半导体物理复习

1、半导体物理学复习一：基本概念1. 离子晶体，共价晶体离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。共价晶体：由共价键结合而成的晶体叫共价晶体。补充：晶体的分类（按原子结合力的性质分）离子晶体：正负离子交替排列在晶格格点上，靠离子键结合成。原子晶体：晶格格点上交替排列的是原子， 依靠共价键结合而成。分子晶体：占据晶格中格点位置的是分子，依靠范德瓦耳斯力结合而成。金属晶体：晶格格点上排列着失去价电子的离子实，依靠金属键结合而成。2. 布喇菲点阵（七大晶系，14种点阵）布喇菲点阵（格子）：实际晶体中，在基元上取一个等同点，这些点在空间中的分布反映了基元在空间的排列结构，这些等同点在空间规则

2、分布称为布喇菲点阵。（晶体中空间等同点的集合）补充：立方晶系：简立方(cP)、体心立方(cI)和面心立方(cF六方晶系：简六方(hP)四方晶系：简四方(tP)和体心四方(tI)三方晶系：有简六方(hP)和R心六方(hR)正交晶系：简正交(oP)、C心正交(oC)、体心正交(oI)和面心正交(oF)单斜晶系：有简单斜(mP)和C心单斜(mC三斜晶系：简三斜(aP3. 原胞，晶胞原胞：构成布拉菲点阵的最小平行六面体，格点只能在顶点。晶胞：反映布拉菲点阵对称性的前提下，构成布拉菲点阵的平行六面体。除顶点上外，内部和表面也可以包含格点。4. 施（受）主杂质，施（受）主电离能施主杂质：杂质在硅、锗等半导

3、体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。施主电离能：多余的一个价电子脱离施主杂质而成为自由电子所需要的能量。受主杂质：杂质在硅，锗等半导体中能接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心。受主电离能：使空穴挣脱受主杂质成为导电空穴所需要的能量。5. 量子态密度，状态密度，有效状态密度量子态密度：k空间单位体积内具有的量子态数目。状态密度：能量E附近单位能量间隔内的量子态数。有效状态密度：6. 深（浅）杂质能级深杂质能级：若杂质提供的施主能级距离导带底较远；或提供的受主能能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。浅杂质能级：通常情况下，半导体中些施主能级距离导带底

4、较近；或受主能能级距离价带顶较近。这种能级称为浅能级，对应的杂质称为浅能级杂质。7. 空穴空穴：把满带中的空状态假想为的一个带正电的“粒子”。8. 有效质量有效质量：将晶体中电子的加速度与外加的作用力联系起来，并且包含了晶体中的内力作用效果。补充：有效质量的意义：有效质量概括了晶体中电子的惯性质量以及晶体周期势场对电子的作用。 引入有效质量后，晶体中电子所受的外力与加速度的关系与牛顿第二定律类似，只用用有效质量代替惯性质量即可。决定有效质量大小的因素：有效质量与电子所处的状态及能带结构有关;有效质量反比于能谱曲线的曲率；有效质量在能带底附近为正值，能带顶附近为负值;有效质量各向异性: 一般地,

5、沿晶体不同方向的有效质量不同。只有当等能面是球面时，有效质量各向同性。9. 理想半导体（实际半导体）理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷,也没有晶格振动和电子间的相互碰撞（四ppt25）补充：理想的半导体的电阻为零:实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？ 答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。 （2）理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。 （3）理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。实际晶体是不完整性，杂质、缺陷、晶格热振动将对电子产生散射，使电子重新趋

6、于对称分布，电流变为零，即存在电阻。10. 直接（间接）复合直接复合：电子在导带和价带之间直接跃迁而产生复合间接复合：电子和空穴通过禁带的能级进行复合11. 复合率，产生率载流子复合率：单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。载流子的产生率：单位时间单位体积内产生的电子-空穴对数。12. 陷阱，陷阱中心陷阱效应：杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。电子陷阱：能收容电子的杂质或缺陷能级。空穴陷阱：能收容空穴的杂质或缺陷能级。13. 平衡态，非

