半導(dǎo)體物理-真題-薈萃

哈爾濱工業(yè)大學(xué)半導(dǎo)體物理真題薈萃解釋下列名詞或概念：（20分）1、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 6、布里淵區(qū)2、小注入條件 7、本征半導(dǎo)體3、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 8、歐姆接觸4、表面勢(shì) 9、平帶電壓5、表面反型層 10、表面復(fù)合速度分別化出硅、鍺和砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)、并指出各自的特點(diǎn)（20分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中可能的光吸收過(guò)程（20分）畫出p-n結(jié)能帶圖（零偏、正偏和反偏情況），并簡(jiǎn)述p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)形成的物理過(guò)程（20分）在一維情況下，以p型非均勻摻雜半導(dǎo)體為例，推出愛(ài)因斯坦關(guān)系式（20分）解釋下列名詞或概念：（20分）1、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 6、施主與受主雜質(zhì)2、小注入條件 7、本征半導(dǎo)體3、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 8、光電導(dǎo)4、表面勢(shì) 9、深能級(jí)雜質(zhì)5、表面反型層 10、表面復(fù)合速度畫出n型半導(dǎo)體MIS結(jié)構(gòu)理想C-V特性曲線，如果絕緣層存在正電荷或者絕緣層-半導(dǎo)體存在界面態(tài)將分別對(duì)曲線有和影響？（20分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中可能的光吸收過(guò)程（20分）畫出p-n結(jié)能帶圖（零偏、正偏和反偏情況），并簡(jiǎn)述p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)形成的物理過(guò)程（20分）在一維情況下，以n型非均勻摻雜半導(dǎo)體為例，推出愛(ài)因斯坦關(guān)系式（20分）解釋下列名詞或概念（30分）：1．有效質(zhì)量6.空穴2.復(fù)合中心7.表面復(fù)合速度3.載流子散射8.光生電動(dòng)勢(shì)4.簡(jiǎn)并半導(dǎo)體9.表面態(tài)5.少子壽命10.表面強(qiáng)反型狀態(tài)二、畫出本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體電阻率隨溫度變化曲線(10分),并解釋其變化規(guī)律(20分)。三、用能帶論解釋金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性（30分）。四、分別畫出零偏、正偏和反偏情況下，p-n結(jié)能帶圖（15分），并簡(jiǎn)述p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)形成的物理過(guò)程（15分）五、如圖所示，半導(dǎo)體光敏電阻上表面受到均勻的頻率為ν的恒定光照，光功率為Popt(w),在電阻兩端施加恒定偏壓，光敏電阻內(nèi)載流子的平均漂移速度為vd,設(shè)表面反射率為R，吸收系數(shù)為α，光敏電阻厚度d>>1/α,量子產(chǎn)額為β，非平衡載流子壽命為τ，試求：(1)光敏電阻中光生載流子的平均產(chǎn)生率g；（8分）(2)光生電流IP（忽略暗電流）（8分），設(shè)IPh為光生載流子被電極收集一次形成的電流，求光電導(dǎo)增益的表達(dá)式（14分）。解釋下列名詞或概念：1．重空穴、輕空穴6.k空間等能面2.表面態(tài)7.熱載流子3.載流子散射8.格波4.本征半導(dǎo)體9.陷阱中心5.少子壽命10.光電導(dǎo)靈敏度簡(jiǎn)述雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的作用。簡(jiǎn)述理想p-n結(jié)光生伏特效應(yīng)，畫出開(kāi)路條件下的能帶圖（12分）；根據(jù)理想光電池電流電壓方程，確定開(kāi)路電壓VOC和短路電流ISC表達(dá)式（8分)，設(shè)p-n結(jié)反向電流為IS，光生電流為IL。以p型硅MOS結(jié)構(gòu)為例，畫出可能測(cè)得的高頻和低頻C-V特性曲線，說(shuō)明如何確定平帶電壓（10分）；若SiO2層中存在Na+離子，曲線將如何變化？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其面密度（10分）？五、如圖所示，有一均勻摻雜的ｐ型半導(dǎo)體（非高阻材料），在穩(wěn)定光照下，體內(nèi)均勻地產(chǎn)生非平衡載流子，且滿足小注入條件，產(chǎn)生率為gｎ，半導(dǎo)體內(nèi)部均勻摻有濃度為Nt的金，電子俘獲系數(shù)為rn。僅在一面上存在表面復(fù)合，表面復(fù)合速度為Sｎ，載流子的擴(kuò)散系數(shù)為Dｎ，試確定非平衡載流子的分布。解釋下列名詞或概念（30分）：1．布里淵區(qū)6.高度補(bǔ)償半導(dǎo)體2.光生伏特效應(yīng)7.狀態(tài)密度3.本征吸收8.消光系數(shù)4.間接帶隙式半導(dǎo)體9.表面復(fù)合率5.準(zhǔn)費(fèi)密能級(jí)10.光電導(dǎo)增益二、分別論述深能級(jí)和淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的影響(30分)。三、在一維情況下，以p型非均勻摻雜半導(dǎo)體為例，推出空穴的愛(ài)因斯坦關(guān)系式（30分）四、畫出理想p-n結(jié)和硅p-n結(jié)的電流電壓曲線（15分），并根據(jù)曲線的差異簡(jiǎn)述硅p-n結(jié)電流電壓曲線偏離理想p-n結(jié)主要因素（15分）五、以p型硅MOS結(jié)構(gòu)為例，畫出可能測(cè)得的高頻和低頻C-V特性曲線，說(shuō)明如何確定平帶電壓（15分）；若SiO2層中存在Na+離子，曲線將如何變化？