电子科技大学2007半导体物理期末考试试卷试题答案

学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 1 页 共 7 页 电子科技大学二零零电子科技大学二零零 六六 至二零零至二零零 七七 学年第学年第 一一 学期期学期期 末末 考试考试 半导体物理 课程考试题 卷 120 分钟 考试形式 闭卷 考试日期 200 7 年 1 月 14 日 注 1 本试卷满分 70 分 平时成绩满分 15 分 实验成绩满分 15 分 2 本课程总成绩 试卷分数 平时成绩 实验成绩 课程成绩构成 平时 分 期中 分 实验 分 期末 分 一二三四五六七八九十合计 一 选择填空 含多选题 一 选择填空 含多选题 2 20 2 20 40 分 分 1 锗的晶格结构和能带结构分别是 C A 金刚石型和直接禁带型 B 闪锌矿型和直接禁带型 C 金刚石型和间接禁带型 D 闪锌矿型和间接禁带型 2 简并半导体是指 A 的半导体 A EC EF 或 EF EV 0 B EC EF 或 EF EV 0 C 能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D 导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 3 在某半导体掺入硼的浓度为 1014cm 3 磷为 1015 cm 3 则该半导体为 B 半导体 其有效杂质浓度约为 E A 本征 B n 型 C p 型 D 1 1 1015cm 3 E 9 1014cm 3 4 当半导体材料处于热平衡时 其电子浓度与空穴浓度的乘积为 B 并且该乘积和 E F 有关 而与 C D 无关 A 变化量 B 常数 C 杂质浓度 D 杂质类型 E 禁带宽度 F 温度 5 在一定温度下 对一非简并 n 型半导体材料 减少掺杂浓度 会使得 C 靠近中间 能级 Ei 如果增加掺杂浓度 有可能使得 C 进入 A 实现重掺杂成为简并半 导体 A Ec B Ev C EF D Eg E Ei 67 如果温度升高 半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是 C 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 2 页 共 7 页 A 变大 变大 B 变小 变小 C 变小 变大 D 变大 变小 8 最有效的复合中心能级的位置在 D 附近 最有利于陷阱作用的能级位置位于 C 附近 并且常见的是 E 陷阱 A EA B EB C EF D Ei E 少子 F 多子 9 一块半导体寿命 15 s 光照在材料中会产生非平衡载流子 光照突然停止 30 s 后 其中非平衡载流子将衰减到原来的 C A 1 4 B 1 e C 1 e2 D 1 2 10 半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的 A A 散射机构 B 复合机构 C 杂质浓度梯度 C 表面复合速度 11 下图是金属和 n 型半导体接触能带图 图中半导体靠近金属的表面形成了 D A n 型阻挡层 B p 型阻挡层 C p 型反阻挡层 D n 型反阻挡层 12 欧姆接触是指 D 的金属 半导体接触 A Wms 0 B Wms 0 C Wms 0 D 阻值较小并且有对称而线性的伏 安特性 13 MOS 器件中 SiO2层中的固定表面电荷主要是 B 它能引起半导体表面层中的 能带 C 弯曲 要恢复平带 必须在金属与半导体间加 F A 钠离子 B 硅离子 C 向下 D 向上 E 正电压 F 负电压 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 3 页 共 7 页 二 证明题二 证明题 8 分 由金属 SiO2 P 型硅组成的 MOS 结构 当外加的电压使得半导体表面载流子浓度 ns 与内 部多数载流子浓度 Pp0相等时作为临界强反型层条件 试证明 此时半导体的表面势为 2 2ln AF sBB i NEiEkT VVV qnq 其中 证明 证明 设半导体的表面势为 VS 则表面的电子浓度为 2 分 2 0 0 exp exp SiS sp p qVnqV nn KTpKT 当 ns pp0时 有 1 分 2 0 exp S pi qV pn KT 1 分 0 exp 2 S pi qV Pn KT 另外 2 分 0 exp exp exp FViFB pVii EEEEqV pNnn KTKTKT 比较上面两个式子 可知 VS 2VB 饱和电离时 Pp0 NA 即 1 分 exp 2 S Ai qV Nn KT 故 1 分 2 2ln A sB i NKT VV qn 三 简答题 32 分 1 解释什么是 Schottky 接触和欧姆接触 并画出它们相应的 I V 曲线 8 分 答 金属与中 低掺杂的半导体材料接触 在半导体表面形成多子的势垒即阻挡层 其厚度 并随加在金属上的电压改变而变化 这样的金属和半导体的接触称为 Schottky 