半導(dǎo)體簡答題

1、1. 在怎樣條件下，電流密度隨電場強(qiáng)度成線性變化？在強(qiáng)電場下，歐姆定律是否仍然正確？電場強(qiáng)度不大的條件下；不正確2. 產(chǎn)生負(fù)微分電導(dǎo)的條件是什么？3. 如何用霍耳效應(yīng)來測量出半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型、載流子濃度及遷移率？從霍爾電壓的正負(fù)可以判別半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型；測出RH可求載流子濃度；測出電導(dǎo)率可求出霍爾遷移率。4. 具有相同電阻率的摻雜錯和硅，哪一個材料的少子濃度高？為什么？ 錯的少子濃度高。由電阻率=1/nqu和（ni） 2二np以及硅和錯本征載 流子濃度的數(shù)量級差別，可以算出錯的少子濃度高。5. 電導(dǎo)有效質(zhì)量與狀態(tài)密度有效質(zhì)量有何區(qū)別 ？它們與電子的縱向有 效質(zhì)量和橫向有效質(zhì)量的關(guān)系如何？當(dāng)導(dǎo)帶

2、底的等能面不是球面時，不同方向的電導(dǎo)的有效質(zhì)量就不同， 且態(tài)密度分布可能不同，通過把不同的電導(dǎo)有效質(zhì)量進(jìn)行加權(quán)平均， 就可以換算得到狀態(tài)密度的有效質(zhì)量。6. 什么是聲子？它對半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)起什么作用？聲子是晶格振動的簡正模能量量子， 聲子可以產(chǎn)生和消滅，有相互作 用的聲子數(shù)不守恒，聲子動量的守恒律也不同于一般的粒子， 并且聲 子不能脫離固體存在。電子在半導(dǎo)體中傳輸時若發(fā)生晶格振動散射， 則會發(fā)出或者吸收聲子，使電子動量發(fā)生改變，從而影響到電導(dǎo)率。7. 半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)是正還是負(fù)的？為什么？負(fù)的，遷移率隨溫度的升高逐漸降低1. 區(qū)別半導(dǎo)體平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)有何不同？什么叫平衡載流 子？半

3、導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)是相對的，有條件的。如果對半導(dǎo)體施加外 界作用，破壞了熱平衡條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的 狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。處于非平衡態(tài)的半導(dǎo)體比平衡態(tài)多出來的這 部分載流子稱為非平衡載流子。2. 在平衡情況下，載流子有沒有復(fù)合這種運(yùn)動形式？為什么著重討論 非平衡載流子的復(fù)合運(yùn)動？有，3什么是俄歇復(fù)合？在半導(dǎo)體中，電子與空穴復(fù)合時，把能量或者動量，通過碰撞轉(zhuǎn)移給 另一個電子或者另一個空穴，造成該電子或者空穴躍遷的復(fù)合過程叫 俄歇復(fù)合4. 為什么不能用費(fèi)米能級作為非平衡載流子濃度的標(biāo)準(zhǔn)而要引入準(zhǔn) 費(fèi)米能級？準(zhǔn)費(fèi)米能級和費(fèi)米能級有何區(qū)別？當(dāng)熱平衡狀態(tài)受到外界影響，遭到破壞，使半導(dǎo)體

4、處于非平衡狀態(tài) 不再存在統(tǒng)一的費(fèi)米能級，因?yàn)橘M(fèi)米能級和統(tǒng)計分布函數(shù)都是指熱平 衡狀態(tài)下。而分別就價帶和導(dǎo)帶中的電子來說 ，它們各自基本上處于 平衡狀態(tài),導(dǎo)帶和價帶之間處于不平衡狀態(tài)，準(zhǔn)費(fèi)米能級是不重合 的。1. 為什么在非平衡條件下，能用電子準(zhǔn)費(fèi)米能級來描述導(dǎo)帶的電子分 布，而不能用于描述價帶的空穴分布？因?yàn)樵诜瞧胶鉅顟B(tài)下，導(dǎo)帶和價帶在總體上處于非平衡，不能用統(tǒng)一 的費(fèi)米能級來描述導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴按能量的分布問題， 而導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴按能量在各自的能帶中處于準(zhǔn)平衡 分布2. 區(qū)別平均自由時間、弛豫時間和非平衡載流子壽命的意義？平均自由時間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時

