(完整word版)半導體物理與器件習題

1、第一章固體晶格結(jié)構(gòu)71. 如圖是金剛石結(jié)構(gòu)晶胞，若a是其晶格常數(shù)，則其原子密度是。2所有晶體都有的一類缺陷是：原子的熱振動，另外晶體中常的缺陷有點缺陷、線缺陷。3. 半導體的電阻率為10-3109Qcm。4. 什么是晶體？晶體主要分幾類？5. 什么是摻雜？常用的摻雜方法有哪些？答：為了改變導電性而向半導體材料中加入雜質(zhì)的技術(shù)稱為摻雜。常用的摻雜方法有擴散和離子注入6. 什么是替位雜質(zhì)？什么是填隙雜質(zhì)？7. 什么是晶格？什么是原胞、晶胞？第二章量子力學初步1量子力學的三個基本原理是三個基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不確定原理。2. 什么是概率密度函數(shù)？3描述原子中的電子的四個量子數(shù)是：

2、。第三章固體量子理論初步1. 能帶的基本概念 能帶(energyband)包括允帶和禁帶。 允帶(allowedband):允許電子能量存在的能量范圍。 禁帶forbiddenband):不允許電子存在的能量范圍。 允帶又分為空帶、滿帶、導帶、價帶。 空帶(emptyband):不被電子占據(jù)的允帶。 滿帶filledband):允帶中的能量狀態(tài)(能級)均被電子占據(jù)。導帶：有電子能夠參與導電的能帶，但半導體材料價電子形成的高能級能帶通常稱為導帶。價帶:由價電子形成的能帶，但半導體材料價電子形成的低能級能帶通常稱為價帶。2. 什么是漂移電流？漂移電流：漂移是指電子在電場的作用下的定向運動，電子的定

3、向運動所產(chǎn)生的電流。3. 什么是電子的有效質(zhì)量？晶格中運動的電子，在外力和內(nèi)力作用下有：F=F+F=ma,m是粒子靜止的質(zhì)量。總外內(nèi)F外=m*a,m*稱為電子的有效質(zhì)量。nn4. 位于能帶底的電子，其有效質(zhì)量為正，位于能帶頂電子，其有效質(zhì)量為負。5. 在室溫T=300K，Si的禁帶寬度：Eg=1.12eVGe的禁帶寬度：Eg=0.67eVGaAs的禁帶寬度：Eg=1.43eVEg具有負溫度系數(shù)，即T越大，Eg越小;6.Eg反應了，在相同溫度下，Eg越大，電子躍遷到導帶的能力越弱。在熱平衡狀態(tài)下，晶體中的電子在不同能量的量子態(tài)上統(tǒng)1計分布幾率是一定的，電子遵循費米統(tǒng)計律，電子的費米分布函數(shù)是：f

4、(E)=喬亍1+exp(f)費米能級e和溫度、半導體材料的導電類型、雜質(zhì)的含量有關(guān)。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)有統(tǒng)一的費米能級。因此，在溫度不很高時，能量大于費米能級的量子態(tài)基本沒有被電子占據(jù)，而能量小于費米能級的量子態(tài)基本上為電子所占據(jù);而電子占據(jù)費米能級的幾率在各種溫度下總是1/2.費米能級標志了電子填充能級的水平，比E高的量子態(tài)，基本為空，而比E底的量子態(tài)基本上全被電子所占滿.這樣費米能級E就成為量子FF態(tài)是否被電子占據(jù)的分界線：1) 能量高于費米能級的量子態(tài)基本是空的2) 能量低于費米能級的量子態(tài)基本是滿的;3）能量等于費米能級的量子態(tài)被電子占據(jù)的幾率是50%。4）費米能級越高，說明有較多的

5、能量較高的量子態(tài)上有電子.7什么是非簡并半導體？什么是簡并半導體？通常將服從玻耳茲曼統(tǒng)計規(guī)律的半導體稱為非簡并半導體；而將服從費米統(tǒng)計分布規(guī)律的半導體稱為簡并半導體。8什么是空穴，空穴是怎樣形成的？當一個價電子躍入導帶后，就會留下一個帶正電的“空狀態(tài)”；價電子在空狀態(tài)中的移動等價為那些帶正電的空狀態(tài)的自身運動；帶正電的空狀態(tài)移動可以看成一個正電荷在價帶中運動；這種可以形成電流的正電荷載流子空穴。9什么是直接帶隙半導體？什么是間接帶隙半導體？10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11. 在某半導體

