《半導(dǎo)體物理學(xué)》習(xí)題庫說課材料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。半導(dǎo)體物理學(xué)習(xí)題庫-第1章思考題和習(xí)題1.300K時硅的晶格常數(shù)a=5.43，求每個晶胞內(nèi)所含的完整原子數(shù)和原子密度為多少？2.綜述半導(dǎo)體材料的基本特性及Si、GaAs的晶格結(jié)構(gòu)和特征。3.畫出絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體的簡化能帶圖，并對它們的導(dǎo)電性能作出定性解釋。4.以硅為例，簡述半導(dǎo)體能帶的形成過程。5.證明本征半導(dǎo)體的本征費(fèi)米能級Ei位于禁帶中央。6.簡述遷移率、擴(kuò)散長度的物理意義。7.室溫下硅的有效態(tài)密度Nc=2.81019cm-3,T=0.026eV,禁帶寬度Eg=1.12eV，如果忽略禁帶寬度隨溫

2、度的變化，求：（a）計(jì)算77K、300K、473K3個溫度下的本征載流子濃度。（b）300K本征硅電子和空穴的遷移率分別為1450cm2/Vs和500cm2/Vs，計(jì)算本征硅的電阻率是多少？8.某硅棒摻有濃度分別為1016/cm3和1018/cm3的磷，求室溫下的載流子濃度及費(fèi)米能級EFN的位置（分別從導(dǎo)帶底和本征費(fèi)米能級算起）。9.某硅棒摻有濃度分別為1015/cm3和1017/cm3的硼，求室溫下的載流子濃度及費(fèi)米能級EFP的位置（分別從價(jià)帶頂和本征費(fèi)米能級算起）。10.求室溫下?lián)搅诪?017/cm3的N+型硅的電阻率與電導(dǎo)率。11.摻有濃度為31016cm-3的硼原子的硅，室溫下計(jì)算：（

3、a）光注入n=p=31012cm-3的非平衡載流子，是否為小注入？為什么？（b）附加光電導(dǎo)率為多少？（c）畫出光注入下的準(zhǔn)費(fèi)米能級EFN和EFP(Ei為參考)的位置示意圖。（d）畫出平衡下的能帶圖，標(biāo)出EC、EV、EFP、Ei能級的位置，在此基礎(chǔ)上再畫出光注入時，EFP和EFN，并說明偏離EFP的程度是不同的。12.室溫下施主雜質(zhì)濃度ND=41015cm-3的N型半導(dǎo)體，測得載流子遷移率n=1050cm2/Vs，p=400cm2/Vs,T/q=0.026V,求相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長度為多少？第2章思考題和習(xí)題1簡述結(jié)空間電荷區(qū)的形成過程和動態(tài)平衡過程。2畫出平衡結(jié)，正向結(jié)與反向結(jié)的能帶圖，并進(jìn)

4、行比較。3如圖-所示，試分析正向小注入時，電子與空穴在個區(qū)域中的運(yùn)動情況。4仍如圖-為例試分析PN結(jié)加反向偏壓時，電子與空穴在個區(qū)域中的運(yùn)動情況。5試畫出正、反向PN結(jié)少子濃度分布示意圖，寫出邊界少子濃度及少子濃度分布式，并給予比較。6.用平衡PN結(jié)的凈空穴等于零的方法，推導(dǎo)出突變結(jié)的接觸電動勢差UD表達(dá)式。7簡述正反向PN結(jié)的電流轉(zhuǎn)換和傳輸機(jī)理。8何為正向PN結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流和反向PN結(jié)空間電荷區(qū)的產(chǎn)生電流。9寫出正、反向電流_電壓關(guān)系表達(dá)式，畫出PN結(jié)的伏安特性曲線，并解釋pN結(jié)的整流特性特性。10推導(dǎo)硅突變結(jié)空間電荷區(qū)電場分布及其寬度表達(dá)式。并畫出示意圖。11推導(dǎo)線性緩變變結(jié)空間電荷

5、區(qū)電場分布及其寬度表達(dá)式。并畫出示意圖。12什么叫PN結(jié)的擊穿與擊穿電壓，簡述PN結(jié)雪崩擊穿與隧道擊穿的機(jī)理，并說明兩者之間的不同之處。13如何提高硅單邊突變結(jié)的雪崩擊穿電壓？14如何提高線性緩變結(jié)的雪崩擊穿電壓？15如何減小PN結(jié)的表面漏電流？16什么叫PN結(jié)的電容效應(yīng)、勢壘電容和擴(kuò)散電容？17什么叫做二極管的反向恢復(fù)過程和反向恢復(fù)時間？提高二極管開關(guān)速度的途徑有哪些？18以N型硅片為襯底擴(kuò)硼制備PN結(jié)，已知硼的分布為高斯函數(shù)分布，襯底濃度ND=11015/cm3，在擴(kuò)散溫度為1180下硼在硅中的擴(kuò)散系數(shù)D=1.510-12cm2/s，擴(kuò)散時間t=30min，擴(kuò)散結(jié)深Xj=2.7m。試求：擴(kuò)

