《半导体物理学》习题库说课材料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。半导体物理学习题库-第1章思考题和习题1.300K时硅的晶格常数a=5.43，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？2.综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。3.画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。4.以硅为例，简述半导体能带的形成过程。5.证明本征半导体的本征费米能级Ei位于禁带中央。6.简述迁移率、扩散长度的物理意义。7.室温下硅的有效态密度Nc=2.81019cm-3,T=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温

2、度的变化，求：（a）计算77K、300K、473K3个温度下的本征载流子浓度。（b）300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/Vs和500cm2/Vs，计算本征硅的电阻率是多少？8.某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级EFN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。9.某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级EFP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。10.求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。11.掺有浓度为31016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（

3、a）光注入n=p=31012cm-3的非平衡载流子，是否为小注入？为什么？（b）附加光电导率为多少？（c）画出光注入下的准费米能级EFN和EFP(Ei为参考)的位置示意图。（d）画出平衡下的能带图，标出EC、EV、EFP、Ei能级的位置，在此基础上再画出光注入时，EFP和EFN，并说明偏离EFP的程度是不同的。12.室温下施主杂质浓度ND=41015cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率n=1050cm2/Vs，p=400cm2/Vs,T/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？第2章思考题和习题1简述结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。2画出平衡结，正向结与反向结的能带图，并进

4、行比较。3如图-所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在个区域中的运动情况。4仍如图-为例试分析PN结加反向偏压时，电子与空穴在个区域中的运动情况。5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及少子浓度分布式，并给予比较。6.用平衡PN结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差UD表达式。7简述正反向PN结的电流转换和传输机理。8何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。9写出正、反向电流_电压关系表达式，画出PN结的伏安特性曲线，并解释pN结的整流特性特性。10推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。11推导线性缓变变结空间电荷

5、区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。12什么叫PN结的击穿与击穿电压，简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。13如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？14如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？15如何减小PN结的表面漏电流？16什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容？17什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？提高二极管开关速度的途径有哪些？18以N型硅片为衬底扩硼制备PN结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度ND=11015/cm3，在扩散温度为1180下硼在硅中的扩散系数D=1.510-12cm2/s，扩散时间t=30min，扩散结深Xj=2.7m。试求：扩

6、散层表面杂质浓度Ns？结深处的浓度梯度aj？接触电势差UD？有两个硅结，其中一个结的杂质浓度,;另一个结的，求室温下两个PN结的接触电动势差。并解释为什么杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。计算一硅PN结在300K时的内建电场，。已知硅PN结：，截面积，求理想饱和电流？外加正向电压为时的正向电流密度？电子电流与空穴电流的比值？并给以解释。仍以上题的条件为例，假设计算反向偏压时的产生电流密度。最大电场强度（T=300K）？求反型电压300时的最大电场强度。对于一个浓度梯度为的硅线性缓变结，耗尽层宽度为。计算最大电场强度和结的总电压降。一硅N结，其，面积计算反向偏压分别等于和的么势垒电容、空间

7、电荷区宽度和最大电场强度。计算硅结的击穿电压，其（利用简化式）。在衬底杂质浓度的型硅晶片上进行硼扩散，形成结,硼扩散后的表面浓度结深。试求结深处的浓度梯度，施加反向偏压时的单位面积势垒电容和击穿电压。设计一突变结二极管。其反向电压为，且正向偏压为时的正向电流为。并假设。一硅N结，求击穿时的耗尽层宽度，若区减小到计算击穿电压并进行比较。30.一个理想的硅突变结，求计算、下的内建电场，并画出对温度的关系曲线。用能带图讨论所得结果。求下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。第3章思考题和习题1.画出PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。2.画出正偏置的NPN晶体管载流子输运过程示意图，

8、并解释电流传输和转换机理。3.解释发射效率0和基区输运系数0的物理意义。4.解释晶体管共基极直流电流放大系数，共发射极直流电流放大系数的含义，并写出、0和0的关系式。5.什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？两者在工作原理上有什么不同？6.画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论它们之间的异同。晶体管的反向电流、是如何定义的？写出与之间的关系式并加以讨论。晶体管的反向击穿电压、是如何定义的？写出与之间的关系式，并加以讨论。高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么？描写晶体管的频率参数主要有哪些？它们分别的含义是什么？影响特征频率的因素是什么？如何特征频率？画出晶体管共基极高频等