6、摻入硼的濃度為10i4cm-3,磷為10i5cm-3，則該半導體為（B）半導體。A.本征B.n型C.p型D.不確定12. 當半導體材料處于熱平衡時，其電子濃度與空穴濃度的乘積為（B）。A.變化量B.常數(shù)C.受主雜質(zhì)濃度D.施主雜質(zhì)類型13在一定溫度下，對一非簡并n型半導體材料，減少摻雜濃度，會使得（C）靠近中間能級E。iA.EB.EC.ED.Ec-EcvFF第四章平衡半導體（本章重點學習本征半導本、費米能級、載流子的分布等相半概念結(jié)論。）1. 什么是本征半導體？答：征半導體是指純凈的沒有雜質(zhì)原子和缺陷的純凈晶體。2. 本征半導體是指（A）的半導體。A.不含雜質(zhì)和晶格缺陷B.電阻率最高C.電子密

7、度和空穴密度相等D.電子密度與本征載流子密度相等3熱平衡狀態(tài)下，非簡并半導體的導帶的電子濃度是4熱平衡狀態(tài)下，非簡并半導體的價帶的空穴濃度是p=Nexp（-fv）0vkT05. 什么叫本征激發(fā)？其特點是什么？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說明之。解：在一定溫度下，價帶電子獲得足夠的能量（2E）被激發(fā)到導帶成為導電電子的過程就是本征激發(fā)。本征激發(fā)的特點：成對的產(chǎn)生導帶電子和價g帶空穴。本征激發(fā)結(jié)果是在半導體中出現(xiàn)成對的電子-空穴對。如果溫度升高，禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會有更多的電子被激發(fā)到導帶中。6. 本征載流子的濃度與什么有關(guān)？與溫度有什么關(guān)關(guān)系？7. 什么叫施主

8、？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出n型半導體。解：半導體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電離子，并同時向?qū)峁╇娮?，這種雜質(zhì)就叫施主。施主電離成為帶正電離子（中心）的過程就叫施主電離。施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在Si中摻P，P為V族元素，本征半導體Si為IV族元素，P摻入Si中后，P的最外層電子有四個與Si的最外層四個電子配對成為共價電子，而P的第五個外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實的束縛進入導帶成為自由電子。這個過程就是施主電離。n型半導體的能帶圖如圖所示：其費米能級位于禁帶上方EcEfEv8. 什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有

9、何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出p型半導體解：半導體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負電的離子，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，電離后帶負電。例如，在Si中摻B，B為III族元素，而本征半導體Si為V族元素，P摻入B中后，B的最外層三個電子與Si的最外層四個電子配對成為共價電子，而B傾向于接受一個由價帶熱激發(fā)的電子。這個過程就是受主電離。p型半導體的能帶圖如圖所示：其費米能級位于禁帶下方EcEfEv9若半導體導帶中發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零，則該半導體必定（D）。A.不含施主雜質(zhì)B. 不含受主雜質(zhì)C. 不含任何雜

10、質(zhì)D. 處于絕對零度10. 試分別定性定量說明：（1）在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；（2）對一定的材料，當摻雜濃度一定時，溫度越高，載流子濃度越高。解：（1）在一定的溫度下，對本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，則躍遷所需的能量越小，所以受激發(fā)的載流子濃度隨著禁帶寬度的變窄而增加。由公式：Egn=QNNe2k0t也可知道，溫度不變而減少本征材料的禁帶寬度，上式中的指數(shù)項將因此而增加，從而使得載流子濃度因此而增加。（2）對一定的材料，當摻雜濃度一定時，溫度越高，受激發(fā)的載流子將因此而增加。由公式'E-E）FVkT丿0n=Nexp-0E-E)cFkT丿0

11、和p=Nexp-0V可知，這時兩式中的指數(shù)項將因此而增加，從而導致載流子濃度增加。11. 費米能級與什么有關(guān)？有怎樣的關(guān)系？（注意理解下圖可以說明，請參圖說明）N(cm'圖4.19各種摻雜濃度下費米能級的位置隨溫度變化的函數(shù)圖121、熱平衡狀態(tài)下半導體系統(tǒng)有統(tǒng)一的費米能級；2、E標志是電子填充能級水平，E>E的量子態(tài)，基本是空的，E<E基本全部填滿。FFF13. 已知室溫條件下，一半導體處在熱平衡狀態(tài)，其電子濃度為10i6cm-3,空穴濃度為2.25X104cm-3,則室溫條件下此半導體的本征載流子的濃度第五章載流子輸運現(xiàn)象1. 什么是載流子的漂移運動？什么是載流子的擴散運

