半导体简答题

1、1. 在怎样条件下，电流密度随电场强度成线性变化？在强电场下，欧姆定律是否仍然正确？电场强度不大的条件下；不正确2. 产生负微分电导的条件是什么？3. 如何用霍耳效应来测量出半导体的导电类型、载流子浓度及迁移率？ 从霍尔电压的正负可以判别半导体的导电类型；测出RH可求载流子浓度；测出电导率可求出霍尔迁移率。4. 具有相同电阻率的掺杂错和硅，哪一个材料的少子浓度高？为什么？ 错的少子浓度高。由电阻率=1/nqu和（ni） 2=mp0以及硅和错本征载 流子浓度的数量级差别，可以算出错的少子浓度高。5. 电导有效质量与状态密度有效质量有何区别 ？它们与电子的纵向有 效质量和横向有效质量的关系如何？当

2、导带底的等能面不是球面时，不同方向的电导的有效质量就不同，且态密度分布可能不同，通过把不同的电导有效质量进行加权平均， 就可以换算得到状态密度的有效质量。6. 什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？声子是晶格振动的简正模能量量子， 声子可以产生和消灭，有相互作 用的声子数不守恒，声子动量的守恒律也不同于一般的粒子， 并且声 子不能脱离固体存在。电子在半导体中传输时若发生晶格振动散射， 则会发出或者吸收声子，使电子动量发生改变，从而影响到电导率。7. 半导体的电阻温度系数是正还是负的？为什么？负的，迁移率随温度的升高逐渐降低1. 区别半导体平衡状态和非平衡状态有何不同？什么叫平衡载流 子？

3、半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外 界作用，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的 状态，称为非平衡状态。处于非平衡态的半导体比平衡态多出来的这 部分载流子称为非平衡载流子。2. 在平衡情况下，载流子有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论 非平衡载流子的复合运动？ 有，3. 什么是俄歇复合？在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量，通过碰撞转移给 另一个电子或者另一个空穴，造成该电子或者空穴跃迁的复合过程叫 俄歇复合4. 为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的标准而要引入准 费米能级？准费米能级和费米能级有何区别？当热平衡状态受到外界影响，遭到破坏，

4、使半导体处于非平衡状态 不再存在统一的费米能级，因为费米能级和统计分布函数都是指热平 衡状态下。而分别就价带和导带中的电子来说 ，它们各白基本上处于 平衡状态,导带和价带之间处于不平衡状态，准费米能级是不重合 的。1. 为什么在非平衡条件下，能用电子准费米能级来描述导带的电子分 布，而不能用于描述价带的空穴分布？因为在非平衡状态下，导带和价带在总体上处于非平衡，不能用统一 的费米能级来描述导带中的电子和价带中的空穴按能量的分布问题， 而导带中的电子和价带中的空穴按能量在各白的能带中处于准平衡分布2. 区别平均白由时间、弛豫时间和非平衡载流子寿命的意义？平均白由时间是载流子连续两次散射平均所需的

5、白由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平均白由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成 反比关系。3. 如何区别深能级是复合中心还是陷井中心？间接复合效应是指非平衡载流子通过位于禁带中特别是位于禁带中央的杂质或缺陷能级Et而逐渐消失的效应，Et的存在可能大大促进 载流子的复合；陷阱效应是指非平衡载流子落入位于禁带中的杂质或 缺陷能级Et中，使在Et上的电子或空穴的填充情况比热平衡时有较 大的变化，从引起 n A p,这种效应对瞬态过程的影响很重要。此 外，最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级 附近。一般来说，所有的杂质或缺