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其面密度（15分）？解釋下列名詞或概念：（30分）1、異質(zhì)結(jié) 6、雜質(zhì)電離能2、間接帶隙式半導(dǎo)體 7、光電導(dǎo)3、載流子散射 8、空穴4、光生電動(dòng)勢(shì) 9、有效質(zhì)量5、施主與受主雜質(zhì) 10、少子壽命分別化出硅、鍺和砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)、并指出各自的特點(diǎn)（30分）試畫出理想硅p+-n柵控二極管反向電流IR隨柵壓VG的變化曲線，說(shuō)明不同柵壓范圍內(nèi)反向電流IR的構(gòu)成。若SiO2層中存在Na+,曲線如何變化？若Si-SiO2存在界面態(tài)，曲線將如何變化？（30分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中可能的光吸收過(guò)程（30分）在一維情況下，以p型非均勻摻雜半導(dǎo)體為例，推出愛(ài)因斯坦關(guān)系式（30分）解釋下列名詞或概念:狀態(tài)密度6.光電導(dǎo)增益直接復(fù)合與間接復(fù)合7.準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)受主雜質(zhì)與施主雜質(zhì)8.本征吸收熱載流子9.光電子發(fā)射效率(內(nèi)部,外部)光電導(dǎo)敏度二．分別化出硅、鍺和砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)、并指出各自的特點(diǎn)三．簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的散射機(jī)制。以下p型和mos結(jié)構(gòu)為例,說(shuō)明的能測(cè)得的c-v特性曲線,如果有Na+影響又如何?如何測(cè)定平帶電壓以及如何用實(shí)驗(yàn)的方法求出SiO2層中Na+密度。五．連續(xù)性方程。（《半導(dǎo)體物理》劉秉升課本例題）二．簡(jiǎn)述雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的作用。三．在一維情況下，以p型非均勻摻雜半導(dǎo)體為例，推出愛(ài)因斯坦關(guān)系式。四．簡(jiǎn)述p-n結(jié)激光器原理。解釋下列名詞或概念：（20分）施主和受主雜質(zhì)半導(dǎo)體功函數(shù)歐姆接觸光電導(dǎo)增益少子壽命非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體格波準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)深能級(jí)雜質(zhì)表面復(fù)合速度簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中載流子的主要散射機(jī)構(gòu)（20分）畫出n型半導(dǎo)體MOS結(jié)構(gòu)可能測(cè)出的C-V特性曲線，如果SiO2中存在Na+離子曲線將如何變化？如何測(cè)出其面密度？說(shuō)明如何測(cè)出襯底濃度？（20分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用理想光電池電流-電壓方程確定開(kāi)路電壓VOC和短路電流ISC（20分）有一面積很大的半導(dǎo)體薄片，厚度為w，以穩(wěn)定光源均勻照射兩面，設(shè)光只在表面層內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在消注入條件下，ΔP(0)=P1;ΔP(W)=P2。問(wèn)：片內(nèi)非平衡載流子分布僅與時(shí)間有關(guān)，還是僅與空間位置有關(guān)？或與兩者都有關(guān)？（5分）試確定片內(nèi)非平衡載流子的分布？（15分）說(shuō)明下列名詞或概念：（20分）狀態(tài)密度 （6）表面態(tài)復(fù)合中心 （7）半導(dǎo)體功函數(shù)施主與受主雜質(zhì) （8）熱載流子簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 （9）直接和間接帶隙式半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) （10）準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)2．畫出零偏、正偏和反偏下，p-n結(jié)的能帶圖。（10分）3．如圖所示，有一均勻摻雜的n型半導(dǎo)體，在穩(wěn)定光照下，體內(nèi)均勻地產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為gP，壽命為τP,僅在一面上存在表面復(fù)合，表面復(fù)合速度為SP，載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度為L(zhǎng)P，試確定非平衡載流子分布。（20分）4．試畫出理想硅p+-n柵控二極管反向電流IR隨柵壓VG的變化曲線，說(shuō)明不同柵壓范圍內(nèi)反向電流IR的構(gòu)成。若SiO2層中存在Na+,曲線如何變化？若Si-SiO2存在界面態(tài)，曲線將如何變化？（20分）5．如圖所示，半導(dǎo)體光敏電阻上表面受到均勻的頻率為ν的恒定光照，光功率為Popt(w),在電阻兩端施加恒定偏壓，光敏電阻內(nèi)載流子的平均漂移速度為vd,設(shè)表面反射率為R，吸收系數(shù)為α，光敏電阻厚度d>>1/α,量子產(chǎn)額為β，非平衡載流子壽命為τ，求：(1)光敏電阻中光生載流子的平均產(chǎn)生率；（5分）(2)光生電流IP；（5分）（忽略暗電流）光電導(dǎo)增益；(IPh為光生載流子被電極收集一次形成的電流)；（8分）(4)提高器件增益的有效途徑。（2分）（題3圖） （題5圖）.哈爾濱工業(yè)大學(xué)