7、平衡态，稳定态平衡态：半导体中载流子浓度不随时间变化且满足非平衡态：当半导体受到外界作用(如：光照等)后, 载流子分布将与平衡态相偏离, 此时的半导体状态称为非平衡态。此时载流子浓度不满足稳定态：当半导体受到的外界作用稳定一定时间后, 载流子浓度将不随时间变化, 此时的半导体的状态称为稳定态。此时载流子浓度也不满足：14. 费米能级，准费米能级准费米能级：由于同一能带内，电子的跃迁非常迅速和频繁，因此，即使在非平衡状态下，导带中的电子和价带中的电子分布仍满足费米分布，即各自处于热平衡态-准平衡态。 此时导带上的电子和价带上的电子有各自的费米能级-准费米能级补充：费米分布函数是用来描述同一量子态

8、系统中平衡状态下的电子按能级的分布的,也即只有平衡状态下才可能有“费米能级”.费米能级不是一个真正存在的能级。它只是用于衡量一个系统的能级水平。15. 绝缘体，半导体，能带结构绝缘体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，且禁带宽度较大。半导体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。能带结构：原子的价电子，在晶体中成为共有化电子，产生能级分裂而形成的带状结构。能带结构决定了很多物体的基本特性，如电导性、磁学特性、光学特性、光电特性、晶格常数和弹性等补充：导体：有未被填满的价带。16. 扩散系数，扩散长度补充：扩散系数反映载流子在有浓度梯度时运动的难易程度迁移率反映载

9、流子在外电场作用下运动的难易程度扩散长度的意义:非平衡少数载流子在边扩散边复合的过程中，其浓度减少到原值的1/e时扩散走过的距离。也表示非平衡载流子深入半导体的平均深度.扩散长度由扩散系数和材料的寿命所决定. 通常材料的扩散系数已有标准数据,因此扩散长度作为寿命测量的方法之一.扩散流密度：在浓度梯度方向单位时间内通过单位面积的非平衡载流子数17. 散射几率散射几率(Pi):描述散射的强弱，它表示单位时间内一个载流子受到散射的次数。18. 迁移率补充迁移率是半导体材料的重要参数，它表示电子或空穴在外电场作用下作漂移运动的难易程度。（四章ppt35）物理意义：表示在单位场强下电子或空穴所获得的平均

10、漂移速度大小，单位为m2/V·s或cm2/ V·s 19. 复合中心，表面复合复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷。表面复合：在半导体表面发生的复合过程补充：表面复合机理: 表面越粗糙,表面包含的杂质或缺陷越多, 它们在禁带中形成复合中心能级(表面电子能级), 促进间接复合.表面越粗糙,载流子寿命越短.20. 简并，非简并补充：低掺杂半导体中，载流子统计分布通常遵顺玻耳兹曼统计分布。这种电子系统称为非简并性系统。高掺杂半导体，载流子服从费米统计，这样的电子系统称为简并性系统二：判断题1，量子态定义单位E间隔内状态数（错）解析：量子态：一个微观粒子允许的状态。对费米子来说，一个

11、量子态只能容纳一个粒子。状态密度：能带中能量E附近，单位能量间隔内的量子态数p582，电子和空穴的移动都能形成电流（对）3，理想半导体电阻率=0（对）理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷,也没有晶格振动和电子间的相互碰撞（四ppt25）理想的半导体的电阻为零:4，T不变，电离杂质浓度越高，迁移率u越小（对）5，电离杂质浓度不变，T越高，迁移率u越高（错）当杂质浓度较高时(大于1019cm3)，低温区，电离散射为主，因此温度升高 ，迁移率有所上升。高温区，声学波散射作用变显著，迁移率随温度升高而下降。（四章ppt80）6，绝缘体的Eg大于半导体的Eg（对）绝缘体：价带全部被电子填满，禁带上面

12、的导带是空带，且禁带宽度较大。半导体：价带全部被电子填满，禁带上面的导带是空带，但禁带宽度相对较小。7，平衡态的n，p与T无关（错）平衡态：半导体中载流子浓度不随时间变化且满足，本证载流子浓度是Ni的函数。8，n，p与T无关时，处于平衡态（错）9，有效状态密度与T无关 （错）导带的有效状态密度是温度的函数（三章ppt36）10，能收容非平衡载流子的缺陷或杂质能级为陷阱中心（错）陷阱效应：杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。电子陷阱：能收容电子