接触 2 分 金属和中 低掺杂的半导体材料接触 在半导体表面形成多子的势阱即反阻挡层 或金 属和重掺杂的半导体接触 半导体表面形成极薄的多子势垒 载流子可以隧穿过该势阱 形 成隧穿电流 其电流 电压特性满足欧姆定律 2 分 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 4 页 共 7 页 II VV Schottky 势垒接触的 I V 特性 欧姆接触的 I V 特性 2 分 2 分 2 试画出 n 型半导体构成的理想的 MIS 结构半导体表面为积累 耗尽 反型时能带图和对 应的的电荷分布图 3 3 分 9 分 解 对 n 型半导体的理想 MIS 结构的在不同的栅极电压下 当电压从正向偏置到负电压是 在半导体表面会出现积累 耗尽 反型现象 其对应的能带和电荷分布图如下 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 5 页 共 7 页 Ec Ev Ei EF a 堆积堆积 x Ec Ev Ei EF b 耗尽耗尽 x x c 反型反型 Ec EF Ei Ev 3 试画出中等掺杂的 Si 的电阻率随温度变化的曲线 并分析解释各段对应的原因和特点 8 分 解 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 6 页 共 7 页 C A D B T 2 分 电阻率随温度的变化分三个阶段 AB 本征激发可忽略 温度升高 载流子浓度增加 杂质散射导致迁移率也升高 故电阻 率 随温度 T 升高下降 2 分 BC 杂质全电离 以晶格振动散射为主 温度升高 载流子浓度基本不变 晶格振动散射 导致迁移率下降 故电阻率 随温度 T 升高上升 2 分 CD 本征激发为主 晶格振动散射导致迁移率下降 但载流子浓度升高很快 故电阻率 随温度 T 升高而下降 2 分 4 试比较半导体中浅能级杂质和深能级杂质对其电学参数的影响 并说明它们在实践中的 不同应用 7 分 答 在常温下浅能级杂质可全部电离 可显著地改变载流子的浓度 从而影响半导体材料的 电导率 深能级杂质在常温下 较难电离 并且和浅能级杂质相比 掺杂浓度不高 故对载 流子的浓度影响不大 但在半导体中可以起有效的复合中心或陷阱作业 对载流子的复合作 用很强 4 分 所以 在实际的应用中 通过浅能级杂质调节载流子的浓度 电阻率 改变材料的导电类型 而通过深能级杂质提供有效的复合中心 提高器件的开关速度 3 分 四 计算题 2 10 分 1 设 p 型硅能带图如下所示 其受主浓度 NA 1017 cm3 已知 WAg 4 18eV WPt 5 36eV NV 1019 cm3 Eg 1 12eV 硅电子亲和能 4 05eV 试求 10 分 1 室温下费米能级 EF的位置和功函数 WS 2 不计表面态的影响 该 p 型硅分别与 Pt 和 Ag 接触后是否形成阻挡层 3 若能形成阻挡层 求半导体一边的势垒高度 已知 WAg 4 81eV WPt 5 36eV Nv 1019cm 3 Eg 1 12eV Si 的电子亲和能 4 05eV 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 7 页 共 7 页 E0 EC EV En WS EF Eg 1 12eV 解 1 室温下 杂质全部电离 本征激发可以忽略 则 1 分 0 exp FV Av EE pNN kT 2 分 19 17 10 ln0 026ln0 12 10 V FVVV A N EEkTEEeV N 1 分 0 121 120 121 0 ng EEeV 所以 功函数为 1 分 1 04 055 05 sn WEeV 2 不计表面态的影响 对 P 型硅 当 Ws Wm时 金属中的电子流向半导体 使得表面势 Vs 0 空穴附加能量为 qVs 能带向下弯 形成空穴势垒 故 p 型硅和 Ag 接触后半导体表 面形成空穴势垒 即空穴的阻挡层 而 Wpt 5 36eV 大于 Ws 5 05eV 所以 p 型硅和 Pt 接触 后不能形成阻挡层 3 分 3 Ag 和 p Si 接触后形成的阻挡层的势垒高度为 2 分 4 81 5 060 24 Dms qVWWeV 5 一个理想的 MOS 电容器结构 半导体衬底是掺杂浓度 NA 1 5 1015cm 3的 p 型硅 如氧 化层 SiO2的厚度是 0 1 m 时 阈值电压 VT为 1 1V 问氧化物层的厚度为 0 1 m 时 其 VT是多少 10 分 解 2 分 0 000 2 SS TSB r Qd Q VVV C 1 分 1 0001 2 STB r QVV d 101 00 2 S TB r Q VdV 学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密 封 线 以 内 答 题 无 效 第 8 页 共 7 页 1 0001 2 STB r QVV d 代入 1 分 202 00 2 S TB r Q VdV 可得 2 分 02 2111 01 0 2 2 2 2 22