半導(dǎo)體物理學(xué)題庫.doc

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1、1 填空題1 能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對于波矢的_，引入有效質(zhì)量的意義在于其反映了晶體材料的_的作用。（二階導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢場）2 半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度取決于導(dǎo)帶的_（即量子態(tài)按能量如何分布）和 _（即電子在不同能量的量子態(tài)上如何分布）。（狀態(tài)密度，費米分布函數(shù)）3 兩種不同半導(dǎo)體接觸后, 費米能級較高的半導(dǎo)體界面一側(cè)帶_電，達到熱平衡后兩者的費米能級_。（正，相等）4 半導(dǎo)體硅的價帶極大值位于空間第一布里淵區(qū)的中央，其導(dǎo)帶極小值位于_方向上距布里淵區(qū)邊界約0.85倍處，因此屬于_半導(dǎo)體。（100， 間接帶隙）5 間隙原子和空位成對出現(xiàn)的點缺陷稱為_；形成原子空位而無間隙原子的點缺陷

2、稱為_。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）6 在一定溫度下，與費米能級持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為_，高于費米能級2kT能級處的占據(jù)概率為_。（1/2，1/1+exp(2)）7 從能帶角度來看，鍺、硅屬于_半導(dǎo)體，而砷化稼屬于_半導(dǎo)體，后者有利于光子的吸收和發(fā)射。（間接帶隙，直接帶隙）8 通常把服從_的電子系統(tǒng)稱為非簡并性系統(tǒng)，服從_的電子系統(tǒng)稱為簡并性系統(tǒng)。（玻爾茲曼分布，費米分布）9. 對于同一種半導(dǎo)體材料其電子濃度和空穴濃度的乘積與_有關(guān)，而對于不同的半導(dǎo)體材料其濃度積在一定的溫度下將取決于_的大小。（溫度，禁帶寬度）10. 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)式多種多樣的，常見的Ge和Si材料，其原子均通過共

3、價鍵四面體相互結(jié)合，屬于_結(jié)構(gòu)；與Ge和Si晶格結(jié)構(gòu)類似，兩種不同元素形成的化合物半導(dǎo)體通過共價鍵四面體還可以形成_和纖鋅礦等兩種晶格結(jié)構(gòu)。（金剛石，閃鋅礦）11. 如果電子從價帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時波矢k不發(fā)生變化，則具有這種能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為_禁帶半導(dǎo)體，否則稱為_禁帶半導(dǎo)體。（直接，間接）12. 半導(dǎo)體載流子在輸運過程中，會受到各種散射機構(gòu)的散射，主要散射機構(gòu)有_、_、中性雜質(zhì)散射、位錯散射、載流子間的散射和等價能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散射，晶格振動的散射）13. 半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合可以有很多途徑，主要有兩大類：_的直接復(fù)合和通過禁帶內(nèi)的_進行復(fù)合。（電子和空穴，復(fù)合中心）14. 反向偏

4、置pn結(jié)，當電壓升高到某值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿，主要的擊穿機理有兩種：_擊穿和_擊穿。（ 雪崩，隧道）15. _雜質(zhì)可顯著改變載流子濃度； _雜質(zhì)可顯著改變非平衡載流子的壽命，是有效的復(fù)合中心。（淺能級，深能級）2 選擇題1本征半導(dǎo)體是指（ A ）的半導(dǎo)體。A 不含雜質(zhì)和缺陷 B 電阻率最高 C電子密度和空穴密度相等 D 電子密度與本征載流子密度相等2. 如果一半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，那么該半導(dǎo)體必定（ D ）。A. 不含施主雜質(zhì) B. 不含受主雜質(zhì) C. 不含任何雜質(zhì) D. 處于絕對零度3. 有效復(fù)合中心的能級必靠近( A )。A. 禁帶中部B. 導(dǎo)帶C.