6、陷能级都有某种程度的陷阱效应， 而且陷阱效应是否成立还与一定的外界条件有关。1. 解释一下连续性方程中各项的含义?第1项-由于扩散运动，单位时间单位体积中积累的空穴数；第2,3项 -由于漂移运动，单位时间单位体积中积累的空穴数；第 4项-由于其 它某种因素单位时间单位体积中产生的空穴数 （产生率）；第5项-为 由于存在复合过程单位时间单位体积中复合消失的空穴数。2. 非平衡载流子从半导体表面向体内扩散时， 电子和空穴的扩散速度 是否相同，稳定时它们在半导体内部的分布是否相同。由于扩散系数的不同，就是说在相同温度下电子与空穴的迁移率不同 其速度为迁移率和电势能的乘积，所以速度不同。3. 什么是丹

7、倍效应？什么是光磁效应？丹倍效应：非平衡载流子扩散速度的差异而引导起的光照方向产生电 场和电位差。光磁效应：在光辐射情况下，物质磁性会发生变化的现 象。5. D, t , L四个参量之间的关系如何？检查他们各白的单位， 考论扩散系数与那些物理量有关？L=（D 尸2D=kT 明6. 如下图所示，AB能带倾斜，费米能级在同一水平线上，在这种情 况下，是否存在：Ec1) 电子扩散流2) 电子漂移流3) 总电流1. 平衡p- n结有什么特点，画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运 动的方向。平衡态pn姑的能帝图2. 定性地画出正向偏置时p- n结能带图；在图上标出准费米能级地 位置，并与平衡时p - n结

8、能带图进行比较。p o n正的偏在下的pn命的费未能级3. 平衡p- n结既然存在有电势差，为什么p - n结又不能作为固体电池呢?p-n结的内电势是为了抵消结两边载流子因浓度差而产生的扩散运动而产生的4. p -n结处的空间电荷层宽度的数量级是多少？这种空间电荷层是 由什么组成的？5. 写出p-n结整流方程，并说明方程中每一项的物理意义？对于较 大的正向偏置和反向偏置，这个方程分别说明什么样的物理过程？J=JSexp (qV/k0T)-1正向偏压，V>0,正向电流密度随正向偏压指数增大；反向电流密度为常数，不随偏压改变6. 反向电流由哪几部分构成的？在一般情况下什么是主要的？为什 么反

9、向电流和温度关系很大?（外+略）L.7. 解释硅p-n结的反向电流随反向电压增加而增大的原因。8. 在测试p-n结反向电流时，有光照和无光照是不一样的，试问哪 种情况下数值大？为什么?有光照大。处于反偏的PN结，无光照时，反向电阻很大，反向电流 很小；有光照时，光子能量足够大产生空穴对，在 PN结电场作用下, 形成光电流，电流方向与反向电流一致，光照越大电流越大。9. 考虑一个两侧掺杂浓度相等的突变 p-n结，画出其电荷、电场强度、电势在反偏条件下与到p- n结距离x的函数关系1. 分别画出正向、反向偏置p - n结n侧少数载流子的浓度与到 p- n 结距离之间的函数关系曲线，指出过剩载流子浓

10、度何处为正，何处为 负？正偏，耗尽层边界少子积累ppO%反偏，耗尽层边界少子耗尽2. 说明p-n结势垒电容和扩散电容的物理意义，分别讨论它们与电流或电压的关系。反偏p- n结有无扩散电容？为什么？p-n结的势垒电容是势垒区中空间电荷随电压而变化所引起的一种 效应（微分电容），相当于平板电容。反向偏压越大，势垒厚度就越 大，则势垒电容越小。加有正向偏压时，则势垒厚度减薄，势垒电容 增大，但由于这时正偏p-n结存在有导电现象，不便确定势垒电容， 不过一般可认为正偏时 p-n结的势垒电容等于0偏时势垒电容的4 倍。p-n结的扩散电容是两边扩散区中少数载流子电荷随电压而变 化所引起的一种微分电容效应，