6、散層表面雜質(zhì)濃度Ns？結(jié)深處的濃度梯度aj？接觸電勢差UD？有兩個硅結(jié)，其中一個結(jié)的雜質(zhì)濃度,;另一個結(jié)的，求室溫下兩個PN結(jié)的接觸電動勢差。并解釋為什么雜質(zhì)濃度不同，接觸電動勢差的大小也不同。計(jì)算一硅PN結(jié)在300K時的內(nèi)建電場，。已知硅PN結(jié)：，截面積，求理想飽和電流？外加正向電壓為時的正向電流密度？電子電流與空穴電流的比值？并給以解釋。仍以上題的條件為例，假設(shè)計(jì)算反向偏壓時的產(chǎn)生電流密度。最大電場強(qiáng)度（T=300K）？求反型電壓300時的最大電場強(qiáng)度。對于一個濃度梯度為的硅線性緩變結(jié)，耗盡層寬度為。計(jì)算最大電場強(qiáng)度和結(jié)的總電壓降。一硅N結(jié)，其，面積計(jì)算反向偏壓分別等于和的么勢壘電容、空間

7、電荷區(qū)寬度和最大電場強(qiáng)度。計(jì)算硅結(jié)的擊穿電壓，其（利用簡化式）。在襯底雜質(zhì)濃度的型硅晶片上進(jìn)行硼擴(kuò)散，形成結(jié),硼擴(kuò)散后的表面濃度結(jié)深。試求結(jié)深處的濃度梯度，施加反向偏壓時的單位面積勢壘電容和擊穿電壓。設(shè)計(jì)一突變結(jié)二極管。其反向電壓為，且正向偏壓為時的正向電流為。并假設(shè)。一硅N結(jié)，求擊穿時的耗盡層寬度，若區(qū)減小到計(jì)算擊穿電壓并進(jìn)行比較。30.一個理想的硅突變結(jié)，求計(jì)算、下的內(nèi)建電場，并畫出對溫度的關(guān)系曲線。用能帶圖討論所得結(jié)果。求下零偏壓的耗盡層寬度和最大電場。第3章思考題和習(xí)題1.畫出PNP晶體管在平衡和有源工作模式下的能帶圖和少子分布示意圖。2.畫出正偏置的NPN晶體管載流子輸運(yùn)過程示意圖，

8、并解釋電流傳輸和轉(zhuǎn)換機(jī)理。3.解釋發(fā)射效率0和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)0的物理意義。4.解釋晶體管共基極直流電流放大系數(shù)，共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)的含義，并寫出、0和0的關(guān)系式。5.什么叫均勻基層晶體管和緩變基區(qū)晶體管？兩者在工作原理上有什么不同？6.畫出晶體管共基極、共發(fā)射機(jī)直流輸出、輸出特性曲線、并討論它們之間的異同。晶體管的反向電流、是如何定義的？寫出與之間的關(guān)系式并加以討論。晶體管的反向擊穿電壓、是如何定義的？寫出與之間的關(guān)系式，并加以討論。高頻時晶體管電流放大系數(shù)下降的原因是什么？描寫晶體管的頻率參數(shù)主要有哪些？它們分別的含義是什么？影響特征頻率的因素是什么？如何特征頻率？畫出晶體管共基極高頻等

9、效電路圖和共發(fā)射極高頻等效電路圖。大電流時晶體管的、下降的主要原因是什么？簡要敘述大注入效應(yīng)、基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)、發(fā)射極電流集邊效應(yīng)的機(jī)理。什么叫晶體管最大耗散功率？它與哪些因素有關(guān)？如何減少晶體管熱阻？畫出晶體管的開關(guān)波形，圖中注明延遲時間、上升時間、儲存時間、下降時間，并解釋其物理意義。解釋晶體管的飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)、臨界飽和和深飽和的物理意義。以硅平面為例，當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏狀態(tài)下，分別說明從發(fā)射極進(jìn)入的電子流，在晶體管的發(fā)射區(qū)、發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)、基區(qū)、集電結(jié)勢壘和集電區(qū)的傳輸過程中，以什么運(yùn)動形式（指擴(kuò)散或漂移）為主。試比較、的相對大小。畫出晶體管飽和態(tài)時的載流子分布，并簡述超量存儲電荷的

