与间接复合 3. 受主杂质与施主杂质 4. 热载流子 5. 光电导敏度 二分别化出硅、锗和砷化镓的能带结构、并指出各自的特点 三简述半导体的散射机制。 四以下 p 型和 mos 结构为例,说明的能测得的 c-v 特性曲线,如果有 Na+影响又如何?如何 测定平带电压以及如何用实验的方法求出 SiO2 层中 Na+密度。 五连续性方程。半导体物理刘秉升 课本例题 ） （ 二简述杂质在半导体中的作用。 6. 光电导增益 7. 准费米能级 8. 本征吸收 9. 光电子发射效率(内部,外部) 三在一维情况下，以 p 型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式。四简述 p-n 结激光器原理。 1解释下列名词或概念： （20 分） 施主和受主杂质 半导体功函数 欧姆接触 光电导增益 少子寿命 非简并半导体 格波 准费米能级 深能级杂质 表面复合速度 5 2简述半导体中载流子的主要散射机构（20 分） 3画出 n 型半导体 MOS 结构可能测出的 C-V 特性曲线，如果 SiO2 中存在 Na+离子曲线将 如何变化？如何测出其面密度？说明如何测出衬底浓度？（20 分） 4简述半导体的光生伏特效应， 利用理想光电池电流-电压方程确定开路电压 VOC 和短路电 流 ISC（20 分） 5有一面积很大的半导体薄片，厚度为 w，以稳定光源均匀照射两面，设光只在表面层内 产生电子空穴对，在消注入条件下，P(0)= P1 ; P(W)= P2 。问： （1）片内非平衡载流子分布仅与时间有关，还是仅与空间位置有关？或与两者都有关？ （5 分） （2）试确定片内非平衡载流子的分布？（15 分） 1 说明下列名词或概念： （20 分） （1）状态密度 （2）复合中心 （3）施主与受主杂质 （4）简并半导体 （5）异质结 （6）表面态 （7）半导体功函数 （8）热载流子 （9）直接和间接带隙式半导体 （10）准费米能级 2画出零偏、正偏和反偏下，p-n 结的能带图。 （10 分） 3如图所示，有一均匀掺杂的 n 型半导体，在稳定光照下，体内均匀地产生非平衡载流子， 产生率为 gP，寿命为P,仅在一面上存在表面复合，表面复合速度为 SP，载流子的扩散长度 为 LP，试确定非平衡载流子分布。 （20 分） 说明不同栅压范围内反 4 试画出理想硅 p -n 栅控二极管反向电流 IR 随栅压 VG 的变化曲线， + 向电流 IR 的构成。若 SiO2 层中存在 Na , 曲线如何变化？若 Si-SiO2 存在界面态，曲线将如 何变化？ （20 分） 5 如图所示， 半导体光敏电阻上表面受到均匀的频率为的恒定光照， 光功率为 Popt(w), 在 电阻两端施加恒定偏压，光敏电阻内载流子的平均漂移速度为 vd, 设表面反射率为 R，吸收 系数为，光敏电阻厚度 d1/,量子产额为，非平衡载流子寿命为，求： (1) 光敏电阻中光生载流子的平均产生率； 分） （5 (2) 光生电流 IP； 分） （5 （忽略暗电流） (3) 光电导增益 G I P ；(IPh 为光生载流子被电极收集一次形成的电流)； 分） （8 I ph (4) 提高器件增益的有效途径。 分） （2 + （题 3 图） （题 5 图）. 6 二、哈尔滨工业大学 一九九九 年研究生考试试题 考试科目：半导体物理学 报考专业：微电子与固体电子学（半导体材料） 一、 说明下列概念或名词的物理意义（分） 、 有效质量 、 载流子散时 、 状态密度 、 陷阱中心 、 光电导 、 空穴 、 直接复合与间接复合 、 少子寿命 、 热载流子 、受主杂质与施主杂质 二、 简述 、 用能带论定性地说明导体，半导体和绝缘体的导电性（分） 、 什么是良好的欧姆接触，实现欧姆接触的基本方法（分） 、 耿氏振荡的机理（） 三、 已知在电容的iO2 层中存在着a 正离子和介面固定电荷，请设计一种 实 验方法测定两种电荷的面密度（库仑厘米） （分） 四、 有一面积很大的半导体薄片，厚度为 w，以稳定光源均匀照射两面，设光只在表 面层内产生电子空穴对，在小注入条件下，P(0)= P1 ; P(W)= P2 。