5、價帶D. 費米能級4對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導(dǎo)體，費米能級EF隨溫度上升而（ D ）。A. 單調(diào)上升 B. 單調(diào)下降C. 經(jīng)過一個極小值趨近Ei D. 經(jīng)過一個極大值趨近Ei5. 當一種n型半導(dǎo)體的少子壽命由直接輻射復(fù)合決定時，其小注入下的少子壽命正比于（ A ）。 A. 1/n0B. 1/nC. 1/p0D. 1/p 6. 在Si材料中摻入P，則引入的雜質(zhì)能級（ B ） A. 在禁帶中線處 B. 靠近導(dǎo)帶底 C. 靠近價帶頂 D. 以上都不是7公式中的是半導(dǎo)體載流子的（ C ）。A. 遷移時間 B. 壽命C. 平均自由時間 D. 擴散時間8. 對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時，減少

6、摻雜濃度，將導(dǎo)致（ D ）靠近Ei。A. Ec B. Ev C. Eg D. EF9. 在晶體硅中摻入元素（ B ）雜質(zhì)后，能形成N型半導(dǎo)體。A. 鍺B. 磷C. 硼D. 錫10. 對大注入條件下，在一定的溫度下，非平衡載流子的壽命與（ D ）。A平衡載流子濃度成正比 B非平衡載流子濃度成正比C平衡載流子濃度成反比 D非平衡載流子濃度成反比 11. 重空穴是指（ C ）A. 質(zhì)量較大的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴B. 價帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴C. 價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D. 自旋軌道耦合分裂出來的能帶上的空穴12. 電子在導(dǎo)帶能級中分布的概率表達式是（ C ）。A. B. C

7、. D. 13. 如在半導(dǎo)體中以長聲學(xué)波為主要散射機構(gòu)是，電子的遷移率與溫度的（ B ）。A. 平方成正比 B. 次方成反比 C. 平方成反比 D. 次方成正比14. 把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（ D ）。A. 改變禁帶寬度 B. 產(chǎn)生復(fù)合中心 C. 產(chǎn)生空穴陷阱 D. 產(chǎn)生等電子陷阱15. 一般半導(dǎo)體器件使用溫度不能超過一定的溫度，這是因為載流子濃度主要來源于_，而將_忽略不計。（ A ）A. 雜質(zhì)電離，本征激發(fā)B. 本征激發(fā)，雜質(zhì)電離C. 施主電離，本征激發(fā) D. 本征激發(fā)，受主電離16. .一塊半導(dǎo)體壽命=15s，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突

8、然停止30s后，其中非平衡載流子將衰減到原來的（ C ）。A. 1/4 B. 1/e C. 1/e2 D. 1/217. 半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運動為（ B ）。A.漂移運動 B.擴散運動 C.熱運動 D. 共有化運動18. 硅導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)為（ D ）。A. 位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的6個球形等能面 B. 一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的6個球形等能面C. 一半位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的8個橢球等能面 D. 位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿方向的6個橢球等能面19. 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運過程的散射機構(gòu)中，當溫度升高時，電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動聲子的散射概率的變化分別是（ B ）。A.變大，變小

9、 B.變小，變大 C.變小，變小 D.變大，變大20. 與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（ A ）。A. 比半導(dǎo)體的大 B. 比半導(dǎo)體的小 C. 與半導(dǎo)體的相等 D. 不確定21. 一般半導(dǎo)體它的價帶頂位于_，而導(dǎo)帶底位于_。 （ D ）A. 波矢k=0或附近，波矢k0 B. 波矢k0，波矢k=0或附近 C. 波矢k=0，波矢k0 D. 波矢k=0或附近，波矢k0 或k=022. 鍺的晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)分別是（ C ）。A.金剛石型和直接禁帶型B.閃鋅礦型和直接禁帶型C.金剛石型和間接禁帶型D.閃鋅礦型和間接禁帶型23. 如果雜質(zhì)既有施主的作用又有受主的作用，則這種雜質(zhì)稱為

10、（ D ）。A. 施主 B. 復(fù)合中心 C. 陷阱 D. 兩性雜質(zhì)24. 雜質(zhì)對于半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大影響，下面哪兩種雜質(zhì)分別摻雜在硅中能顯著地提高硅的導(dǎo)電性能 （ C ）。A. 硼或鐵 B. 鐵或銅 C. 硼或磷 D. 金或銀25. 當施主能級ED與費米能級EF相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（ C ）倍；A. 1 B. 1/2 C. 1/3 D. 1/426. 同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對介電常數(shù)r是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（ D ）。A. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的8/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/4B. 甲的施主雜質(zhì)電離

