半導(dǎo)體物理學(xué)試題庫

..>填空題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?！捕A導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢場〕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〕?！矤顟B(tài)密度，費米分布函數(shù)〕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，到達(dá)熱平衡后兩者的費米能級________。〔正，相等〕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?！瞇100]，間接帶隙〕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________?！哺隹硕毕荩ぬ鼗毕荨吃谝欢囟认?，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_________。〔1/2，1/1+e*p(2)〕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?！查g接帶隙，直接帶隙〕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)?！膊柶澛植?，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)體的晶格構(gòu)造式多種多樣的，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________構(gòu)造；與Ge和Si晶格構(gòu)造類似，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構(gòu)造?！步饎偸W鋅礦〕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，則具有這種能帶構(gòu)造的半導(dǎo)體稱為_________禁帶半導(dǎo)體，否則稱為_________禁帶半導(dǎo)體?！仓苯?，間接〕12.半導(dǎo)體載流子在輸運過程中，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，主要有兩大類：_________的直接復(fù)合和通過禁帶內(nèi)的_________進(jìn)展復(fù)合?！搽娮雍涂昭?，復(fù)合中心〕14.反向偏置pn結(jié)，當(dāng)電壓升高到*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〕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，則該半導(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)。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n型半導(dǎo)體，費米能級EF隨溫度上升而〔D〕。A.單調(diào)上升B.單調(diào)下降C.經(jīng)過一個極小值趨近EiD.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/n0B.1/△nC.1/p0D.1/△p6.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τ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.EcB.EvC.EgD.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．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.把磷化鎵在氮氣氛中退火，會有氮取代局部的磷，這會在磷化鎵中出現(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?！睞〕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τ=15μs，光照在材料中會產(chǎn)生非平衡載流子，光照突然停頓30μs后，其中非平衡載流子將衰減到原來的〔C〕。B.1/eC.1/e2D.1/217.半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運動為〔B〕。A.漂移運動B.擴(kuò)散運動C.熱運動D.共有化運動18.硅導(dǎo)帶構(gòu)造為〔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_________?！睤〕A.波矢k=0或附近，波矢k≠0 B.波矢k≠0，波矢k=0或附近C.波矢k=0，波矢k≠0D.波矢k=0或附近，波矢k≠0或k=022.鍺的晶格構(gòu)造和能帶構(gòu)造分別是〔C〕。A.

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與費米能級EF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)εr是乙的3/4，mn*/m0值是乙的2倍，則用類氫模型計算結(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)體費米能級的表達(dá)式是?！睟〕A.B.C.D.28.載流子在電場作用下的運動為〔A〕。A.漂移運動B.擴(kuò)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.純潔的硅30.一般可以認(rèn)為，在溫度不很高時，能量大于費米能級的量子態(tài)根本上_________，而能量小于費米能級的量子態(tài)根本上為__________，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，通常就說費米能級標(biāo)志了電子填充能級的水平?！睞〕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簡答題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)：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EF反映了未占和被占量子態(tài)的能量分界限，在*有限溫度時的費米能級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。在本征半導(dǎo)體中進(jìn)展有意摻雜各種元素，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奉獻(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*個區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。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〕的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。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)。漂移運動和擴(kuò)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(kuò)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。漂移運動與擴(kuò)散運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，載流子的漂移運動和擴(kuò)散運動方向相反，內(nèi)建電場阻礙載流子的擴(kuò)散運動。隨內(nèi)建電場增強，載流子的擴(kuò)散和漂移到達(dá)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。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*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)量越小；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。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：載流子遷移率反映了單位電場強度下載流子的平均漂移速度，其定義式為：；其單位為：cm2/Vs半導(dǎo)體載流子遷移率的計算公式為：其大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。證明題1．試推證