12、動？漂移運動：載流子在外場E的作用下的定向運動；擴散運動：存在載流子濃度梯度條件下的定向運動。2. 何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？解：遷移率是單位電場強度下載流子所獲得的漂移速率。影響遷移率的主要因素有能帶結(jié)構(gòu)（載流子有效質(zhì)量）、溫度和各種散射機構(gòu)。3. 漂移運動和擴散運動有什么不同？解：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。4. 漂移運動與擴散運動之間有什么聯(lián)系？非簡并半導體的遷移率與擴散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？解：漂移運動與擴散運動之間通

13、過遷移率與擴散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導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5. 一般說來半導體中電子的遷移率大手空穴的遷移率。6常見的載流子的散射主要有聲子散射和電離雜質(zhì)散射。7什么是霍爾效應？其主要用途是什么？電場和磁場對運動電荷施加力的作用產(chǎn)生的效應為霍爾效應。其主要用途是：判斷半導體的導電類型、計算多數(shù)載流子的濃度和遷移率8公式卩二qT/m*中的T是半導體載流子的（C）。A.遷移時間B.壽命C.平均自由時間D.擴散時間9. 如果溫度升高，半導體中的電離雜質(zhì)散射概率和晶格振動散射概率的變化分別是（C）。A.變大，變大B.變小，變小C.變小，變大D.變

14、大，變小第六章半導體中的非平衡過剩載流子本章重點 載流子的產(chǎn)生與復合 過剩載流子的性質(zhì) 雙極輸運準費米能級001. 平衡態(tài)半導體的標志就是具有統(tǒng)一的費米能級E，此時的平衡載流子濃度n和p唯一由E決定。平衡態(tài)非簡并半導體的n和p乘積為Enp=NNexp（-手）=n200cvkTiF2. 什么是小注入？什么是大注入？小注入：過剩載流子濃度遠小于平衡態(tài)時的多子濃度.大注入：過剩載流子濃度接近或大于平衡時多子的濃度.3. 什么是非平衡載流子？4. 什么是非平衡載流子的復合：當產(chǎn)生非平衡載流子的外部作用撤除后，由于半導體的內(nèi)部作用，使它由非平衡態(tài)恢復到平衡態(tài)，過剩載流子逐漸消失，這一過程稱為非平衡載流子

15、的復合。En-En二nexp（f肛）ikt0（E-Ep、p二nexp（Fif、ikt05. 什么是雙極輸運？帶負電的電子和帶正電的空穴以同一個遷移率或擴散系數(shù)一起漂移或擴散的現(xiàn)象稱為雙極輸運6. 處在非平衡狀態(tài)下的半導體其電子的濃度分布請給出證明過程。7. 處在非平衡狀態(tài)下的半導體其空穴的濃度分布請給出證明過程。8. 注意對準費米能級的理解：電子濃度增加，電子的準費米能級稍微靠近導帶；空穴濃度顯著增加，空穴的準費米能級更加明顯地靠近價帶；第七章pn結(jié)本章重點pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)零偏反偏1. 什么是PN結(jié)？由P型半導體和N型半導體實現(xiàn)冶金學接觸（原子級接觸）所形成的結(jié)構(gòu)叫做PN結(jié)。2. 常用的兩種形

16、成pn結(jié)的工藝是合金法、擴散法。3. 平衡時PN結(jié)的內(nèi)建電勢差是：第八章pn結(jié)二極管本章重點pn結(jié)電流pn結(jié)的小信號模型產(chǎn)生、復合電流結(jié)擊穿1. PN結(jié)加正向電壓時，其正向電流是（）2C.少子漂移而成B.少子擴散而成PN結(jié)正偏電流密度與電壓關(guān)系式：A.多子擴散而成3. 什么是PN結(jié)擊穿？對pn結(jié)加的反向電壓增大到某一數(shù)值時，反向電流突然開始迅速增大，這種現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿4. 什么是隧道二極管？n區(qū)與p都為簡并摻雜的pn結(jié)稱為隧道二極管。5. PN結(jié)擊穿主要有雪崩擊穿、隧道擊穿（齊納擊穿）。第九章金屬半導體和半導體異質(zhì)結(jié)本章重點：功函數(shù)肖特基勢壘二極管電子親和勢歐姆接觸1. pn結(jié)中的電流是由

17、少數(shù)載流子的擴散運動決定的，而肖特基勢壘二極管中的電流是由多數(shù)載流子通過熱電子發(fā)射躍過內(nèi)建電勢差而形成的。2. 肖特基勢壘二極管的有效開啟電壓（A）pn結(jié)二極管的有效開啟電壓。A.低于B.高于C.等于D.不大于3. 什么是肖特基接觸？什么是歐姆接觸？二者有什么不同？4. 什么是異質(zhì)結(jié)？5. 什么是二維電子氣？第十章雙極晶體管本章重點:雙極晶體管的工作原理1. 三極管在電路中的連接方式有三種：共基極接法、共發(fā)射極接法、共集電極接法。2. 為了使三極管具有正常的電流放大作用，都必須外加大小和極性適當?shù)碾妷?，即必須給發(fā)射結(jié)力遠向偏置電壓，發(fā)射區(qū)才能起到向基區(qū)注入載流子的作用；必須給集電結(jié)加反向偏置電