11、能是乙的3/2，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的32/9C. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的16/3，弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的8/3D. 甲的施主雜質(zhì)電離能是乙的32/9，的弱束縛電子基態(tài)軌道半徑為乙的3/827. 本征半導(dǎo)體費米能級的表達式是 。（ B ）A. B. C. D. 28. 載流子在電場作用下的運動為（ A ）。A.漂移運動 B.擴散運動 C.熱運動 D. 共有化運動29. 下面情況下的材料中，室溫時功函數(shù)最大的是（ A ）。A. 含硼11015cm-3的硅 B. 含磷11016cm-3的硅C. 含硼11015cm-3，磷11016cm-3的硅 D. 純凈的硅30.一般可以認為，在溫度

12、不很高時，能量大于費米能級的量子態(tài)基本上_，而能量小于費米能級的量子態(tài)基本上為_，而電子占據(jù)費米能級的概率在各種溫度下總是_，所以費米能級的位置比較直觀地標志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費米能級標志了電子填充能級的水平。（ A ）A. 沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/2 B. 電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2 C. 沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3 D. 電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/33 簡答題1 簡要說明費米能級的定義、作用和影響因素。答：電子在不同能量量子態(tài)上的統(tǒng)計分布概率遵循費米分布函數(shù)： 費米能級EF是確定費米分布函數(shù)的一個重要物理參數(shù)，在絕對零度是，費米能級EF反映了未占

13、和被占量子態(tài)的能量分界線，在某有限溫度時的費米能級EF反映了量子態(tài)占據(jù)概率為二分之一時的能量位置。確定了一定溫度下的費米能級EF位置，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計分布就可完全確定。 費米能級EF的物理意義是處于熱平衡狀態(tài)的電子系統(tǒng)的化學(xué)勢，即在不對外做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個電子所引起的系統(tǒng)自由能的變化。 半導(dǎo)體中的費米能級EF一般位于禁帶內(nèi)，具體位置和溫度、導(dǎo)電類型及摻雜濃度有關(guān)。只有確定了費米能級EF就可以統(tǒng)計得到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度。 2 在本征半導(dǎo)體中進行有意摻雜各種元素，可改變材料的電學(xué)性能。請解釋什么是淺能級雜質(zhì)、深能級雜質(zhì)，它們分別影響半導(dǎo)體哪些主要性質(zhì)；什么是雜

14、質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x何在？ 答：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負電（電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供空穴。它可有效地提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。深能級雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級位置在禁帶中遠離導(dǎo)帶或價帶，在常溫下很難電離，不能對導(dǎo)帶的電子或價帶的空穴的濃度有所貢獻，但它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開關(guān)器件中有所應(yīng)用。當半導(dǎo)體中既有施主又有受主時，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補償。利用雜質(zhì)補償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中某個區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種

15、器件。3 什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？ 答：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負電的離子，并同時向價帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負電。 4 什么叫復(fù)合中心？何謂間接復(fù)合過程？有哪四個微觀過程？試說明每個微觀過程和哪些參數(shù)有關(guān)。 答：半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷能夠促進復(fù)合，稱這些促進復(fù)合的雜質(zhì)和缺陷為復(fù)合中心； 間接復(fù)合：非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合；四個微觀過程：俘獲電子，發(fā)射電子，俘獲空穴，發(fā)射空穴；俘獲電子：和導(dǎo)帶電子濃度和空穴復(fù)合中心濃度有關(guān)。發(fā)射電子：和復(fù)合中心能級上的電子濃度。

16、俘獲空穴：和復(fù)合中心能級上的電子濃度和價帶空穴濃度有關(guān)。發(fā)射空穴：和空的復(fù)合中心濃度有關(guān)。5 漂移運動和擴散運動有什么不同？兩者之間有什么聯(lián)系？答：漂移運動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運動，而擴散運動是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運動。前者的推動力是外電場，后者的推動力則是載流子的分布引起的。 漂移運動與擴散運動之間通過遷移率與擴散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即 6 簡要說明pn結(jié)空間電荷區(qū)如何形成？答：當p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合形成pn結(jié)時，由于兩者之間存在載流子濃度梯度，從而導(dǎo)致

17、了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的擴散運動。對于p區(qū)，空穴離開后留下了不可動的帶負電荷的電離受主，因此在p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個負電荷區(qū)；同理對于n區(qū)，電子離開后留下了不可動的帶正電荷的電離施主，因此在n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個正電荷區(qū)。這樣帶負電荷的電離受主和帶正電荷的電離施主形成了一個空間電荷區(qū)，并產(chǎn)生了從n區(qū)指向p區(qū)的內(nèi)建電場。在內(nèi)建電場作用下，載流子的漂移運動和擴散運動方向相反，內(nèi)建電場阻礙載流子的擴散運動。隨內(nèi)建電場增強，載流子的擴散和漂移達到動態(tài)平衡。此時就形成了一定寬度的空間電荷區(qū)，并在空間電荷區(qū)兩端產(chǎn)生了電勢差，即pn結(jié)接觸電勢差。7 簡要說明載流子有效質(zhì)量的定義和作用。答：能帶中電子或

