2023年半导体物理试卷A卷答案

2/92023-A半导体物理课程考试题A卷〔120分钟〕考试形式：闭卷 考试日期2023年元月18日课程成绩构成：寻常10 分；期中 5 分；试验 15 分；期末 70 分一一二三四五六七八九十合计 复核人签名得分签名A.不含杂质和缺陷得分一、选择题〔共25分；共25题；每题1分〕1、本征半导体是指〔 A.不含杂质和缺陷得分B.电阻率最高C.电子密度和空穴密度相等D.电子密度与本征载流子密度相等2、假设一半导体的导带中觉察电子的几率为零；那么该半导体必定〔 D 〕.A.不含施主杂质B.不含受主杂质C.不含任何杂质D.处于确定零度3、对于只含一种杂质的非简并n型半导体；费米能级EF随温度上升而〔 D 〕.A.单调上升 B.单调下降C.经过一个微小值趋近Ei D.经过一个极大值趋近Ei4、如某材料电阻率随温度上升而先下降后上升；该材料为〔 C 〕.A.金属 B.本征半导体C.掺杂半导体 D.高纯化合物半导体5、公式q/m*中的是半导体载流子的〔 C 〕.A.迁移时间 B.寿命C.平均自由时间 D.集中时间6、下面状况下的材料中；室温时功函数最大的是〔 A 〕A.含硼1×1015cm-3的硅 B.含磷1×1016cm-3的硅C.含硼1×1015cm-3；磷1×1016cm-3的硅 D.纯洁的硅Si1×1014cm-31.1×1015cm-3的磷；则电子浓度约为〔B；空穴浓度为〔D；费米能级为〔G.将该半导体由室温度570；则多子浓度约为〔F；少子浓度为〔F；费米能级为〔I.〔：室温下；ni≈1.5×1010cm-3；570K时；ni≈2×1017cm-3〕A、1×1014cm-3B、1×1015cm-3C、1.1×1015cm-3D、2.25×105cm-3E、1.2×1015cm-3F、2×1017cm-3EiEi88〔D 〔C〕四周；常见的是〔E〕陷阱.A、EA B、ED C、EFD、Ei E、少子 F、多子9MIS构造的外表发生强反型时；其外表的导电类型与体材料的〔B杂浓度；其开启电压将〔C〕.A、一样 同C、增加 、削减10、对大注入条件下；在确定的温度下；非平衡载流子的寿命与〔D 〕.A、平衡载流子浓度成正比 、非平衡载流子浓度成正比C、平衡载流子浓度成反比 衡载流子浓度成反比半导体材料的特性；如一种半导体材料的霍尔系数为负值；该材料通常是〔A 〕A、n型 B、p型 C、本征型 D、高度补偿型12、如在半导体中以长声学波为主要散射机构是；电子的迁移率 与温度的〔B 〕.nA、平方成正比 B、3次方成反比2C、平方成反比 D 3、 次方成正比213MOS器件时通常选择硅单晶的方向为〔〔A 〕.A【100】 B【111】 C【110】 14、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)≥0CD、导带底和价带顶能容纳多个状态一样的电子15、在硅基MOS器件中；硅衬底和SiO2界面处的固定电荷是〔B；它的存在使得半体外表的能带〔C ；在C-V曲线上造成平带电压〔F〕偏移.A、钠离子 B、过剩的硅离子 C、向下 E、向正向电压方向；F、向负向电压方向得分二、填空题〔得分二、填空题〔15分；共151分〕1、硅的导带微小值位于布里渊区的＜100＞方向上；依据晶体的对称性共有6个等价能谷.2nEc(上)Ei(下)移动.3、对于导带为多能谷的半导体；如3、对于导带为多能谷的半导体；如GaAs；当能量适当高的子能谷的曲率较小时；有可能观看导负微分电导现象；这是由于这种子能谷中的电子的有效质量较能观看导负微分电导现象；这是由于这种子能谷中的电子的有效质量较大.4、复合中心的作用是促进电子和空穴的复合；起有效的复合中心的杂质能级必需位于Ei〔禁带中线；并且对电子和空穴的俘获系数r和r必需满足 r＝r.得分n p n p得分5、热平衡条件下；半导体中同时含有一种施主杂质和一种受主杂质状况下的电中性条件是6、金半接触时；常用的形成欧姆接触的方法有＿和＿反阻挡层＿p+n+=n+p6、金半接触时；常用的形成欧姆接触的方法有＿和＿反阻挡层0 D 0 A7、MIS＿相反〔一样或相反；假设增加掺杂浓度；其开启电压将＿增加〔增加或减小.8、在半导体中；假设温度上升；则考虑对载流子的散射作用时；电离杂质散射概率减小和晶格振动散射概率增大 .三、问答题〔25分；共四题；6分＋6分＋6分＋7分〕1、在本征半导体中进展有意掺杂各种元素可转变材料的电学性能.请解释什么是浅能级杂级杂质；它们分别影响半导体哪些主要性质；什么是杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 〔此题6分〕答：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质.它们电离后将成为带正电〔电离施主〕或带负电〔电离受主〕的离子；并同时向导带供给电子或向价带供给空穴.它可有效地提高半导体的导电力气.掺杂半导体又分为n型半导体和p.2分深能级杂质是指杂质所在的能级位置在禁带中远离导带或价带；在常温下很难电离；不能对导带的电子或价带的空穴的浓度有所奉献；但它可以供给有效的复合中心；在光电子开关器件中有所应用.〔2分〕当半导体中既有施主又有受主时；施主和受主将先相互抵消；剩余的杂质最终电离；这就是杂质补偿.〔1分〕利用杂质补偿效应；可以依据需要转变半导体中某个区域的导电类型；制造各种器件.〔1分〕2、什么是集中长度、牵引长度和德拜长度；它们由哪些因素打算？.〔6分〕答：集中长度指的是非平衡载流子在复合前所能集中深入样品的平均距离；它由集中系数D和材料的非平衡载流子的寿命打算；即L .〔2D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L(E)E；由电场、迁移率和寿命打算.〔2分〕德拜长度是德拜争论电介质外表极化层时提出的理论的长度；用来描写正离子的电场所能影响到电子的最远距离.德拜长度是德拜争论电介质外表极化层时提出的理论的长度；用来描写正离子的电场所能影响到电子的最远距离.在半导体中；外表空间电荷层厚度随掺杂浓度、介电常数和外表势LD表示.它主要由掺杂浓度打算.掺杂大；LD小.〔2分〕3、试说明半导体中电子有效质量的意义和性质；并说明能带底和能带顶、内层电子和外层电子的有效质量的各自特点. 〔此题6分〕.在争论晶体中的电子在外力的作用下的运动规律时；只要将内部周期性势场的简洁作用包含在引入的有效质量中；并用它来代替惯性质量；就可以便利地承受经典力学定律来描写.由于晶体的各向异性；有效质量和惯性质量不一样；它是各向异性的.(2分)在能带底四周；由于2Ek2