5、間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時間越長；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成 反比關(guān)系。3. 如何區(qū)別深能級是復(fù)合中心還是陷井中心？間接復(fù)合效應(yīng)是指非平衡載流子通過位于禁帶中特別是位于禁帶中 央的雜質(zhì)或缺陷能級Et而逐漸消失的效應(yīng)，Et的存在可能大大促進(jìn) 載流子的復(fù)合；陷阱效應(yīng)是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質(zhì)或 缺陷能級Et中，使在Et上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時有較 大的變化，從引起厶nA p,這種效應(yīng)對瞬態(tài)過程的影響很重要。此 外，最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級在費(fèi)米能級 附近。一般來說，所有的雜質(zhì)或缺陷能級

6、都有某種程度的陷阱效應(yīng)， 而且陷阱效應(yīng)是否成立還與一定的外界條件有關(guān)。1. 解釋一下連續(xù)性方程中各項(xiàng)的含義？第1項(xiàng)-由于擴(kuò)散運(yùn)動，單位時間單位體積中積累的空穴數(shù)；第2,3項(xiàng) -由于漂移運(yùn)動，單位時間單位體積中積累的空穴數(shù)；第 4項(xiàng)-由于其 它某種因素單位時間單位體積中產(chǎn)生的空穴數(shù) （產(chǎn)生率）;第5項(xiàng)-為 由于存在復(fù)合過程單位時間單位體積中復(fù)合消失的空穴數(shù)。2. 非平衡載流子從半導(dǎo)體表面向體內(nèi)擴(kuò)散時， 電子和空穴的擴(kuò)散速度 是否相同，穩(wěn)定時它們在半導(dǎo)體內(nèi)部的分布是否相同。由于擴(kuò)散系數(shù)的不同，就是說在相同溫度下電子與空穴的遷移率不同 其速度為遷移率和電勢能的乘積，所以速度不同。3. 什么是丹倍效應(yīng)

7、？什么是光磁效應(yīng)？丹倍效應(yīng)：非平衡載流子擴(kuò)散速度的差異而引導(dǎo)起的光照方向產(chǎn)生電 場和電位差。光磁效應(yīng)：在光輻射情況下，物質(zhì)磁性會發(fā)生變化的現(xiàn) 象。5. D，口，t, L四個參量之間的關(guān)系如何？檢查他們各自的單位， 考論擴(kuò)散系數(shù)與那些物理量有關(guān)？L=（D T1/2 D=kT g6. 如下圖所示，AB能帶傾斜，費(fèi)米能級在同一水平線上，在這種情 況下，是否存在：Ec1) 電子擴(kuò)散流2) 電子漂移流3) 總電流1. 平衡p- n結(jié)有什么特點(diǎn)，畫出勢壘區(qū)中載流子漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn) 動的方向。平衡態(tài)p n結(jié)的能.帚圖2. 定性地畫出正向偏置時p- n結(jié)能帶圖；在圖上標(biāo)出準(zhǔn)費(fèi)米能級地 位置，并與平衡時p -

8、n結(jié)能帶圖進(jìn)行比較。ppP O n正向偏屈下妁pc結(jié)妁費(fèi)耒施圾3. 平衡p - n結(jié)既然存在有電勢差，為什么p - n結(jié)又不能作為固體電池呢?p-n結(jié)的內(nèi)電勢是為了抵消結(jié)兩邊載流子因濃度差而產(chǎn)生的擴(kuò)散運(yùn)動 而產(chǎn)生的4. p - n結(jié)處的空間電荷層寬度的數(shù)量級是多少？這種空間電荷層是 由什么組成的？5. 寫出p- n結(jié)整流方程，并說明方程中每一項(xiàng)的物理意義？對于較 大的正向偏置和反向偏置，這個方程分別說明什么樣的物理過程？J=JSexp (qV/kT)-1正向偏壓，V0,正向電流密度隨正向偏壓指數(shù)增大；反向電流密度為常數(shù)，不隨偏壓改變6. 反向電流由哪幾部分構(gòu)成的？在一般情況下什么是主要的？為什