18、空穴的有效質(zhì)量m*的定義式為： 有效質(zhì)量m*與能量函數(shù)E(k)對于波矢k的二次微商， 即能帶在某處的曲率成反比； 能帶越窄，曲率越小，有效質(zhì)量越大，能帶越寬，曲率越大，有效質(zhì)量越??； 在能帶頂部，曲率小于零，則有效質(zhì)量為負值，在能帶底部，曲率大于零，則有效質(zhì)量為正值。 有效質(zhì)量的意義在于它概括了內(nèi)部勢場的作用，使得在解決半導(dǎo)體中載流子在外場作用下的運動規(guī)律時，可以不涉及內(nèi)部勢場的作用。 8 對于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對載流子的主要散射機構(gòu)是什么？寫出其主要散射機構(gòu)所決定的散射幾率和溫度的關(guān)系。答：對摻雜的元素半導(dǎo)體材料Si、Ge，其主要的散射機構(gòu)為長聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射其

19、散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學(xué)波散射：，電離雜質(zhì)散射：9. 說明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。答：載流子遷移率m反映了單位電場強度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：； 其單位為：cm2/Vs 半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為： 其大小與能帶中載流子的有效質(zhì)量成反比，與載流子連續(xù)兩次散射間的平均自由時間成正比。確定了載流子遷移率和載流子濃度就可確定該載流子的電導(dǎo)率。4 證明題1試推證：對于只含一種復(fù)合中心的間接帶隙半導(dǎo)體晶體材料，在穩(wěn)定條件下非平衡載流子的凈復(fù)合率公式證：題中所述情況，主要是間接復(fù)合起作用，包含以下四個過程。甲：電子俘獲率=rnn(Nt-nt)乙：電子產(chǎn)生率=rnn1nt n

20、1=niexp(Et-Ei)/k0T)丙：空穴俘獲率=rppnt?。嚎昭óa(chǎn)生率=rpp1(Nt-nt) p1=niexp(Ei-Et)/k0T)穩(wěn)定情況下凈復(fù)合率U=甲-乙=丙-丁 （1）穩(wěn)定時 甲+丁=丙+乙將四個過程的表達式代入上式解得 （2）將四個過程的表達式和（2）式代入（1）式整理得 （3）由p1和n1的表達式可知 p1n1=ni2 代入上式可得2. 試用一維非均勻摻雜（摻雜濃度隨x的增加而下降），非簡并p型半導(dǎo)體模型導(dǎo)出愛因斯坦關(guān)系式：證明：由于摻雜濃度不均勻，電離后空穴濃度也不均勻，形成擴散電流：空穴向右擴散的結(jié)果，使得左邊帶負電，右邊帶正電，形成反x方向的自建電場E, 產(chǎn)生漂移

21、電流：穩(wěn)定時兩者之和為零，即： 而，有電場存在時，在各處產(chǎn)生附加勢能qV(x)，使得能帶發(fā)生傾斜。在x處的價帶頂為：EV(x)=EV-qV(x)，則x處的空穴濃度為： 則： 故： 3證明非平衡載流子的壽命滿足，并說明式中各項的物理意義。證明：則在單位時間內(nèi)減少的非平衡載流子數(shù)=在單位時間內(nèi)復(fù)合的非平衡載流子數(shù)，即 在小注入條件下，為常數(shù)，解方程（1），得到式中，p（0）為t=0時刻的非平衡載流子濃度。此式表達了非平衡載流子隨時間呈指數(shù)衰減的規(guī)律。得證。8、這個世界并不是掌握在那些嘲笑者的手中，而恰恰掌握在能夠經(jīng)受得住嘲笑與批忍不斷往前走的人手中。9、障礙與失敗，是通往成功最穩(wěn)靠的踏腳石，肯研究、利用它們，便能從失敗中培養(yǎng)出成功。10、在真實的生命里，每樁偉業(yè)都由信心開始，并由信心跨出第一步。