为正；电子有效质量大于0；(1分)在能带顶部四周；由于2Ek2

为负；电子有效质量小于0.(1分)内层电子形成的能带窄；E～k曲线的曲率小；2E内层电子形成的能带窄；E～k曲线的曲率小；2Ek2外层电子形成的能带宽；E～k曲线的曲率大；2E外层电子形成的能带宽；E～k曲线的曲率大；2Ek2叫复合中心？何谓间接复合过程？有哪四个微观过程？试说明每个微观过程和哪些参数有关. 〔此题7分〕分〕〔1分〕四个微观过程：俘获电子；放射电子；俘获空穴；放射空穴〔1分俘获电子：和导带电子浓度和空穴复合中心浓度有关. 〔1分〕放射电子：和复合中心能级上的电子浓度. 〔1分〕俘获空穴：和复合中心能级上的电子浓度和价带空穴浓度有关. 〔1分〕放射空穴：和空的复合中心浓度有关. 〔1分〕得分四、计算题〔35分；7＋10＋8＋104题〕得分1、⑴计算本征硅在室温时的电阻率；⑵但掺入百万分之一的砷(As)后；如杂质全部电离；计算其电导率比本征硅的电导率增大多少倍. 〔此题7分〕〔电子和空穴的迁移率分别为 子密度为5×1022cm-3.〕解〔1〕nq(i i

)p1.510101.61019(1350500)i4.44106(S/cm)〔2〕ND=5×1022×10-6=5×1016(cm-3)

〔3分〕离；所以n0=ND. 〔1分〕无视少子空穴对电导率的奉献；所以：nq0 n510161.610198506.8(S/cm) 6.8 1.53106 4.44106i即电导率增大了153万倍. 〔3分〕命 10s.如在其外表处稳定地注入的电子浓度为n(0)71012cm3.试计算在离开外表n多远地方；由外表集中到该处的非平衡载流子的电流密度为1.20mA/cm2.〔外表复合无视不计〕计〕.〔0=1.8×10-/K〕,q=1.610-19C；k0T=0.026eV)解：由爱因斯坦关系可得到室温下电子的集中系数：

〔10分〕kT 0.026eVD on

1200cm2/V.S31.2104m2/s (2分)n e电子的集中长度L D 31.2104101061.76104(m)(2分)nnn(()(0)nxn exLnS(x)Dn

dn(x)dx

；其中

(2分)

qDn(0) xn Lnxn

(2分)n LnL

qDn(0)ln n (1分)n JLn把n(0)71012cm3J1.20mA/cm2Ln

1.76104m；以及Dn的值代入上式；1.6101931.210471018得到：x1.76104ln 8.7105(m) (1分) 1.76101412 3、由金属－SiO2-PMOSns导体内部多数载流子浓度pp0相等时作为临界强反型条件. 〔此题8分〕试证明临界强反型时；半导体的外表势为： (5分)2kT N

EEV 2Vs B

0 lnq

A, 其中V i FB qi反型时半导体的能带图；标明相关符号；并把反型、耗尽、中性区各局部用竖线分开；并用文字指明. (3分)1〕V；则外表处的电子浓度为：n nn nsp0qVsek0T in2qVspekTop0在临界强反型状况下；有ns=pp0,即p 2p0

qVsn2ek0T；或 p ni p0

qVse2k0T 〔1分〕p p NeEFEvkTp0v0neiEEi FkTneiqVBkT00所以；比较以上两个式子；可得到：Vs=2VB

〔1分〕2kT N

〔2分〕Vs2V 0 ln AB q ni(2)EcEiqVB qVB EFEv① ② ③在上图中；①为反型区；②为耗尽区；③为中性区〔3分〕4、用n4、用n型硅单晶片作为衬底；金属铝做上电极制成MOS二极管.n-Si的功函数Ws为4.30eV；AlWAL4.20eV；铝电极的面积A=1.6×10-7m2.150℃下；进展温度－B-TC-V曲〔1〕和〔2〕. 8.851012F/m, 3.9 〔10分〕0 r求〔1〕氧化物SiO2层的厚度； 〔2分〕界面处的正电荷密度； 〔4分〕SiO2中的可移动离子的面密度. 〔4分〕C(pF)C(pF)C022(2)(1)Cmin8.16G〔1〕C-VC0=Ci=22pF,Cmin=8.16pFG所以；SiO2的厚度为：

-17

-9.8 0 V(V)0rd A0r/r