问： 1片内非平衡载流子分布仅与时间有关，还是仅与空间位置有关？或与两者都有关？ （4 分） 2试确定片内非平衡载流子的分布？（16 分） 、解释下列名词或概念： （20 分） 1施主和受主杂质 2状态密度 3热载流子 4光电导增益 5少子寿命 6简并半导体 7格波 8准费米能级 9深能级杂质 10表面复合速度 7 三、简述半导体中载流子的主要散射机构（20 分） 四、画出 n 型半导体 MOS 结构可能测出的 C-V 特性曲线， 如果 SiO2 中存在 Na+离子曲线将 如何变化？如何测出其面密度？（20 分） 五、简述半导体的光生伏特效应，利用理想光电池电流-电压方程确定开路电压 VOC 和短路 电流 ISC（20 分） 六、有一面积很大的半导体薄片，厚度为 w，以稳定光源均匀照射两面，设光只在表面层内 产生电子空穴对，在小注入条件下，P(0)= P1 ; P(W)= P2 。问： 1片内非平衡载流子分布仅与时间有关，还是仅与空间位置有关？或与两者都有关？ （5 分） 2试确定片内非平衡载流子的分布？（15 分） 一、 解释下列名词或概念： （20 1施主和受主杂质 2状态密度 3热载流子 4光电导增益 5少子寿命 6简并半导体 7格波 8准费米能级 9深能级杂质 10表面复合速度 二、 三、 简述半导体中载流子的主要散射机构（20 分） 画出 p 型半导体 MOS 结构可能测出的高频 C-V 特性曲线，如果 SiO2 中存在 Na+离子，如何测出其面密度？（20 分） 四、 简述半导体的光生伏特效应， 利用理想光电池电流-电压方程确定开路 电压 VOC 和短路电流 ISC（20 分） 五、如图所示，有一均匀掺杂的 n 型半导体，在稳定光照下，体内均匀地产生 8 非平衡载流子，产生率为 gP，寿命为P,仅在一面上存在表面复合， 表面复合速度为 SP，载流子的扩散长度为 LP，试确定非平衡载流子 分布。 （20 分） 十八、 解释下列名词或概念： （20 分） 6、施主与受主杂质 7、本征半导体 8、光电导 9、深能级杂质 10、表面复合速度 1、准费米能级 2、小注入条件 3、简并半导体 4、表面势 5、表面反型层 十九、 画出 n 型半导体理想 MIS 结构 C-V 特性曲线， 如果绝缘层存在正电荷或 绝缘层-半导体存在界面态将分别对曲线有何影响？如何确定绝缘层中可动 离子的面密度（20 分） 二十、 简述半导体中可能存在的光吸收过程（20 分） 二十一、 画出 p-n 结能带图（零偏、正偏和反偏情况） ，并简述 p-n 结势垒区 形成的物理过程（20 分） 二十二、 （20 分）二十三、 二简答题（每题 8 分，共 40 分） 二十四、 1何谓迁移率，影响迁移率的主要因素是什么？ 二十五、 2写出一维情况下，非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程， 并解释各项的物理意义。 二十六、 3何谓欧姆接触？金属与半导体形成欧姆接触的方法有哪些？ 二十七、 4比较同质结与异质结的性能。 二十八、 5画出 PN 结在正向、反向偏压作用下的能带图，并以此解释 PN 结的单向 导电性。 二十九、 三十、 三计算题（共 50 分） 三十一、 1实验测得硅的晶格常数为.543nm，计算 Si 的原子体密度（单位体积内 的原子个数）（5 分） 。 三十二、 三十三、 2 光均匀照射在电阻率为 6 cm 的 n 型硅样品上，电子空穴对的产生率 21 为 410 cm-3s-1， 三十四、 三十五、 非平衡载流子寿命为 8?s。计算光照前后样品的电导率。 （15 分） 在一维情况下，以非均匀掺杂 n 型半导体为例，推出爱因斯坦关系 9 三十六、 3. 300k 时锗的有效状态密度 Nc1.0510 cm ，Nv5.710 cm ，Eg -23 0.67eV；500k 时锗的 Eg0.581eV；波尔兹曼常数 k0=1.38010 J/K，求温度为 300k 和 500k 时，含施主浓