电子科技大学2007半导体物理期末考试试卷试题答案

;.电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末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.、本课程总成绩课程成绩构成：平时=试卷分数 +平时成绩 +实验成绩。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） （ 220=40 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)0b、(ec-ef)或(ef-ev)0c、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. 1.11015cm-3,e. 91014cm-34、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）。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=15s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30s 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（a、1/4b、1/ec、1/e 2c）。d、1/210、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=0b、wms 0c、wms0d、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. 负电压二、证明题 ：（ 8 分）由金属 sio2p 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：vs2vb2kt ln n a , 其中veiefqnibq证明： 设半导体的表面势为vs，则表面的电子浓度为：2nsnexp(qvs )nip 0ktpp 0exp( qvs )kt（2 分）当 ns=pp0 时，有： p2qvsp0n exp(ikt),（ 1 分）pqvp 0n exp(si2 kt)（1 分）另外： pp0nvexp(efktev )n exp(eiief ) ktn exp(qvbikt)（ 2 分）比较上面两个式子，可知vs=2vb饱和电离时， pp0=na,即：nani exp(qvs2 kt)（1 分）故： vs2vb2 ktnlna（ 1 分）qni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）iivvschottky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：ecefeiecevefeievx(a )堆积x(b) 耗尽ecefeievx(c) 反型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：cadbt（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 （ 210 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/cm 3， 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）e0wseceneg=1.12evefev解：（1）室温下，杂质全部电离，本征激发可以忽略，则：pnnexp(efev )（ 1 分）0nvefevkt lnnaavev0.026lnkt19101017ev0.12ev（2 分）eneg0.121.120.121.0ev（ 1 分）所以，功函数为：wsen1.04.055.05(ev )（1 分）(2) 不计表面态的影响，对p 型硅，当 wswm 时，金属中的电子流向半导体，使得表面势vs0，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：qvdwmws4.815.060.24( ev )（2 分）15-35、 一个理想的mos 电容器结构，半导体衬底是掺杂浓度na=1.510 cm 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：vqsvd 0qs2v（2 分）tsbc00 r0qsvt 12vb v(qs) d2v（ 1 分）t 101b0r 0d01qs0vt 1r 02vb代入v0r 0(qs)dd012v（1 分）t 202b可得： v(v2v0 r 0) d 022v(v2v ) 0.2m2v2v2v（2 分）t 2t1bb