11、因此扩散电容是伴随着少数载流子数 量变化的一种特性。正向电压越高，注入到扩散区中的少数载流子越 多，则扩散电容越大，因此扩散电容与正向电压有指数函数关系。 无， 少数载流子越过PN结形成很小的反向电流，此时 PN吉截止。3. 为什么p- n结的接触电位差不能通过万用表跨接在二极管两端的 方法进行测量？4. 当p- n结n型区的电导率远远大于 p型区的电导率时，p- n结电 流主要是空穴流还是电子流？5. 说明处于开路条件下的突变 p-n结其接触电位差与哪些物理量有 关？为什么一个开路的p - n结必然形成接触电位差？6. 说明p-n结理想模型（即扩散模型）的基本假设。在推导 p-n结 电流-电

12、压关系时，这些基本假设体现在哪些地方？小注入-即注入少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；突变耗尽层-即外加电压和接触电势差都落在耗尽层上，耗尽层中的 电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。因此，注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动；通过 耗尽层的电子和空穴电流为常量-耗尽层中没有载流子的产生 及复 合作用；玻耳兹曼边界条件-即在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳 兹曼统计分布7. 对于非理想情况应做如何修正（着重从物理角度予以说明）？ 测量结果与理论值存在差异的主要原因： 势垒区中载流子的产生与 复合对电流影响；大的注入条件；表面复合；串联电阻效应8. p -

13、n结的接触电势差有无可能超过禁带宽度？为什么？9. 比较不同电阻率的错p-n结及其反向电流的大小。比较电阻率近 似相等的错和硅p- n结，其反向电流的大小。.1. 什么是欧姆接触？实现欧姆接触的方法是什么 ？简要说明其物理原 理。指金属与半导体的接触，其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻， 实现的主要措施是在半导体表面层进行高参杂或引入大量的复合中 心。在不考虑表面态的时候，重掺杂的 pn结可以产生显著的隧道电 流。金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度 很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。 当隧道电流占主导地位

14、 时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。所以，当半导体重 掺杂时，它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触2. 试比较p-n结和肖特基结主要异同点。共同点：由载流子进行电流传导。不同点：p-n结由少数载流子 来进行电流传导；肖特基结的主要传导机制是半导体中多数载流子的 热电子发射越过电势势垒而进入金属中。3. 比较扩散理论和热电子发射理论的异同点，其物理实质有何不同。以N型半导体为例（1）热电子发射理论：当n型阻挡层很薄，以至 于电子平均白由程远大于势垒宽度时，电子在势垒区的碰撞可以忽 略，因此，这时起决定作用的是势垒高度。半导体内部的电子只要有 足够的能量越过势垒的顶点，就可以白由地通

15、过阻挡层进入金属。 同 样，金属中能超越势垒顶的电子也都能到达半导体内。 理论计算可以 得出，这时的总电流密度Jst与外加电压无关，是一个更强烈地依赖 于温度的函数。（2）扩散理论：对于n型阻挡层，当势垒宽度比电子平均白由程大得多时，电子通过势垒区将发生多次碰撞， 这样的 阻挡层称为厚阻挡层。扩散理论正是适用于这样的厚阻挡层。此时， 总电流密度JsD与外加电压有关。4. 何谓热电子？半导体中的电子可以吸收一定能量（如光子、外电场等）而被激发， 处于激发态的电子称为热电子，处于激发态的电子可以向较低的能级 跃迁，如果以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象1. 金属和半导体的功函数是如何定义的？半导体的功函数与那些因 素有关？金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸 出到表面外的真空中所需的最小能量。E。与费米能级之差称为半导体 的功函数。与费米能级，电子的亲和能有关2. 说明金属-半导体接触在什么条件下能形成接触势垒（阻挡层）？ 分析n型和p型形成阻挡层和反阻挡层的条件？所谓阻挡层，在半导体的势垒区，形成的空间电荷区，它主要由正的 电离施主杂质或负的电离受主杂质形成，其多子电子或空穴浓度比体 内小得多，是一个高阻区域，在这个区域能带向上或向下弯曲形成电 子或空穴的阻挡。N型P型Wm>wa阻挡层反阻挡层Wm<Ws反阻挡层