2005半導體物理試題B參考和評分標準

二00四至二00五學年第一學期一、選擇填空（含多項選擇題）（18分）1、與半導體對比較，絕緣體的價帶電子激發(fā)到導帶所需的能量（半導體的大，B、比半導體的小，C、與半導體的相等。

A）；A、比2、室溫下，半導體Si摻硼的濃度為1014cm-3，同時摻有濃度為1.1×1015cm-3的磷，則電子濃度約為（B），空穴濃度為（D），費米能級為（G）；將該半導體由室溫度升至570K，則多子濃度約為（F），少子濃度為（F），費米能級為（I）。（已知：室溫下，ni≈1.5×1010cm-3，570K時，ni≈2×1017cm-3）A、1014cm-3B、1015cm-3C、1.1×1015cm-3D、2.25×105cm-3E、1.2×1015cm-3F、2×1017cm-3G、高于EiH、低于EiI、等于Ei3、施主雜質(zhì)電離后向半導體供給（B），受主雜質(zhì)電離后向半導體供給（A），本征激發(fā)后向半導體供給（AB）；A、空穴，B、電子。4、對于必定的p型半導體資料，混淆濃度降低將以致禁帶寬度（B（A）），本征流子濃度（B（C）），功函數(shù)（C）；A、增添，B、不變，C、減少。5、對于必定的n型半導體資料，溫度一準時，減少混淆濃度，將以致（D）靠近Ei；A、Ec，B、Ev，C、Eg，D、EF。6、熱均衡時，半導體中的電子濃度與空穴濃度之積為常數(shù)，它只與（CD）有關(guān)，而與（AB）沒關(guān)；A、雜質(zhì)濃度B、雜質(zhì)種類C、禁帶寬度，D、溫度。7、表面態(tài)中性能級位于費米能級以上時，該表面態(tài)為（A）；A、施主態(tài)B、受主態(tài)C、電中性8、當施主能級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、1，B、1/2，C、1/3，D、1/4。9、最有效的復合中心能級地點在（D）周邊；最有益圈套作用的能級地點在（C）周邊，常有的是E圈套。A、EA，B、ED，C、EF，D、EiE、少子F、多子。10、載流子的擴散運動產(chǎn)生（C）電流，漂移運動產(chǎn)生（A）電流。A、漂移B、地道C、擴散11、MIS結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生強反型時，其表面的導電種類與體資料的（加混淆濃度，其開啟電壓將（C）。A、同樣B、不一樣C、增添D、減少

B），若增二、證明題：（8分）p型半導體的費米能級在n型半導體的費米能級之下。（8分）證明一：因為nn>np（或pp>pn）（2分）Ecn-EFk0TEcp-EFk0T即

Nc?e->Nc?e-（2分）（2分）

Ev-Evnk0TEv-Evnk0T（或

Nv?e>Nv?e，in?eEin-EFnk0T>ni?eEin-EFnk0T）對上邊不等式兩邊同時求對數(shù)，即得

EFn>EFp（2分）

2證明二：對于p型半導體pp>ni（或ni>np）Ei-EFp即ni?ek0T>ni（2.5分）則有Ei<EFp（1分）同理對于n型半導體nn>ni（2.5分）可獲得EFn<Ei（1分）所以EFn>EFp（1分）三、簡答題1、以下圖為中等混淆的Si的電阻率ρ隨溫度T的變化關(guān)系，解析其變化的原由。（3分）ρT答：設(shè)半導體為n型，有1ρ=nqμnAB：本征激發(fā)可忽視。溫度高升，載流子濃度增添，雜質(zhì)散射以致遷徙率也高升，故電阻率ρ隨溫度T高升低降；（分）BC：雜質(zhì)全電離，以晶格振動散射為主。溫度高升，載流子濃度基本不變。晶格振動散射以致遷徙率降落，故電阻率ρ隨溫度T高升上漲；（1分）

1CD：本征激發(fā)為主。晶格振動散射以致遷徙率降落，但載流子濃度高升很快，故電阻率ρ隨溫度T高升而降落；（1分）2、試簡述雜質(zhì)在半導體中的幾種作用，并分別在能帶圖上標記出其在半導體中的作用過程。（4分）答：（1）使載流子濃度增添（即作為淺能級雜質(zhì)起施主和受主，分別為半導體供給電子和空穴）（1分）使載流子濃度減少（即作為深能級雜質(zhì)起復合中心和圈套，俘獲載流子）（1分）aassaaa（2）0.5分0.5分0.5分3、畫出p型襯底構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)在高頻、低頻以及深耗盡興況下的C-V特征曲線。（3分）V4、對上題三種狀況下的C-V曲線進行比較解析。（3分）答：（1）低頻：半導體表面進入強反型，C0；（1分）（2）高頻：半導體表面的電荷變化跟不上外加電壓信號的變化，耗盡層寬度達到最大值，半導體表面電容達到最大，故總電容達到最小；（1分）（3）深耗盡：脈沖信號變化太快，耗盡層不停展寬，以致半導體表面電容逐漸變小，故總電容愈來愈小。（1分）5、說明絕緣層中正電荷對n型襯底MIS結(jié)構(gòu)的高頻C-V特征曲線的影響。（3分）答：（1）向負偏壓方向平挪動；（2分）（2）因為在半導體表面感覺負電荷所致（或平帶電壓公式）；6、分別畫出n型半導體表面發(fā)生弱反型和強反型時的能帶圖。（4分）四、計算題1、（8分）室溫下Ge中摻入銻的濃度為1015cm-3，設(shè)雜質(zhì)全電離，且μ22n=3600cm/Vs，μp=1700cm/Vs，已知本征載流子濃度ni=2.5×1013cm-3，試求：（1）室溫下電子和空穴濃度；（2）室溫下該資料的電阻率。（計算時可能會用到的常數(shù)：q=1.6×10-19C，k0=1.38×10-23J/K，0=8.85×-12F/m0，ln10=2.3，ln2=0.69）解：（1）n0≈1015cm-3（1分）nip0=≈???????=6.25?1011(cm-3)n02（2分）（0.5分）（0.5分）1ρ==??????≈1.7(?Ωcm)（2）nqμn（2分）（0.5分）（0.5分）2、功率P=10mW的入射單色光（hv=2eV）射在n-GaAs樣品上，設(shè)此中80%的光被樣品汲取了以產(chǎn)生電子-空穴，問：（1）節(jié)余載流子的產(chǎn)生率是多少？（1eV=1.6×10-19J）（3分）（2）假如少子壽命為1×10-6s，問穩(wěn)準時的節(jié)余電子與空穴各為多少？（3分）（3）設(shè)在t=t0時忽然關(guān)閉光，經(jīng)過10-6s后還剩下的電子與空穴各為多少？（4分）P?80%16-3-1G==??????≈2.?510(c