10、消失過程。21.畫出普通晶閘的基本結(jié)構(gòu)圖，并簡述其基本工作原理。22.有一低頻小功率合金晶體管，用N型Ge作基片，其電阻率為1.5cm，用燒銦合金方法制備發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，兩區(qū)摻雜濃度約為31018/cm3，求ro（已知Wb=50，Lne=5）。23.某一對稱的P+NP+鍺合金管，基區(qū)寬度為5，基區(qū)雜質(zhì)濃度為51015cm-3，基區(qū)空穴壽命為10（AE=AC=10-3cm2）。計(jì)算在UEB=0.26V、UCB=-50V時的基極電流IB？求出上述條件下的0和0（r01）。24.已知均勻基區(qū)硅NPN晶體管的0=0.99，BUCBO=150V,Wb=18.7，基區(qū)中電子壽命b=1us（若忽略發(fā)射結(jié)空間

11、電荷區(qū)復(fù)合和基區(qū)表面復(fù)合），求0、0、0*和BUCEO（設(shè)Dn=35cm2/s).25.已知NPN雙擴(kuò)散外延平面晶體管，集電區(qū)電阻率c=1.2cm，集電區(qū)厚度Wc=10，硼擴(kuò)散表面濃度NBS=51018cm-3，結(jié)深Xjc=1.4。求集電極偏置電壓分別為25V和2V時產(chǎn)生基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)的臨界電流密度。26.已知P+NP晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)德雜質(zhì)濃度分別為51018cm-3、21016cm-3、11015cm-3，基區(qū)寬度Wb=1.0，器件截面積為0.2mm2,當(dāng)發(fā)射結(jié)上的正向偏壓為0.5V，集電結(jié)反向偏壓為5V時，計(jì)算：（1）中性基區(qū)寬度？（2）發(fā)射結(jié)少數(shù)載流子濃度？27.對于習(xí)題26

12、中的晶體管，少數(shù)載流子在發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)德擴(kuò)散系數(shù)分別為52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s，對應(yīng)的少數(shù)載流壽命分別為10-8s、10-7s、10-6s，求晶體管的各電流分量？28.利用習(xí)題26、習(xí)題27所得到的結(jié)果，求出晶體管的端點(diǎn)電流IE、IC和IB。求出晶體管的發(fā)射效率、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)、共基極電流增益和共發(fā)射極電流增益，并討論如何改善發(fā)射效率和基區(qū)運(yùn)輸系數(shù)？29.判斷下列兩個晶體管的最大電壓的機(jī)構(gòu)是否穿通：晶體管1:BUCBO=105V；BUCEO=96V；BUEBO=9V；BUCES=105V(BUCES為基極發(fā)射極短路時的集電極發(fā)射極擊穿電壓)晶體管2：BUCBO=75

13、V；BUCEO=59V；BUEBO=6V。30.已知NPN晶體管共發(fā)射極電流增益低頻值0=100，在20MHz下測得電流增益|=60。求工作頻率上升到400MHz時，下降到多少？計(jì)算出該管的和T。31.分別畫出NPN晶體管小注入和大注入時基區(qū)少子分布圖，簡述兩者的區(qū)別于原因。32.硅NPN平面晶體管，其外延厚度為10m，摻雜濃度N=1015.cm-3，計(jì)算|UCB|=20V時，產(chǎn)生有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)的臨界電流密度。33.晶體管處于飽和狀態(tài)時IE=IC+IB的關(guān)系式是否成立？畫出少子的分布與電流傳輸圖，并加以說明。34.對于具有同樣幾何形狀、雜質(zhì)分布和少子壽命的硅和鍺PNP、NPN管，哪一種晶體管

14、的開關(guān)速度最快？為什么？35.硅NPN平面管的基區(qū)雜質(zhì)為高斯分布，在發(fā)射區(qū)表面的受主濃度為1019cm-3，發(fā)射結(jié)構(gòu)深度為0.75，集電結(jié)結(jié)深為1.5，集電區(qū)雜質(zhì)濃度為1015cm-3，試求其最大集電極電流濃度？36.硅晶體管的集電區(qū)總厚度為100，面積為10-4cm2，當(dāng)集電極電壓為10V電流為100mA時，其結(jié)溫與管殼溫度之差為幾度（忽略其他介質(zhì)的熱阻）？37.硅NPN晶體管的基區(qū)平均雜質(zhì)濃度為51017cm-3，基區(qū)寬度為2，發(fā)射極條寬為12，=50,如果基區(qū)橫向壓降為kT/q，求發(fā)射極最大電流密度。38.在習(xí)題37中晶體管的T為800MHz，工作頻率為500MHz，如果通過發(fā)射極的電流