9、 么反向電流和溫度關(guān)系很大?J = _J =_擷嚴(yán)+叫幾0)7. 解釋硅p-n結(jié)的反向電流隨反向電壓增加而增大的原因。厶X 丁/8. 在測試p-n結(jié)反向電流時，有光照和無光照是不一樣的，試問哪種情況下數(shù)值大？為什么？ 有光照大。處于反偏的PN結(jié)，無光照時，反向電阻很大，反向電流 很小；有光照時，光子能量足夠大產(chǎn)生空穴對，在 PN結(jié)電場作用下, 形成光電流，電流方向與反向電流一致，光照越大電流越大。9. 考慮一個兩側(cè)摻雜濃度相等的突變 p- n結(jié)，畫出其電荷、電場強(qiáng)度、電勢在反偏條件下與到p-n結(jié)距離x的函數(shù)關(guān)系1. 分別畫出正向、反向偏置p-n結(jié)n側(cè)少數(shù)載流子的濃度與到p- n 結(jié)距離之間的函

10、數(shù)關(guān)系曲線，指出過剩載流子濃度何處為正，何處為 負(fù)？正偏，耗盡層邊界少子積累Wr*ip 1in1ppO兒反偏，耗盡層邊界少子耗盡2. 說明p- n結(jié)勢壘電容和擴(kuò)散電容的物理意義，分別討論它們與電 流或電壓的關(guān)系。反偏p-n結(jié)有無擴(kuò)散電容？為什么？p-n結(jié)的勢壘電容是勢壘區(qū)中空間電荷隨電壓而變化所引起的一種 效應(yīng)（微分電容），相當(dāng)于平板電容。反向偏壓越大，勢壘厚度就越 大，則勢壘電容越小。加有正向偏壓時，則勢壘厚度減薄，勢壘電容 增大，但由于這時正偏p-n結(jié)存在有導(dǎo)電現(xiàn)象，不便確定勢壘電容， 不過一般可認(rèn)為正偏時 p-n結(jié)的勢壘電容等于0偏時勢壘電容的4 倍。p-n結(jié)的擴(kuò)散電容是兩邊擴(kuò)散區(qū)中少數(shù)

11、載流子電荷隨電壓而變 化所引起的一種微分電容效應(yīng)，因此擴(kuò)散電容是伴隨著少數(shù)載流子數(shù) 量變化的一種特性。正向電壓越高，注入到擴(kuò)散區(qū)中的少數(shù)載流子越 多，則擴(kuò)散電容越大，因此擴(kuò)散電容與正向電壓有指數(shù)函數(shù)關(guān)系。 無， 少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流，此時 PN結(jié)截止。3. 為什么p - n結(jié)的接觸電位差不能通過萬用表跨接在二極管兩端的方法進(jìn)行測量？4. 當(dāng)p- n結(jié)n型區(qū)的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 p型區(qū)的電導(dǎo)率時，p-n結(jié)電 流主要是空穴流還是電子流？5. 說明處于開路條件下的突變 p- n結(jié)其接觸電位差與哪些物理量有 關(guān)？為什么一個開路的p - n結(jié)必然形成接觸電位差？6. 說明p-n結(jié)理想模型（

12、即擴(kuò)散模型）的基本假設(shè)。在推導(dǎo) p-n結(jié) 電流-電壓關(guān)系時，這些基本假設(shè)體現(xiàn)在哪些地方？小注入-即注入少數(shù)載流子濃度比平衡多數(shù)載流子濃度小得多；突變耗盡層-即外加電壓和接觸電勢差都落在耗盡層上，耗盡層中的 電荷是由電離施主和電離受主的電荷組成，耗盡層外的半導(dǎo)體是電 中性的。因此，注入的少數(shù)載流子在p區(qū)和n區(qū)是純擴(kuò)散運(yùn)動；通過耗盡層的電子和空穴電流為常量-耗盡層中沒有載流子的產(chǎn)生及復(fù) 合作用；玻耳茲曼邊界條件-即在耗盡層兩端，載流子分布滿足玻耳 茲曼統(tǒng)計分布7. 對于非理想情況應(yīng)做如何修正（著重從物理角度予以說明）？測量結(jié)果與理論值存在差異的主要原因： 勢壘區(qū)中載流子的產(chǎn)生與 復(fù)合對電流影響；大