9、效电路图和共发射极高频等效电路图。大电流时晶体管的、下降的主要原因是什么？简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机理。什么叫晶体管最大耗散功率？它与哪些因素有关？如何减少晶体管热阻？画出晶体管的开关波形，图中注明延迟时间、上升时间、储存时间、下降时间，并解释其物理意义。解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。以硅平面为例，当发射结正偏、集电结反偏状态下，分别说明从发射极进入的电子流，在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中，以什么运动形式（指扩散或漂移）为主。试比较、的相对大小。画出晶体管饱和态时的载流子分布，并简述超量存储电荷的

10、消失过程。21.画出普通晶闸的基本结构图，并简述其基本工作原理。22.有一低频小功率合金晶体管，用N型Ge作基片，其电阻率为1.5cm，用烧铟合金方法制备发射区和集电区，两区掺杂浓度约为31018/cm3，求ro（已知Wb=50，Lne=5）。23.某一对称的P+NP+锗合金管，基区宽度为5，基区杂质浓度为51015cm-3，基区空穴寿命为10（AE=AC=10-3cm2）。计算在UEB=0.26V、UCB=-50V时的基极电流IB？求出上述条件下的0和0（r01）。24.已知均匀基区硅NPN晶体管的0=0.99，BUCBO=150V,Wb=18.7，基区中电子寿命b=1us（若忽略发射结空间

11、电荷区复合和基区表面复合），求0、0、0*和BUCEO（设Dn=35cm2/s).25.已知NPN双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率c=1.2cm，集电区厚度Wc=10，硼扩散表面浓度NBS=51018cm-3，结深Xjc=1.4。求集电极偏置电压分别为25V和2V时产生基区扩展效应的临界电流密度。26.已知P+NP晶体管，其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为51018cm-3、21016cm-3、11015cm-3，基区宽度Wb=1.0，器件截面积为0.2mm2,当发射结上的正向偏压为0.5V，集电结反向偏压为5V时，计算：（1）中性基区宽度？（2）发射结少数载流子浓度？27.对于习题26

12、中的晶体管，少数载流子在发射区、基区、集电区德扩散系数分别为52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s，对应的少数载流寿命分别为10-8s、10-7s、10-6s，求晶体管的各电流分量？28.利用习题26、习题27所得到的结果，求出晶体管的端点电流IE、IC和IB。求出晶体管的发射效率、基区输运系数、共基极电流增益和共发射极电流增益，并讨论如何改善发射效率和基区运输系数？29.判断下列两个晶体管的最大电压的机构是否穿通：晶体管1:BUCBO=105V；BUCEO=96V；BUEBO=9V；BUCES=105V(BUCES为基极发射极短路时的集电极发射极击穿电压)晶体管2：BUCBO=75

13、V；BUCEO=59V；BUEBO=6V。30.已知NPN晶体管共发射极电流增益低频值0=100，在20MHz下测得电流增益|=60。求工作频率上升到400MHz时，下降到多少？计算出该管的和T。31.分别画出NPN晶体管小注入和大注入时基区少子分布图，简述两者的区别于原因。32.硅NPN平面晶体管，其外延厚度为10m，掺杂浓度N=1015.cm-3，计算|UCB|=20V时，产生有效基区扩展效应的临界电流密度。33.晶体管处于饱和状态时IE=IC+IB的关系式是否成立？画出少子的分布与电流传输图，并加以说明。34.对于具有同样几何形状、杂质分布和少子寿命的硅和锗PNP、NPN管，哪一种晶体管