15、濃度為3000A/cm2，則其發(fā)射極有效條寬應(yīng)為多少？第4章思考題和習(xí)題1.試畫出UG=0時，P襯底的SiO2柵極的MOS二級管能帶圖。2.試畫出P型襯底的理想MOS二極管不同偏壓下對應(yīng)截流子積累、耗盡及強(qiáng)反型的能帶圖及電荷分布示意圖。3.試畫出SiO2Si系統(tǒng)的電荷分布圖。4.N溝和P溝MOS場效應(yīng)晶體管有什么不同？概述其基本工作原理。5.制作N溝增強(qiáng)型MOS管襯底材料的電阻率與制作N溝耗盡型MOS管襯底的電阻率，哪個選的應(yīng)高一些，為什么？6.MOS場效應(yīng)晶體管的閾值電壓UT值電壓受那些因素的影響？其中最重要的是哪個？7.MOS場效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線可分為哪幾個區(qū)？每個區(qū)所對應(yīng)的工作狀態(tài)

16、是什么？8.用推導(dǎo)N溝MOS器件漏電流表示式的方法，試推導(dǎo)出P溝MOS器件的漏電流表示式。9.為什么MOS場效應(yīng)晶體管的飽和電流并不完全飽和？10.MOS場效應(yīng)晶體管跨導(dǎo)的物理意義是什么？11.如何提高M(jìn)OS場效應(yīng)晶體管的頻率特性？12.MOS場效應(yīng)晶體管的開關(guān)特性與什么因素有關(guān)？如何提高其開關(guān)速度？13.短溝道效應(yīng)對MOS場效應(yīng)晶體管特性產(chǎn)生什么影響？14.已知P溝MOS器件的襯底雜質(zhì)濃度ND=51015cm-3，柵氧化層厚度tOX=100nm，柵電極材料為金屬鋁，測得器件的值電壓Ug=-2.5V。試計(jì)算SiO2中的正電荷密度QOX；若加上襯底偏置電壓UBS=10V，值電壓漂移多少？分別計(jì)算

17、UBS為0V、10V時最大耗盡層寬度？15.已知N溝MOS器件的襯底雜質(zhì)濃度NA=51015cm-3，柵極為金屬鋁，柵氧化層厚度tOX=150nm，SiO2中的正電荷密度QOX=11022q/cm2（q為電子電荷），試求該管的閾值電壓UT？并說明它是耗盡型還是增強(qiáng)型的？16.如果一個MOS場效應(yīng)晶體管的UT=0V，UGS=4V，IDS=3mA時，MOS管是否工作在飽和區(qū)？為什么？17.在摻雜濃度NA=1015cm-3P型Si襯底上制作兩個N溝MOS管，其柵SiO2層的厚度分別為100nm和200nm，若UGS-UFB=15V，則為多少時，漏極電流達(dá)到飽和？18.已知N溝MOS器件具有下列參數(shù)：

18、NA=101cm-3，cm2/.，tOX=10nm，溝道寬度，UT=0V。試計(jì)算UGS=4V時的跨導(dǎo)；若已知QOX=51010C/cm2，試計(jì)算UGS=4V，UDS=10A時的器件的飽和漏電導(dǎo)gDsat；試計(jì)算器件的截止頻率fT？19.已知N溝MOS器件NA=101cm-3，tOX=150nm，試計(jì)算UGS=0V時，器件的漏源擊穿電壓，并解釋擊穿受什么限制。20.定性說明在什么情況下MOS場效應(yīng)晶體管會出現(xiàn)短溝道效應(yīng)?第5章半導(dǎo)體器件制備技術(shù)1.硅的晶格常數(shù)為5.43，假設(shè)硅原子為一硬球模型，試計(jì)算硅原子的半徑和確定硅原子的濃度為多少？2.用于柴可拉斯基法的籽晶，通常先拉成一小直徑（5.5mm）的狹窄頸以作為無位錯生長的開始，如果硅的臨界屈服度為2106g/cm2，試計(jì)算此籽晶可以支撐的200mm直徑單晶錠的最大長度。3.在利用柴可拉斯基法鎖生長的晶體中摻入硼原子，為何在尾端的硼原子濃度會比籽晶端的濃度高？4.簡述熱氧化形成SiO2的機(jī)理和制備SiO2的方法？5.試比較濕法化學(xué)腐蝕和干法刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)。6.假設(shè)測得的磷擴(kuò)散分布可以用高斯函數(shù)表示，其擴(kuò)散系數(shù)D=2.310-13cm/s，測出的表面濃度是11018cm-3，