《半導體物理學》期末考試試卷(A卷)-往屆

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 2010–2011學年第一學期期末考試試卷（A卷） 開課學院：物電學院 課程名稱：半導體物理學 考試形式：閉卷，所需時間：120分鐘 題號 一 二 三 四 五 六 七 八 總 分 得分 評卷人 注意事項：1、教師出題時請勿超出邊界虛線； 2、學生答題前將密封線外的內容填寫清楚，答題不得超出密封線； 3、答題請用藍、黑鋼筆或圓珠筆。 一、 填空題（共30分，每空1分） 1、半導體中有 電子 和 空穴 兩種載流子，而金屬

2、中只有 電子 一種載流子。 2、雜質原子進入材料體內有很多情況，常見的有兩種，它們是 替代式 雜質和間隙式 雜質。 1、 3、根據(jù)量子統(tǒng)計理論，服從泡利不相容原理的電子遵從費米統(tǒng)計率，對于能量為E的一個量子態(tài)，被一個電子占據(jù)的概率為，表達式為 ，稱為電子的費米分布函數(shù)，它是描寫 在熱平衡狀態(tài)下，電子在允許的量子態(tài)上如何分布 的一個統(tǒng)計分布函數(shù)。當時，費米分布函數(shù)轉化為，表達式為

3、 ，稱為電子的玻爾茲曼分布函數(shù)。在時，量子態(tài)被電子占據(jù)的概率很小，這正是玻爾茲曼分布函數(shù)適用的范圍。費米統(tǒng)計率與玻爾茲曼統(tǒng)計率的主要差別在于 前者受泡利不相容原理的限制 ，而在的條件下，該原理失去作用，因而兩種統(tǒng)計的結果變成一樣了。 4、在一定溫度下，當沒有光照時，一塊n型半導體中， 電子 為多數(shù)載流子， 空穴 是少數(shù)載流子，電子和空穴的濃度分別為和，則和的關系為 大于 ，當用（該半導體禁帶寬度）的光照射該半導體時，光子就能把價帶電

4、子激發(fā)到導帶上去，此時會產生 電子空穴對 ，使導帶比平衡時多出一部分電子，價帶比平衡時多出一部分空穴，和的關系為 ，這時把非平衡電子稱為非平衡 多數(shù) 載流子，而把非平衡空穴稱為非平衡 少數(shù) 載流子。在一般小注入情況下，在半導體材料中，非平衡 多數(shù) 載流子帶來的影響可忽略，原因是 注入的非平衡多數(shù)載流子濃度比平衡時的多數(shù)載流子濃度小得多 ，而非平衡 少數(shù) 載流子

5、卻往往起著重要作用，原因是 2、 注入的非平衡少數(shù)載流子濃度比平衡時的少數(shù)載流子濃度大得多 。 5、非平衡載流子的復合，就復合的微觀機構講，大致可分為兩種，直接復合和間接復合，直接復合是指 電子在導帶和價帶之間的直接躍遷，引起電子和空穴的直接復合 ，間接復合是指 電子和空穴通過禁帶的能級（復合中心）進行復

6、合 。載流子在復合時，一定要釋放出多余的能量，放出能量的方法有三種，分別為 、 、 3、 發(fā)射光子 發(fā)射聲子 將能量給予其它載流子，增加它們的動能 。 6、在外加電場和光照作用下，使均勻摻雜的半導體中存在平衡載流子和非平衡載流子，由于 半導體表面非平衡載流子濃度比內部高 ，從而非平衡載流子在半導體中作 運動，從

7、而形成 電流，另外，由于外加電場的作用，半導體中的所有載流子會作 運動，從而形成 電流。 二、 選擇題（共10分，每題2分） 1、本征半導體是指 的半導體。 A、不含雜質和缺陷 B、電子密度與空穴密度相等 C、電阻率最高 D、電子密度與本征載流子密度相等 2、在Si材料中摻入P，則引入的雜質能級 A、在禁帶中線處 B、靠近導帶底 C、靠近價帶頂 D、以上都不是 3、以下說法不正確的是 A、價帶電子激