14、的开关速度最快？为什么？35.硅NPN平面管的基区杂质为高斯分布，在发射区表面的受主浓度为1019cm-3，发射结构深度为0.75，集电结结深为1.5，集电区杂质浓度为1015cm-3，试求其最大集电极电流浓度？36.硅晶体管的集电区总厚度为100，面积为10-4cm2，当集电极电压为10V电流为100mA时，其结温与管壳温度之差为几度（忽略其他介质的热阻）？37.硅NPN晶体管的基区平均杂质浓度为51017cm-3，基区宽度为2，发射极条宽为12，=50,如果基区横向压降为kT/q，求发射极最大电流密度。38.在习题37中晶体管的T为800MHz，工作频率为500MHz，如果通过发射极的电流

15、浓度为3000A/cm2，则其发射极有效条宽应为多少？第4章思考题和习题1.试画出UG=0时，P衬底的SiO2栅极的MOS二级管能带图。2.试画出P型衬底的理想MOS二极管不同偏压下对应截流子积累、耗尽及强反型的能带图及电荷分布示意图。3.试画出SiO2Si系统的电荷分布图。4.N沟和P沟MOS场效应晶体管有什么不同？概述其基本工作原理。5.制作N沟增强型MOS管衬底材料的电阻率与制作N沟耗尽型MOS管衬底的电阻率，哪个选的应高一些，为什么？6.MOS场效应晶体管的阈值电压UT值电压受那些因素的影响？其中最重要的是哪个？7.MOS场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区？每个区所对应的工作状态

16、是什么？8.用推导N沟MOS器件漏电流表示式的方法，试推导出P沟MOS器件的漏电流表示式。9.为什么MOS场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和？10.MOS场效应晶体管跨导的物理意义是什么？11.如何提高MOS场效应晶体管的频率特性？12.MOS场效应晶体管的开关特性与什么因素有关？如何提高其开关速度？13.短沟道效应对MOS场效应晶体管特性产生什么影响？14.已知P沟MOS器件的衬底杂质浓度ND=51015cm-3，栅氧化层厚度tOX=100nm，栅电极材料为金属铝，测得器件的值电压Ug=-2.5V。试计算SiO2中的正电荷密度QOX；若加上衬底偏置电压UBS=10V，值电压漂移多少？分别计算

17、UBS为0V、10V时最大耗尽层宽度？15.已知N沟MOS器件的衬底杂质浓度NA=51015cm-3，栅极为金属铝，栅氧化层厚度tOX=150nm，SiO2中的正电荷密度QOX=11022q/cm2（q为电子电荷），试求该管的阈值电压UT？并说明它是耗尽型还是增强型的？16.如果一个MOS场效应晶体管的UT=0V，UGS=4V，IDS=3mA时，MOS管是否工作在饱和区？为什么？17.在掺杂浓度NA=1015cm-3P型Si衬底上制作两个N沟MOS管，其栅SiO2层的厚度分别为100nm和200nm，若UGS-UFB=15V，则为多少时，漏极电流达到饱和？18.已知N沟MOS器件具有下列参数：

18、NA=101cm-3，cm2/.，tOX=10nm，沟道宽度，UT=0V。试计算UGS=4V时的跨导；若已知QOX=51010C/cm2，试计算UGS=4V，UDS=10A时的器件的饱和漏电导gDsat；试计算器件的截止频率fT？19.已知N沟MOS器件NA=101cm-3，tOX=150nm，试计算UGS=0V时，器件的漏源击穿电压，并解释击穿受什么限制。20.定性说明在什么情况下MOS场效应晶体管会出现短沟道效应?第5章半导体器件制备技术1.硅的晶格常数为5.43，假设硅原子为一硬球模型，试计算硅原子的半径和确定硅原子的浓度为多少？2.用于柴可拉斯基法的籽晶，通常先拉成一小直径（5.5mm）的狭窄颈以作为无位错生长的开始，如果硅的临界屈服度为2106g/cm2，试计算此籽晶可以支撑的200mm直径单晶锭的最大长度。3.在利用柴可拉斯基法锁生长的晶体中掺入硼原子，为何在尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高？4.简述热氧化形成SiO2的机理和制备SiO2的方法？5.试比较湿法化学腐蚀和干法刻蚀的优缺点。6.假设测得的磷扩散分布可以用高斯函数表示，其扩散系数D=2.310-13cm/s，测出的表面浓度是11018cm-3，