13、的注入條件；表面復(fù)合；串聯(lián)電阻效應(yīng)8. p -n結(jié)的接觸電勢差有無可能超過禁帶寬度？為什么？9. 比較不同電阻率的錯p-n結(jié)及其反向電流的大小。比較電阻率近 似相等的錯和硅p- n結(jié)，其反向電流的大小。.1什么是歐姆接觸？實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的方法是什么 ？簡要說明其物理原 理。指金屬與半導(dǎo)體的接觸，其接觸面的電阻遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻， 實(shí)現(xiàn)的主要措施是在半導(dǎo)體表面層進(jìn)行高參雜或引入大量的復(fù)合中 心。在不考慮表面態(tài)的時候，重?fù)诫s的 pn結(jié)可以產(chǎn)生顯著的隧道電 流。金屬和半導(dǎo)體接觸時，如果半導(dǎo)體摻雜濃度很高，則勢壘區(qū)寬度 很薄，電子也要通過隧道效應(yīng)貫穿勢壘產(chǎn)生相當(dāng)大的隧道電流，甚至超過熱電子發(fā)射電流而

14、成為電流的主要成分。當(dāng)隧道電流占主導(dǎo)地位時，它的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。所以，當(dāng)半導(dǎo)體重 摻雜時，它與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸2. 試比較p-n結(jié)和肖特基結(jié)主要異同點(diǎn)。共同點(diǎn)：由載流子進(jìn)行電流傳導(dǎo)。不同點(diǎn)：p-n結(jié)由少數(shù)載流子 來進(jìn)行電流傳導(dǎo)；肖特基結(jié)的主要傳導(dǎo)機(jī)制是半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的 熱電子發(fā)射越過電勢勢壘而進(jìn)入金屬中。3. 比較擴(kuò)散理論和熱電子發(fā)射理論的異同點(diǎn)，其物理實(shí)質(zhì)有何不同。以N型半導(dǎo)體為例（1）熱電子發(fā)射理論：當(dāng)n型阻擋層很薄，以至 于電子平均自由程遠(yuǎn)大于勢壘寬度時，電子在勢壘區(qū)的碰撞可以忽 略，因此，這時起決定作用的是勢壘高度。半導(dǎo)體內(nèi)部的電子只要有 足

15、夠的能量越過勢壘的頂點(diǎn)，就可以自由地通過阻擋層進(jìn)入金屬。 同 樣，金屬中能超越勢壘頂?shù)碾娮右捕寄艿竭_(dá)半導(dǎo)體內(nèi)。理論計算可以得出，這時的總電流密度Jst與外加電壓無關(guān)，是一個更強(qiáng)烈地依賴 于溫度的函數(shù)。（2）擴(kuò)散理論：對于n型阻擋層，當(dāng)勢壘寬度比電子平均自由程大得多時，電子通過勢壘區(qū)將發(fā)生多次碰撞， 這樣的 阻擋層稱為厚阻擋層。擴(kuò)散理論正是適用于這樣的厚阻擋層。此時， 總電流密度JsD與外加電壓有關(guān)。4. 何謂熱電子？半導(dǎo)體中的電子可以吸收一定能量（如光子、外電場等）而被激發(fā)， 處于激發(fā)態(tài)的電子稱為熱電子，處于激發(fā)態(tài)的電子可以向較低的能級 躍遷，如果以光輻射的形式釋放出能量，這就是半導(dǎo)體的發(fā)光現(xiàn)象1. 金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)是如何定義的？半導(dǎo)體的功函數(shù)與那些因素有關(guān)？金屬的功函數(shù)表示一個起始能量等于費(fèi)米能級的電子， 由金屬內(nèi)部逸 出到表面外的真空中所需的最小能量。Eo與費(fèi)米能級之差稱為半導(dǎo)體的功函數(shù)。與費(fèi)米能級，電子的親和能有關(guān)2. 說明金屬-半導(dǎo)體接觸在什么條件下能形成接觸勢壘（阻擋層）？ 分析n型和p型形成阻擋層和反阻擋層的條件？所謂阻擋層，在半導(dǎo)體的勢壘區(qū)，形成的空間電荷區(qū)，它主要由正的 電離施主雜質(zhì)或負(fù)的電離受主雜質(zhì)形成，其多子電子或空穴濃度比體 內(nèi)小得多，是一個高阻區(qū)域，在