8、發(fā)成為導帶電子的過程，稱為本征激發(fā)。 B、本征激發(fā)后，形成了導帶電子和價帶空穴，在外電場作用下，它們都將參與導電。 C、電子可以從高能量的量子態(tài)躍遷到低能量的量子態(tài)，并向晶格釋放能量。 D、處于熱平衡狀態(tài)下的導電電子和空穴稱為熱載流子。 4、以下說法不正確的是 A、對n型半導體，隨著施主濃度ND的增加，費米能級EF從禁帶中線逐漸向導帶底方向靠近。 B、對p型半導體，隨著受主濃度NA的增加，費米能級EF從禁帶中線逐漸向價帶頂方向靠近。 C、雜質半導體中載流子濃度和費米能級EF的位置由雜質濃度所決定，與溫度無關。 D、在雜質半導體中，費米能級EF的位置不但反映了半導體的

9、導電類型，而且還反映了半導體的摻雜水平。 5、關于電中性方程，說法不正確的是 A、這是含有一種施主雜質和一種受主雜質情況下的電中性條件。 B、它的意義是半導體中單位體積內帶正電的空穴數(shù)等于單位體積中帶負電的電子數(shù)。 C、半導體中荷電的包括導帶電子、價帶空穴、電離施主和電離受主。 D、該條件下，宏觀狀態(tài)表現(xiàn)為半導體不顯電性。 三、計算題（共60分） 1、（1）試說明在室溫下，某半導體的電子濃度時，其電導率為最小值。式中是本征載流子濃度，分別為空穴和電子的遷移率。試求在上面條件時的空穴濃度和電子濃度。 （2）當時，試求Ge的本征電導率和最小電導率。 （3）試問當和

10、（除了時）為何值時，該Ge材料的電導率等于本征電導率？ （本題20分） 一、 解：（1）因為，又，所以 根據(jù)不等式的性質，當且僅當＝時，上式取等。 解得：，即此時電導率最小。 相應地，此時 （2）對本征Ge： 在最小電導率條件下： （3）當材料的電導率等于本征電導率時，有： 即： 整理得: 解得: 帶入數(shù)據(jù)得： ∴ 顯然，此材料是p型材料。

11、 2、 設空穴濃度是線性分布，在3μm內濃度差為1015cm-3,。試計算空穴擴散電流密度。（室溫下） （本題10分） 空穴擴散電流密度： 由題意，空穴線性分布，且在3μm內濃度差為1015cm-3，則空穴的濃度梯度為： 根據(jù)愛因斯坦關系式： ∴ 3、施主濃度的n型硅，室溫下的功函數(shù)是多少？若不考慮表面態(tài)的影響，它分別同Al，Au接觸時，形成阻擋層還是反阻擋層？（對硅：電子親和能取4.05eV， ；功函數(shù)：，）

12、 （本題10分） 4、一單晶硅中均勻地摻入如下雜質：摻磷，摻硼。試計算： （1）室溫下載流子濃度和費米能級的位置。 （2）室溫下的電導率。 （3）T=600K時的載流子濃度。 已知：室溫下，本征載流子濃度＝，電子遷移率＝，空穴遷移率＝，電子電荷＝，600K下的本征載流子濃度＝。 () （本題20分） （1）令和表示電離施主和電離受主的濃度，則電中性方程為 （I） 室溫下，半導體處于過渡區(qū)，雜質已全部電離，，，代入（I）式整理得： （II） 又 （

13、III）， (IV)，聯(lián)立（II）、(III)、(IV)式可解得： 即此時費米能級在禁帶中線上面0.35eV處。 （2）電導率 由于，故可忽略空穴對電流的作用，即此時 （3）T=600k時，半導體處于本征激發(fā)區(qū)，本征激發(fā)開始起主要作用。此時，雜質已全部電離，（II）、(III)式仍然成立。 該溫度下 （V） 聯(lián)立（II）、(III)、(V)式解得： 專心---專注---專業(yè)