18、壓在集電結(jié)才能形成較強的電場，才能把發(fā)射區(qū)注入基區(qū)，并擴散到集電結(jié)邊緣的載流子拉入集電區(qū)，使集電區(qū)起到收集載流子的作用。3. 什么是基區(qū)寬變效應？晶體管中，隨B-C結(jié)反偏電壓的增加，B-C結(jié)空間電荷區(qū)寬度增加，基區(qū)寬度減小，使得少子濃度梯度增加，這種效應稱為基區(qū)寬度調(diào)制效應（基區(qū)寬變效應）。4. 在BJT中，發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高時，由于禁帶變窄效應，會使電流增益比理想狀況下（C）。A.變大壓器B.相同C.變小D.不確定5. 什么是BJT的穿通?BJT中，隨反偏B-C結(jié)電壓的增加，B-C結(jié)空間電荷區(qū)寬度擴展到B區(qū)中性區(qū)中。B-C結(jié)耗盡區(qū)穿透基區(qū)到達B-E結(jié)，即與發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)相連，這種現(xiàn)象稱為穿通。

19、6. 若共基極BJT的電流增益是0.998,則此晶體管共射極的電流增益是499.第十一章金屬-氧化物-半導體場效應晶體管基礎(chǔ)1. 在MOS器件中，半導體為p型時，柵極加大的一壓時，可出現(xiàn)n型反型層；半導體為n型時，柵極加大的壓時，可出現(xiàn)p型反型層.（C）A.正,正B.負,正C.正,負D.負,負2. 在MOS器件中，不論半導體是p型還是n型，柵極加負壓時，半導體表面的能帶向彎曲；柵極加正壓，半導體表面的能帶向彎曲。（B）A.上，上B.上，下C.下，下D.下，上3. MOS電容閾值反型點條件是什么？MOS電容閾電壓是什么？表面勢=費米勢的2倍，表面處的空穴濃度=體內(nèi)的電子濃度，此時所加的電壓稱為閾

20、值電壓（即柵電壓=閾值電壓）。4. 什么是MOS電容的平帶電壓？產(chǎn)生原因是什么？使半導體表面能帶無彎曲需施加的柵電壓.來源：金屬與半導體之間的功函數(shù)差；氧化層中的凈空間電荷5. 按照導電類型分MOS管分為NMOS和PMOS,按照零柵壓時有無溝道又分為增強型和耗盡型兩種形式。6. 對于MOSFET，半導體襯底材料為p型時，柵極加大的壓時，可出現(xiàn)型反型層（A）。A.正，n,B.負，nC.正，pD.負，p7. 對于MOSFET，半導體襯底材料為n型時，柵極加大的壓時，可出現(xiàn)型反型層（D）。A.正，n,B.負，nC.正，pD.負，p8. 從載流子濃度的上考慮，對P型襯底的MOS電容，閾值反型點條件：表

21、面處的電子濃度=體內(nèi)的空穴濃度.9. 什么是MOS電容的平帶電壓？什么是MOS電容的閾值電壓？使半導體表面能帶無彎曲需施加的柵電壓.達到閾值反型點時所需的柵壓即為MOS電容的閾值電壓.10.對于p型襯底的MOSFET，什么是增強型MOSFET?什么是耗盡型MOSFET?當閾值電壓為正值時，MOSFET為增強型，當閾值電壓為負值時，MOSFET為耗盡型。11.對于n型襯底的MOSFET，什么是增強型MOSFET?什么是耗盡型MOSFET?12. 對于p型襯底MOS結(jié)構(gòu)，負偏柵壓時為堆積模式，正偏柵壓時為反型模式。13. 對于n型襯底MOS結(jié)構(gòu)，正偏柵壓時為堆積模式，負偏柵壓時為反型模式。（15題）14. 什么是界面態(tài)?半導體在界面處周期性突然終止，以便允許電子能級存在于禁帶中這些允許的能態(tài)稱為界面態(tài)。15. 如圖為一個MOSFET的電路符號，由此看出，該MOSFET是（A）。A.p溝道增強型的B.p溝道耗盡型的C.n溝道增強型的D.n溝道耗盡型的16.如圖為一個MOSFET的電路符號，由此看出，該MOSFET是（B）。A.p溝道增強型的B.p溝道耗盡型的