13、的杂质或缺陷能级。空穴陷阱：能收容空穴的杂质或缺陷能级。11，处于非平衡状态时，导带上的电子随能级分布仍服从f(E)（对） 由于同一能带内，电子的跃迁非常迅速和频繁，因此，即使在非平衡状态下，导带中的电子和价带中的电子分布仍满足费米分布，即各自处于热平衡态-准平衡态。 此时导带上的电子和价带上的电子有各自的费米能级-准费米能级（五章ppt16）12，基元是实际晶体的最小重复单元（对）基元：实际晶体都包含一个最小的重复单元，整个晶体可以看作是这个重复单元在空间的平衡堆积形成。这个最小的重复单元称谓基元。13，靠近价带顶的杂质能级是深杂质能级 （错）深杂质能级：若杂质提供的施主能级距离导带底较远；

14、或提供的受主能能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。浅杂质能级：通常情况下，半导体中些施主能级距离导带底较近；或受主能能级距离价带顶较近。这种能级称为浅能级，对应的杂质称为浅能级杂质。14，表面复合是间接复合 （对）表面复合机理: 表面越粗糙,表面包含的杂质或缺陷越多, 它们在禁带中形成复合中心能级(表面电子能级), 促进间接复合.间接复合：电子和空穴通过禁带的能级进行复合15，对同一个布拉菲点阵，原胞体积不会超过晶胞体积 （对）原胞：构成布拉菲点阵的最小平行六面体，格点只能在顶点。晶胞：反映布拉菲点阵对称性的前提下，构成布拉菲点阵的平行六面体。除顶点上外，内部和表

15、面也可以包含格点。16，半导体共价键上的电子就是价带上的电子（错）未电离的施主或受主杂质上也有共价键，但上面的电子不是价带上的电子而是杂质能级上的电子17，杂质既可以成为复合中心，也可以成为陷阱中心（对）复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷。陷阱和陷阱中心：有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。18，同一半导体，电子的扩散系数Dn与迁移率相关，与空穴Dp无直接关系（对）19，电子的有效质量与电子的能带结构有关 （对）决定有效质量大小的因素有效质量与电子所处的状态及能带结构有关;有效质量反比于能谱曲线的曲率；有

16、效质量在能带底附近为正值，能带顶附近为负值;有效质量各向异性: 一般地,沿晶体不同方向的有效质量不同。只有当等能面是球面时，有效质量各向同性。20，空穴的有效质量小于0（错）空穴具有正的有效质量21，同一半导体中，空穴有效质量与电子有效质量相等 （错）在价带顶部，电子的有效质量是负值，空穴的有效质量为正值22，费米分布函数不为0的能量，一定有电子占领 （错）23,半导体的费米能级只能处于禁带中 （错）24，禁带宽度与浓度无关 （错）简并半导体中，杂质能级扩展为能带并进入导带中与导带相连，形成新的简并导带，使能带边缘延伸，导致禁带宽度变窄（三章P132）25,周期性势场中运动的电子，其能量是波矢

17、的周期函数 （对）因此在K空间中电子的能量是波矢的周期函数，周期是倒格子空间的基矢（二章ppt28）26,半导体晶格震动的长波对电子的散射比短波更显著 （对）根据准动量守恒，声子动量应和电子动量具同数量级，即格波波长范围也应是10-8m晶体中原子间距数量级为10-10m,因此起主要散射作用的是波长在几十个原子间距的长波。 （四章ppt45）27，同一半导体中，电子的准费米能级与空穴的准费米能级之差反映半导体偏离平衡态的程度 （对）P132第二段28，一般来说，非平衡少子对半导体的应用有意义 （对）P128倒数第二段29，净复合率即为非平衡载流子的复合率 （对）载流子复合率：R=单位时间单位体积

18、内复合掉的电子-空穴对数。载流子的产生率：G=单位时间单位体积内产生的电子-空穴对数。（五章ppt3）非平衡载流子净复合率U=电子俘获率(甲)-电子发射率(乙)=空穴俘获率(丙)-空穴发射率(丁) （五章ppt57）撤销非平衡条件后,通过直接复合的产生的载流子的净复合率:(五章ppt41)一、名词解释（本大题共5题 每题4分，共20分）1. 直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。2.本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体，它的电子和空穴数量相同。3简并半导体：半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导体称为简并半导体。过剩载流子

19、：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下，半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子n=n-n0和空穴p=p-p0称为过剩载流子。4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用，使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后，可以很方便的解决电子的运动规律。5. 等电子复合中心等电子复合中心：在III- V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别，中性杂质原子可以束缚电子

