2023年半导体物理A卷

一、论述题〔60分〕1〔6分、什么是晶体？描述硅的晶格构造特点。2〔6分4A，试估算该晶体的体原子密度和面原子密度。3〔6分T=0KT>0K时，5kT的量子态被电子占据的几率为？04〔6分、禁带宽度与温度有什么关系？重掺杂半导体能带构造有什么特点？5〔3分、什么是直接禁带半导体？6〔6分、描述载流子迁移率对载流子浓度和温度的依靠关系，并据此争论电阻率与温度的关系。7〔3分、试论述俄歇复合过程。8〔3分、什么是载流子的集中运动？9〔6分、自由空间一维势垒隧穿几率取决于哪些因素？10〔9分、简述肖特基二极管的主要导电机制，解释其与PN结二极管的异同？11〔6分、如何形成良好的金属-半导体欧姆接触？其载流子是怎样传导的？二、计算题以下计算中，物理常数：室温300K时，E

=1.12eV，本征载流子浓度n=1.5×1010cm-3；g i600Kn6×1015cm-3；硅介电常数=i 0S

=1.054*10-12F/cm，电荷单位q=1.6*10-19C1〔6n4.05eV，Ec-EF=0.2eV,画出真空热电子放射能带示意图求室温下热电子放射的浓度。提示：Nc1020/cm32〔10、一个本征半导体，注入受主原子，只考虑一维集中，热平衡下形成受主杂质分布为N〔x，求其电场分布。A3〔12分、一单晶Si1×1016cm-35×1015cm-3，试计算(假设电子和空穴迁移率分别恒定为μ

=1350cm2/(V·s)，μn

=500cm2/(V·s))：p300K时，该掺杂Si0K4〔24、常温下一抱负PN突变结，假设N=2*1019cm-3，N=8*1015cm-3,A D画出掺杂前、后热平衡时的能带图和该pn结正、反偏压下的能带示意图画出零偏、反偏和正偏小注入时非平衡少子在pn结边界的浓度分布示意图计算热平衡时其自建电势的大小计算热平衡时PN结宽度和势垒电容4V反向偏压下PN设在某一略小于内建电势的正向偏置下 ,测得的电流为I2.6107A，假设 p

5107s，求其小信号电导与集中电容。5〔8MOSCVMOS差异,并解释产生该差异的物理缘由。6〔30、设计试验。假设一半导体材料均匀掺杂，测量半导体中载流子的迁移率画出试验装置图表达试验根本原理简述试验步骤参考答案一、论述题〔60分〕1、什么是晶体？描述硅的晶格构造特点。1/4。2、某晶体平均原子间距是4A，试估算该晶体的体原子密度和面原子密度。答：1.6*1022/cm3，6.25*1014/cm23T=0K〔百分比〕？T>0K5kT的量子态被电子占据的几率为〔百分比〕？0答：百分之百。99.3%。4、禁带宽度与温度有什么关系？重掺杂半导体能带构造有什么特点？答：反向关系。费米能级接近或超过导带低或价带顶。5、什么是直接禁带半导体？答：价带顶部与导带底部动量一样。6、争论电阻率与温度的关系。起伏〔图略〕7、试论述俄歇复合过程。能电子将能量释放至晶格。8、什么是载流子的集中运动？答：由于浓度不均匀分布产生的载流子流淌。9、自由空间一维势垒隧穿几率取决于哪些因素？答：势垒高度和宽度。10、简述肖特基二极管的主要导电机制，解释其与PN结二极管的异同？答：热电子放射，多数载流子导电。PN结二极管导电主要遵循少子集中规律。11、如何形成良好的金属-半导体欧姆接触？其载流子是怎样传导输运的？答：重掺杂半导体与金属严密接触。载流子通过隧穿方式输运。二、计算题以下计算中，物理常数：室温300K时，E=1.12eV，本征载流子浓度n=1.5×1010cm-3；g i600Kn6×1015cm-3；硅介电常数=i 0S

=1.054*10-12F/cm，电荷单位q=1.6*10-19C1〔6n4.05eV，Ec-EF=0.2eV,a．画出真空热电子放射能带示意图b．求室温下热电子放射的浓度。答：a.如以下图 q(V)b、nth

n(E)dENC

exp

kT n qn (4.05eV)Ncexpth 0

4.050.2Ncexp1640.0259 2〔10、一个本征半导体，注入受主原子，只考虑一维集中，热平衡下形成受主杂质分布为N〔x，求其电场分布。A〔过程略〕E(x)kT/q*

1 dND

(x)N (x) dxD3〔12分、一单晶Si1.0×1016cm-35×1015cm-3，试计算(假设电子和空穴迁移率分别恒定为μ

=1350cm2/(V·s)，μn

=500cm2/(V·s))：p300K时，该掺杂Si0K答：a.0.39cm b.1.7*1016cm-3，2.1*1015cm-34〔24、常温下一抱负PN突变结，假设N=2*1019cm-3，N=8*1015cm-3,A D画出掺杂前、后热平衡时的能带图和该pn结正、反偏压下的能带示意图画出零偏、反偏和正偏小注入时非平衡少子在pn结边界的浓度分布示意图计算热平衡时其自建电势的大小计算热平衡时PN结宽度和势垒电容4V反向偏压下PN设在某一略小于内建电势的正向偏置下 ,测得的电流为I2.6107A，假设 p

5107s，求其小信号电导与集中电容。a,略c.Vbi=0.906Vd.W=0.386umf.10-5s,10-12f

e.W=0.9umC=1.17*10-8F/cm25〔8MOSCVMOS〔介电常数不随频率变化〕的电容差异,并解释产生该差异的物理缘由。答：MOS电容随着衬底耗尽区吞吐载流子的变化而变化。假设当测量频率足够低时，使得外表耗尽区内的产生-复合率与电压变化率相当或是更快时，电子浓度〔少数载流子〕与反型层中的电荷可以跟随沟通信号。因此导致强反型时的电容只有氧化层电容C0

b为在不同频率下所测得的MOS的C-V曲线2，低频的曲线发生在 100Hz时。MOSC-V〔b〕C-V图的频率效应。6〔30分、设计试验。假设一半导体材料〔长方体〕均匀掺杂，浓度，测量半导体中载流子的迁移率画出试验装置图b.