《半導(dǎo)體物理學(xué)》期末考試試卷(A卷)-往屆

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 2010–2011學(xué)年第一學(xué)期期末考試試卷（A卷） 開(kāi)課學(xué)院：物電學(xué)院 課程名稱：半導(dǎo)體物理學(xué) 考試形式：閉卷，所需時(shí)間：120分鐘 題號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 八 總 分 得分 評(píng)卷人 注意事項(xiàng)：1、教師出題時(shí)請(qǐng)勿超出邊界虛線； 2、學(xué)生答題前將密封線外的內(nèi)容填寫(xiě)清楚，答題不得超出密封線； 3、答題請(qǐng)用藍(lán)、黑鋼筆或圓珠筆。 一、 填空題（共30分，每空1分） 1、半導(dǎo)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(zhì)原子進(jìn)入材料體內(nèi)有很多情況，常見(jiàn)的有兩種，它們是 替代式 雜質(zhì)和間隙式 雜質(zhì)。 1、 3、根據(jù)量子統(tǒng)計(jì)理論，服從泡利不相容原理的電子遵從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)率，對(duì)于能量為E的一個(gè)量子態(tài)，被一個(gè)電子占據(jù)的概率為，表達(dá)式為 ，稱為電子的費(fèi)米分布函數(shù)，它是描寫(xiě) 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(gè)統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)。當(dāng)時(shí)，費(fèi)米分布函數(shù)轉(zhuǎn)化為，表達(dá)式為

3、 ，稱為電子的玻爾茲曼分布函數(shù)。在時(shí)，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(fèi)米統(tǒng)計(jì)率與玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)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(jì)的結(jié)果變成一樣了。 4、在一定溫度下，當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，一塊n型半導(dǎo)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(guān)系為 大于 ，當(dāng)用（該半導(dǎo)體禁帶寬度）的光照射該半導(dǎo)體時(shí)，光子就能把價(jià)帶電

4、子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生 電子空穴對(duì) ，使導(dǎo)帶比平衡時(shí)多出一部分電子，價(jià)帶比平衡時(shí)多出一部分空穴，和的關(guān)系為 ，這時(shí)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(dǎo)體材料中，非平衡 多數(shù) 載流子帶來(lái)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(shí)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(shí)的少數(shù)載流子濃度大得多 。 5、非平衡載流子的復(fù)合，就復(fù)合的微觀機(jī)構(gòu)講，大致可分為兩種，直接復(fù)合和間接復(fù)合，直接復(fù)合是指 電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的直接躍遷，引起電子和空穴的直接復(fù)合 ，間接復(fù)合是指 電子和空穴通過(guò)禁帶的能級(jí)（復(fù)合中心）進(jìn)行復(fù)

6、合 。載流子在復(fù)合時(shí)，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(dòng)能 。 6、在外加電場(chǎng)和光照作用下，使均勻摻雜的半導(dǎo)體中存在平衡載流子和非平衡載流子，由于 半導(dǎo)體表面非平衡載流子濃度比內(nèi)部高 ，從而非平衡載流子在半導(dǎo)體中作 運(yùn)動(dòng)，從

7、而形成 電流，另外，由于外加電場(chǎng)的作用，半導(dǎo)體中的所有載流子會(huì)作 運(yùn)動(dòng)，從而形成 電流。 二、 選擇題（共10分，每題2分） 1、本征半導(dǎo)體是指 的半導(dǎo)體。 A、不含雜質(zhì)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(zhì)能級(jí) A、在禁帶中線處 B、靠近導(dǎo)帶底 C、靠近價(jià)帶頂 D、以上都不是 3、以下說(shuō)法不正確的是 A、價(jià)帶電子激

8、發(fā)成為導(dǎo)帶電子的過(guò)程，稱為本征激發(fā)。 B、本征激發(fā)后，形成了導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，在外電場(chǎng)作用下，它們都將參與導(dǎo)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(dǎo)電電子和空穴稱為熱載流子。 4、以下說(shuō)法不正確的是 A、對(duì)n型半導(dǎo)體，隨著施主濃度ND的增加，費(fèi)米能級(jí)EF從禁帶中線逐漸向?qū)У追较蚩拷? B、對(duì)p型半導(dǎo)體，隨著受主濃度NA的增加，費(fèi)米能級(jí)EF從禁帶中線逐漸向價(jià)帶頂方向靠近。 C、雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)EF的位置由雜質(zhì)濃度所決定，與溫度無(wú)關(guān)。 D、在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，費(fèi)米能級(jí)EF的位置不但反映了半導(dǎo)體的

9、導(dǎo)電類型，而且還反映了半導(dǎo)體的摻雜水平。 5、關(guān)于電中性方程，說(shuō)法不正確的是 A、這是含有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)情況下的電中性條件。 B、它的意義是半導(dǎo)體中單位體積內(nèi)帶正電的空穴數(shù)等于單位體積中帶負(fù)電的電子數(shù)。 C、半導(dǎo)體中荷電的包括導(dǎo)帶電子、價(jià)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(dǎo)體不顯電性。 三、計(jì)算題（共60分） 1、（1）試說(shuō)明在室溫下，某半導(dǎo)體的電子濃度時(shí)，其電導(dǎo)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(shí)的空穴濃度和電子濃度。 （2）當(dāng)時(shí)，試求Ge的本征電導(dǎo)率和最小電導(dǎo)率。 （3）試問(wèn)當(dāng)和

10、（除了時(shí)）為何值時(shí)，該Ge材料的電導(dǎo)率等于本征電導(dǎo)率？ （本題20分） 一、 解：（1）因?yàn)?，又，所? 根據(jù)不等式的性質(zhì)，當(dāng)且僅當(dāng)＝時(shí)，上式取等。 解得：，即此時(shí)電導(dǎo)率最小。 相應(yīng)地，此時(shí) （2）對(duì)本征Ge： 在最小電導(dǎo)率條件下： （3）當(dāng)材料的電導(dǎo)率等于本征電導(dǎo)率時(shí)，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(shè)空穴濃度是線性分布，在3μm內(nèi)濃度差為1015cm-3,。試計(jì)算空穴擴(kuò)散電流密度。（室溫下） （本題10分） 空穴擴(kuò)散電流密度： 由題意，空穴線性分布，且在3μm內(nèi)濃度差為1015cm-3，則空穴的濃度梯度為： 根據(jù)愛(ài)因斯坦關(guān)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(shí)，形成阻擋層還是反阻擋層？（對(duì)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?fù)饺肴缦码s質(zhì)：摻磷，摻硼。試計(jì)算： （1）室溫下載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)的位置。 （2）室溫下的電導(dǎo)率。 （3）T=600K時(shí)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(dǎo)體處于過(guò)渡區(qū)，雜質(zhì)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(shí)費(fèi)米能級(jí)在禁帶中線上面0.35eV處。 （2）電導(dǎo)率 由于，故可忽略空穴對(duì)電流的作用，即此時(shí) （3）T=600k時(shí)，半導(dǎo)體處于本征激發(fā)區(qū)，本征激發(fā)開(kāi)始起主要作用。此時(shí)，雜質(zhì)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)