20、或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。二、选择题（本大题共5题 每题3分，共15分）1对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ）A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比2有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲含铝1×10-15cm-3 乙.含硼和磷各1×10-17cm-3 丙.含镓1×10-17cm-3 室温下，这些样品的电子迁移率由高到低的顺序是（C ）甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙

21、3有效复合中心的能级必靠近( A )A. 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级4当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿命正比于（C ）A.1/n0 B.1/n C.1/p0 D.1/p5半导体中载流子的扩散系数决定于其中的( A )A.散射机构 B. 复合机构C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度6以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是（ D ）A. Si B. Ge C. GaAs D. GaN三、简答题（20分）1请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的pn结中载流子的运动情况，写出其电流密度方程，请解释为什么pn结具有单向导电性？ （10分）解：在p-n结两

22、端加正向偏压VF, VF基本全落在势垒区上，由于正向偏压产生的电场与内建电场方向相反，势垒区的电场强度减弱，势垒高度由平衡时的qVD下降到q(VD-VF)，耗尽区变窄，因而扩散电流大于漂移电流，产生正向注入。过剩电子在p区边界的结累，使xTp处的电子浓度由热平衡值n0p上升并向p区内部扩散，经过一个扩散长度Ln后，又基本恢复到n0p。在-xTp处电子浓度为n(-xTp)，同理，空穴向n区注入时，在n区一侧xTn处的空穴浓度上升到p(xTn)，经Lp后，恢复到p0n。反向电压VR在势垒区产生的电场与内建电场方向一致，因而势垒区的电场增强，空间电荷数量增加，势垒区变宽，势垒高度由qVD增高到q(V

23、D+VR).势垒区电场增强增强，破坏了原来载流子扩散运动和漂移运动的平衡，漂移运动大于扩散运动。这时，在区边界处的空穴被势垒区电场逐向p区，p区边界的电子被逐向n区。当这些少数载流子被电场驱走后，内部少子就来补充，形成了反向偏压下的空穴扩散电流和电子扩散电流。 （6分） ?qV电流密度方程：jD?js?exp?kBT?1? （2分） ?正向偏置时随偏置电压指数上升，反向偏压时，反向扩散电流与V无关，它正比于少子浓度，数值是很小的，因此可以认为是单向导电。 （2分）一、选择填空（含多选题）（18分）1、重空穴是指（ C ）A、质量较大的原子组成的半导体中的空穴B、价带顶附近曲率较大的等能面上的空

24、穴C、价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴D、自旋轨道耦合分裂出来的能带上的空穴2、硅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3、电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（ C ）。A、各处出现的几率相同 B、各处的相位相同C、各元胞对应点出现的几率相同 D、各元胞对应点的相位相同4、本征半导体是指（ A ）的半导体。A、不含杂质与缺陷； B、电子密度与空穴密度相等；C、电阻率最高； C、电子密度与本征载流子密度相等。5、简并半导体是指（ A ）的半导体A、(EC-EF)或(EF-EV)0 B

25、、(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6、当Au掺入Si中时，它引入的杂质能级是（ A ）能级，在半导体中起的是（ C ）的作用；当B掺入Si中时，它引入的杂质能级是（ B ）能级，在半导体中起的是（ D ）的作用。A、施主 B、受主 C、深 D、浅 7、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-38、3个硅样品的掺杂情况

26、如下：甲含镓1×1017cm-3；乙.含硼和磷各1×1017cm-3；丙.含铝1×1015cm-3这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以EV为基准）的顺序是( B )A.甲乙丙； B.甲丙乙； C.乙丙甲； D.丙甲乙9、以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率n与温度的（ B ）。A、平方成正比； B、3/2次方成反比；C、平方成反比； D、1/2次方成正比；10、公式中的是载流子的（ C ）。A、散射时间； B 、寿命；C、平均自由时间； C、扩散系数。11、对大注入下的直接复合，非子寿命与平衡载流子浓度（ A ）A. 无关； B. 成正比； C. 成反比；

27、 D. 的平方成反比12、欧姆接触是指（ D ）的金属半导体接触。A、Wms=0 B、Wms0C、Wms0 D、阻值较小并且有对称而线性的伏安特性13、在MIS结构的金属栅极和半导体上加一变化的电压，在栅极电压由负值增加到足够大的正值的的过程中，如半导体为P型，则在半导体的接触面上依次出现的状态为（ B ）。A.少数载流子反型状态，多数载流子耗尽状态，多数载流子堆积状态B.多数载流子堆积状态，多数载流子耗尽状态，少数载流子反型状态C.多数载流子耗尽状态，多数载流子堆积状态，少数载流子反型状态D.少数载流子反型状态，多数载流子堆积状态，多数载流子耗尽状态14、MOS器件绝缘层中的可动电荷是（ C

