2025年大三（微电子科学与工程）半导体器件物理综合测试卷

2025年大三（微电子科学与工程）半导体器件物理综合测试卷

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填写在答题区域内。1.以下关于半导体中载流子迁移率的说法正确的是（）A.与温度无关B.只与半导体材料有关C.与杂质浓度和温度都有关D.只与杂质浓度有关答案：C2.对于PN结，当外加正向电压时，以下描述错误的是（）A.空间电荷区变窄B.多数载流子的扩散运动增强C.少数载流子的漂移运动增强D.形成较大的正向电流答案：C3.某半导体器件的击穿电压主要取决于（）A.材料的禁带宽度B.杂质浓度C.器件的尺寸D.以上都不对答案：B4.以下哪种半导体器件具有单向导电性（）A.二极管B.三极管C.场效应管D.晶闸管答案：A5.半导体中施主杂质的作用是（）A.提供空穴B.提供电子C.俘获电子D.俘获空穴答案：B6.对于MOSFET，栅极电压对器件性能影响较大，当栅极电压变化时，以下说法正确的是（）A.主要影响沟道中的电子浓度B.主要影响源漏之间的电阻C.对器件的阈值电压没有影响D.以上都不对答案：A第II卷（非选择题共70分）二、填空题（每题5分，共20分）答题要求：请将正确答案填写在横线上。1.半导体的导电性能介于______和______之间。答案：导体；绝缘体2.PN结的反向饱和电流主要由______产生。答案：少数载流子的漂移运动3.双极型晶体管工作在放大区时，发射结______，集电结______。答案：正向偏置；反向偏置4.半导体器件的基本物理过程包括______、______、______等。答案：载流子的产生；载流子的复合；载流子的输运三、简答题（每题10分，共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰，语言简洁。1.简述半导体中载流子的散射机制有哪些？答案：主要有晶格散射和杂质散射。晶格散射是由于晶格原子的热振动对载流子的散射作用。杂质散射是杂质原子对载流子的散射。晶格散射随温度升高而增强，杂质散射在低温时较强，随着温度升高，杂质散射作用减弱。2.说明MOSFET的工作原理。答案：MOSFET利用栅极电压控制沟道中载流子的浓度，从而实现对源漏电流的控制。当栅极电压达到阈值电压时，在栅极下方的半导体表面形成导电沟道。改变栅极电压，沟道的导电能力改变，进而控制源漏之间的电流大小。根据沟道形成的方式不同，可分为增强型和耗尽型MOSFET。四、分析题（每题15分，共30分）答题要求：结合给定材料，分析问题，给出合理的解答。材料：某半导体器件在不同温度下的电流-电压特性发生了明显变化。在低温时，器件的反向电流较小，随着温度升高，反向电流逐渐增大。在正向偏置时，随着温度升高，相同电压下的电流也增大。1.请分析温度对半导体器件反向电流增大的原因。答案：半导体器件的反向电流主要由少数载流子的漂移运动产生。温度升高时，晶格原子的热振动加剧，这使得少数载流子更容易挣脱束缚成为自由载流子，从而导致少数载流子浓度增加。同时，晶格振动对少数载流子的散射作用也增强，使得少数载流子的迁移率降低。但总体上，少数载流子浓度增加的影响更为显著，所以反向电流随着温度升高而增大。2.对于正向偏置时温度升高电流增大的现象，从载流子运动的角度进行分析。答案：在正向偏置时，PN结的空间电荷区变窄，多数载流子的扩散运动增强。温度升高，晶格振动加剧，一方面使得多数载流子获得更多的能量，更容易克服势垒进行扩散，扩散电流增大。另一方面，虽然晶格振动对多数载流子的散射作用增强，导致迁移率有所降低，但扩散电流增大的影响占主导，所以相同电压下的电流随着温度升高而增大。五、设计题（10分）答题要求：根据要求设计半导体器件相关内容。设计一个简单的半导体温度传感器电路，要求能够利用半导体器件的特性将温度变化转化为电信号输出。说明设计思路和主要器件选择。答案：设计思路：利用半导体器件的某些参数随温度变化的特性，如PN结的反向饱和电流随温度变化明显。选择一个PN结二极管作为核心器件，将其反向偏置，通过测量反向电流的变化来反映温度变化。主要器件选择：一个合适的PN结二极