半導(dǎo)體物理學(xué)試題庫

1、一.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o（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稱為o（界侖克

2、耳缺陷，肖特基缺陷）6. 在一定溫度卞，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o（1/2,l/1+exp）7. 從能帶角度來看，豬、硅屬于半導(dǎo)體，而確化稼屬于半導(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，其原子均通過共價鍵四面體相互結(jié)合，屬于結(jié)構(gòu)；與

3、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，主要有兩人類：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. 反向偏置pn結(jié)，當(dāng)電壓升高到某值時，反向電流急劇增加，這

4、種現(xiàn)彖稱為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）二選擇題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.價帶D.費米能級4. 對于只含一種雜質(zhì)的非簡并11型半導(dǎo)體，費米能級Ef隨溫度上升而（D）。A.

5、 單調(diào)上升B.單調(diào)下降C.經(jīng)過一個極小值趨近ElD.經(jīng)過一個極人值趨近E15. 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.1/110B.1/AnC.1/pOD.1/Ap6. 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p=qThn中的t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，減少摻雜濃度，將導(dǎo)致（D）靠近E。A.EcB.EvC.EgD.Er9.在晶體硅中摻入元素（B）雜質(zhì)后，能形成N型半導(dǎo)體。B.磷C硼D.錫1

6、0. 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)量較人的原子組成的半導(dǎo)體中的空穴B. 價帶頂附近曲率較人的等能面上的空穴C. 價帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴D. 自旋一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.exp（E“）B.exp（氣節(jié)"）C.exp（'予）D.exp（-E,）k°Tk0Tk0TkQT13. 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

7、的（B）。3A.平方成正比B.次方成反比23C.平方成反比D.一次方成正比214. 把磷化稼在氮氣氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化鐐中出現(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.塊半導(dǎo)體壽命t=15Ms,光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停止30ps后,其中非平衡載流子將衰減到原來的（C）。A.1/4B.1/eC.1/e2D.1/217. 半導(dǎo)體中由于濃度

8、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)體中的載流子輸運過程的散射機構(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.變大，變小E.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E.比半導(dǎo)體的小C.與半

9、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kHOB.波矢kHO,波矢k=0或附近C.波矢k=0,波矢kHOD.波矢k=0或附近，波矢kHO或k=022. 豬的晶格結(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E.閃鋅礦型和直接禁帶型C.金剛石型和間接禁帶型D.閃鋅礦型和河接禁帶型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)電性能有很犬影響，卜面哪兩種雜質(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.

10、 當(dāng)施主能級En與費米能級壓相等時，電離施主的濃度為施主濃度的（C）倍：A.1B.1/2C.1/3D.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)&是乙的3/4,mn*/nio值是乙的2倍，那么用類氫模型計算結(jié)果是（D）oA. 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)體費米能級的表達式是o（B）A.

11、E'+E'W222NCB.Ec+Ev+k°TInNv22NcNc.E,“葉cE+EvD.L228. 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1X1015cm-3的硅B.含磷1X1016cm-3的硅C.含硼1X1015cm'磷1X1016cm's的硅D.純凈的硅30般可以認(rèn)為，在溫度不很高時，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(biāo)志了電子占據(jù)量子態(tài)的情況，

12、通常就說費米能級標(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)，1/2B.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù)，1/2C.沒有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3D.電子所占據(jù)，沒有被電子占據(jù),1/3三簡答題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):f(E)=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，費米能級壓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米能級壓反映了量子態(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

13、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)體中的費米能級壓一般位于禁帶內(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壓就町以統(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(yuǎn)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(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

14、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，在常溫卜很難電離，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(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(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

15、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。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

16、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。即卩_q6. 簡要說明pii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)的擴散運動。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，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

17、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)建電場作用卞，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。d2E(k)dk2答：能帶中電子或空穴的有效質(zhì)量nf的定義式為：/77#=-有效質(zhì)量nf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

18、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)散射其散射幾率和溫度的關(guān)系為：聲學(xué)波散射：p嚴(yán)T",電離雜質(zhì)散射：pH"9. 說明能帶中載流子遷移率的物理意義和作用。答：載流子遷移率卩反映了單位電場強度下載流子的平

19、均漂移速度，其定義式為:半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為:一*其人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。四.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：電子俘獲率二rr.n(N-nt)乙：電子產(chǎn)生率=rr.nintni=niexp(E：-Ej/koT)丙：空穴俘獲率二“pmJ：空穴產(chǎn)生率二rppi(Nt_nt)p：二niexp(Ei-Ej/koT)穩(wěn)定情況下凈復(fù)合率U二甲一乙二丙-丁(1)穩(wěn)定時甲+丁二丙+乙將四個過程的表達式代入上式解得=Nti%+Ppijn+nj+r/