28、 ）A电子； B. 空穴；C. 钠离子；D. 硅离子。 二、证明题：（8分）试用一维非均匀掺杂（掺杂浓度随x的增加而下降），非简并p型半导体模型导出爱因斯坦关系式：证明：由于掺杂浓度不均匀，电离后空穴浓度也不均匀，形成扩散电流：空穴向右扩散的结果，使得左边带负电，右边带正电，形成反x方向的自建电场E, 产生漂移电流：稳定时两者之和为零，即：而，有电场存在时，在各处产生附加势能qV(x)，使得能带发生倾斜。在x处的价带顶为：EV(x)=EV-qV(x)，则x处的空穴浓度为：则： 故：三、简答题（28分）1、 试说明浅能级杂质和深能级杂质的物理意义及特点？（4分）答：物理意义：在纯净的半导体中，掺

29、入少量的其它元素杂质，对半导体的性能影响很大。由于杂质的存在，使得该处的周期性势场受到扰乱，因而杂质的电子不能处于正常的导带或价带中，而是在禁带中引入分裂能级，即杂质能级。根据杂质能级在禁带中的位置不同，分为深能级杂质和浅能级杂质。又根据杂质电离后施放的电子还是空穴，分为施主和受主两类。（2分）特点：对于浅能级杂质，施主或受主能级离导带底或价带顶很近，电离能很小，在常温下，杂质基本全部电离，使得导带或价带增加电子或空穴，它的重要作用是改变半导体的导电类型和调节半导体的导电能力。对于深能级杂质，能级较深，电离能很大，对半导体的载流子浓度和导电类型没有显著的影响，但能提供有效的复合中心，可用于高速

30、开关器件。（2分）2、 什么样的金半接触具有整流效应（考虑在n型和p型的情况）？(5分)答：能形成阻挡层的金半接触才具有整流效应。（1分）即金属和n型半导体接触时，若金属的功函数大于半导体的功函数，在半导体表面形成一个正的空间电荷区能带向上弯，是电子的势垒区，电子浓度比体内小得多，是个高阻区；（2分）或者金属和p半导体接触时，若金属的功函数小半导体的功函数，在半导体表面形成负的空间电荷区，能带向下弯，是空穴的势垒区，空穴浓度比体内小得多，也是个高阻区。这样的接触具有整流效应。（2分）3、什么是扩散长度、牵引长度？它们各由哪些因素决定？（4分）答：扩散长度指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样

31、品的平均距离，它由扩散系数和材料的非平衡载流子的寿命决定，即。（2分）牵引长度是指非平衡载流子在电场E的作用下，在寿命时间内所漂移的距离，即，由电场、迁移率和寿命决定。（2分）4、什么是复合中心、陷阱中心和等电子复合中心？（6分）答：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定的能级，对非平衡载流子的寿命有很大影响。杂质和缺陷越多，寿命越短，杂质和缺陷有促进复合的作用，把促进复合的杂质和缺陷称为复合中心。（2分）半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，这些能级具有收容部分非平衡载流子的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。把产生显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。（2分）等

32、电子复合中心：在族化合物半导体中掺入一定量的与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子和主原子之间电负性的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心，带电中心会吸引和被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫等电子复合中心。（2分）5、在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为：，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意义。（5分）答：在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（1分）由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分）由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分）由于复合，单位时间、单位体积

33、中空穴的消失数；（1分）由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。（1分）6以中等掺杂n型硅为例定性阐述电阻率随温度T变化的三个阶段的特点。 C D A B T答：设半导体为n型，有 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；（1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；（1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；（1分）四、计算题 （8分）有一硅样品在温度为300k时，施主与受主的浓度

34、差ND-NA=1014cm-3,设杂质全部电离，已知该温度下导带底的有效状态密度NC=2.9×1019cm-3，硅的本征载流子浓度ni=1.5×1010cm-3,求样品的费米能级位于哪里？（8分）解：由电中性条件可得: （1分）由题意可知，ni=1.5×1010cm-3, ND-NA=1014cm-3故有：，可忽略p0, 所以 （1分）导带电子浓度为： （2分）所以， （3分）样品的费米能级位于导带底Ec下方0.327eV。（1分）五、分析判断题：（8分）采用理想结构的C-V特性曲线和给出的电荷块图,填写下表。对于表中命名的每一个偏置条件，采用字母（a-g）标出相

