大學(xué)專業(yè)課考試復(fù)習(xí)資料--半導(dǎo)體物理學(xué)題庫

1、大學(xué)專業(yè)課考試復(fù)習(xí)資料-半導(dǎo)體物理學(xué)題庫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(fèi)米分布函數(shù)）3 兩種不同半導(dǎo)體接觸后,  費(fèi)米能級較高的半導(dǎo)體界面一側(cè)帶_電，達(dá)到熱平衡后兩者的費(fèi)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

2、出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷稱為_；形成原子空位而無間隙原子的點(diǎn)缺陷稱為_。（弗侖克耳缺陷，肖特基缺陷）6 在一定溫度下，與費(fèi)米能級持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為_，高于費(fèi)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(fèi)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)

3、構(gòu)式多種多樣的，常見的Ge和Si材料，其原子均通過共價鍵四面體相互結(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(yùn)過程中，會受到各種散射機(jī)構(gòu)的散射，主要散射機(jī)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

4、要有兩大類：_的直接復(fù)合和通過禁帶內(nèi)的_進(jìn)行復(fù)合。（電子和空穴，復(fù)合中心）14. 反向偏置pn結(jié)，當(dāng)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(jī)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

5、. 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. 價帶          D. 費(fèi)米能級 4對于只含一種雜質(zhì)的非簡并n型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級EF隨溫度上升而（ D ）。

6、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(dāng)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/n0                B. 1/n          C. 1/p0     

7、60;    D. 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(kuò)散時間8. 對于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時，減少摻雜濃度，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

8、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(dá)式是（ C ）。A. B. C. D. 13. 如在半導(dǎo)體中以長聲學(xué)波為主要散射機(jī)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?dú)夥罩型嘶穑瑫械〈糠值牧?，這會在磷化鎵中出現(xiàn)（ D ）。A.

9、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=15µs，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30µs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(yùn)動為（   B ）。 A. 

10、漂移運(yùn)動    B. 擴(kuò)散運(yùn)動   C. 熱運(yùn)動  D. 共有化運(yùn)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<100>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<111>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<111>方向的8個橢球等能面 D. 位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿<100>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(yùn)過程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)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

11、大，變小 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    &#

12、160;  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（ 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(dāng)施主能級ED與費(fèi)米能級EF相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（ C

13、 ）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(fèi)米能級的表達(dá)式是 。（ B ）A. B. C. D. 28. 載流子在

14、電場作用下的運(yùn)動為（   A ）。 A. 漂移運(yùn)動    B. 擴(kuò)散運(yùn)動   C. 熱運(yùn)動  D. 共有化運(yùn)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1×1015cm-3的硅 B. 含磷1×1016cm-3的硅C. 含硼1×1015cm-3，磷1×1016cm-3的硅 D. 純凈的硅30.一般可以認(rèn)為，在溫度不很高時，能量大于費(fèi)米能級的量子態(tài)基本上_，而能量小于費(fèi)米能級的量子態(tài)基本上為_，而電子占據(jù)費(fèi)米能級

15、的概率在各種溫度下總是_，所以費(fèi)米能級的位置比較直觀地標(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，通常就說費(fèi)米能級標(biāo)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(fèi)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(fèi)米分布函數(shù)： 費(fèi)米能級EF是確定費(fèi)米分布函數(shù)的一個重要物理參數(shù)，在絕對零度是，費(fèi)米能級EF反映了未占和被占量子態(tài)的能量分界線，在某有限溫度時的費(fèi)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

16、定了一定溫度下的費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)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(jìn)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)；什么是雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？ 答：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電

17、離后將成為帶正電（電離施主）或帶負(fù)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(yuǎn)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(xiàn)，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(dāng)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(bǔ)償。利用雜質(zhì)補(bǔ)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

18、將成為帶負(fù)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(fù)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(fù)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(jìn)復(fù)合，稱這些促進(jìn)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。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(yùn)

19、動和擴(kuò)散運(yùn)動有什么不同？兩者之間有什么聯(lián)系？答：漂移運(yùn)動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動，而擴(kuò)散運(yùn)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(yùn)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(yùn)動與擴(kuò)散運(yùn)動之間通過遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)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(dāng)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)致了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動。對于p區(qū)，空穴離開后留下了不可動的帶負(fù)電荷的電離受主

20、，因此在p區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了一個負(fù)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(fù)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(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動方向相反，內(nèi)建電場阻礙載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。隨內(nèi)建電場增強(qiáng)，載流子的擴(kuò)散和漂移達(dá)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

21、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(fù)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(yùn)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(jī)構(gòu)是什么？寫出其主要散射機(jī)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(jī)構(gòu)為長聲學(xué)波散射和電離雜質(zhì)散射其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(qiáng)度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：； 其單位為：cm2/V×s 半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為： 其大小與