35、应的偏置点或理想MOS电容C-V特性曲线上的点，同样采用数字（1-5）标出与每个偏置条件相关的电荷块图。偏置条件电容（a-g）电荷块图（1-5）积累g3耗尽e1反型a4平带f2第电子科技大学二零 一零 至二零 一一 学年第 一 学期期 末 考试1对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ）A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比2有3个硅样品，其掺杂情况分别是：1 含铝1×10-15cm-3 乙.含硼和磷各1×10-17cm-3 丙.含镓1×10-17cm-3室温下，这些样品的电阻

36、率由高到低的顺序是（C ）A. 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙3题2中样品的电子迁移率由高到低的顺序是（ B ）4 题2中费米能级由高到低的顺序是（ C ）5. 欧姆接触是指（ D ）的金属一半导体接触A. Wms = 0 B. Wms < 0C. Wms > 0 D. 阻值较小且具有对称而线性的伏安特性 6有效复合中心的能级必靠近( A )A. 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级 7当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿命正比于（C ）A.1/n0 B.1/n C.1/p0 D.1/p8半导体中载流子的扩散系数决定于其中的(

37、A )A.散射机构 B. 复合机构 C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度9MOS 器件绝缘层中的可动电荷是（ C ）A. 电子 B. 空穴 C. 钠离子 D. 硅离子10以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是（ D ）A. Si B. Ge C. GaAs D. GaN得 分 二、解释并区别下列术语的物理意义（30 分，7+7+8+8，共4 题）1. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量（7 分）答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用，使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后，可以很方便的解

38、决电子的运动规律。(3分) 纵向有效质量、横向有效质量：由于k空间等能面是椭球面，有效质量各向异性，在回旋共振实验中，当磁感应强度相对晶轴有不同取向时，可以得到为数不等的吸收峰。我们引入纵向有效质量跟横向有效质量表示旋转椭球等能面纵向有效质量和横向有效质量。(4分)2. 扩散长度、牵引长度与德拜长度（7 分）答：扩散长度：指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离。由扩散系数和材料非平衡载流子的寿命决定，即L = D。(2分) 牵引长度：指的是非平衡载流子在电场作用下，在寿命 时间内所漂移的距离，即L() = (2分) 德拜长度：它是徳拜在研究电解质表面极化层时提出的理论上的长度，用

39、来描写正离子的电场所能影响到电子的最远距离。对于半导体，表面空间电荷层厚度随衬底掺杂浓度介电常数、表面电势等多种因素而改变，但其厚度的数量级用一个特称长度德拜长度LD表示。(3分)3. 费米能级、化学势与电子亲和能（8 分）答：费米能级与化学势：费米能级表示等系统处于热平衡状态，也不对外做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势。处于热平衡的系统有统一的化学势。这时的化学势等于系统的费米能级。费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高，说明较多的能量较高的量子态上有电子。随之温度升高，电子占据能量小于

40、费米能级的量子态的几率下降，而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。(6分)电子亲和能：表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需的的最小能量。(2分)4. 复合中心、陷阱中心与等电子复合中心（8 分）答：复合中心：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定的能级，这些能级具有收容部分非平衡载流子的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。把产生显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。(4分)等电子复合中心：在III- V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别，中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中

41、心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子，形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。(4分)得 分三、 问答题（共20分，1010，共二题） 1. 如金属和一p型半导体形成金属半导体接触，请简述在什么条件下，形成的哪两种不同电学特性的接触，说明半导体表面的能带情况，并画出对应的I-V曲线。（忽略表面态的影响）（10分）答：在金属和p型半导体接触时，如金属的功函数为Wm, 半导体的功函数为Ws。当WmWs时，在半导体表面形成阻挡层接触，是个高阻区，能带向下弯曲；（3分）当WmWs时，在半导体表面形成反阻挡层接触，是个高电导区，能带向上弯曲；（3分）对应的 I-V曲线分别为：VI VI（2分） （2分）2.在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为：，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意义。（10分）答：在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（2分）由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（2分）由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（2分）由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（2分）由于其他原因，单位时间、单位体