一九九九

年研究生考試試題

考試科目：半導(dǎo)體物理學(xué)報(bào)考專業(yè)：微電子與固體電子學(xué)（半導(dǎo)體材料）

一、

說(shuō)明下列概念或名詞的物理意義（２０分）

１、

有效質(zhì)量

２、

載流子散時(shí)

３、

狀態(tài)密度

４、

陷阱中心

５、

光電導(dǎo)

６、

空穴

７、

直接復(fù)合與間接復(fù)合

８、

少子壽命

９、

熱載流子

１０、受主雜質(zhì)與施主雜質(zhì)

二、

簡(jiǎn)述

１、

用能帶論定性地說(shuō)明導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性（１０分）

２、

什么是良好的歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的基本方法（１０分）

３、

耿氏振蕩的機(jī)理（２０）

三、

已知在ＭＯＳ電容的ＳiO2層中存在著Ｎa正離子和介面固定電荷，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)

驗(yàn)方法測(cè)定兩種電荷的面密度（庫(kù)侖／厘米）（２０分）

四、

有一面積很大的半導(dǎo)體薄片，厚度為w，以穩(wěn)定光源均勻照射兩面，設(shè)光只在表面層內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在小注入條件下，ΔP(0)=P1;ΔP(W)=P2。問(wèn)：1．片內(nèi)非平衡載流子分布僅與時(shí)間有關(guān)，還是僅與空間位置有關(guān)？或與兩者都有關(guān)？（4分）2．試確定片內(nèi)非平衡載流子的分布？（16分）、解釋下列名詞或概念：（20分）1．施主和受主雜質(zhì)2．狀態(tài)密度3．熱載流子4．光電導(dǎo)增益5．少子壽命6．簡(jiǎn)并半導(dǎo)體7．格波8．準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)9．深能級(jí)雜質(zhì)10．表面復(fù)合速度簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中載流子的主要散射機(jī)構(gòu)（20分）畫出n型半導(dǎo)體MOS結(jié)構(gòu)可能測(cè)出的C-V特性曲線，如果SiO2中存在Na+離子曲線將如何變化？如何測(cè)出其面密度？（20分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用理想光電池電流-電壓方程確定開(kāi)路電壓VOC和短路電流ISC（20分）有一面積很大的半導(dǎo)體薄片，厚度為w，以穩(wěn)定光源均勻照射兩面，設(shè)光只在表面層內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在小注入條件下，ΔP(0)=P1;ΔP(W)=P2。問(wèn)：1．片內(nèi)非平衡載流子分布僅與時(shí)間有關(guān)，還是僅與空間位置有關(guān)？或與兩者都有關(guān)？（5分）2．試確定片內(nèi)非平衡載流子的分布？（15分）一、 解釋下列名詞或概念：（201．施主和受主雜質(zhì)2．狀態(tài)密度3．熱載流子4．光電導(dǎo)增益5．少子壽命6．簡(jiǎn)并半導(dǎo)體7．格波8．準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)9．深能級(jí)雜質(zhì)10．表面復(fù)合速度二、 簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中載流子的主要散射機(jī)構(gòu)（20分）三、 畫出p型半導(dǎo)體MOS結(jié)構(gòu)可能測(cè)出的高頻C-V特性曲線，如果SiO2中存在Na+離子，如何測(cè)出其面密度？（20分）四、 簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用理想光電池電流-電壓方程確定開(kāi)路電壓VOC和短路電流ISC（20分）五、如圖所示，有一均勻摻雜的n型半導(dǎo)體，在穩(wěn)定光照下，體內(nèi)均勻地產(chǎn)生非平衡載流子，產(chǎn)生率為gP，壽命為τP,僅在一面上存在表面復(fù)合，表面復(fù)合速度為SP，載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度為L(zhǎng)P，試確定非平衡載流子分布。（20分）解釋下列名詞或概念：（20分）1、準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 6、施主與受主雜質(zhì)2、小注入條件 7、本征半導(dǎo)體3、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 8、光電導(dǎo)4、表面勢(shì) 9、深能級(jí)雜質(zhì)5、表面反型層 10、表面復(fù)合速度畫出n型半導(dǎo)體理想MIS結(jié)構(gòu)C-V特性曲線，如果絕緣層存在正電荷或絕緣層-半導(dǎo)體存在界面態(tài)將分別對(duì)曲線有何影響？如何確定絕緣層中可動(dòng)離子的面密度（20分）簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中可能存在的光吸收過(guò)程（20分）畫出p-n結(jié)能帶圖（零偏、正偏和反偏情況），并簡(jiǎn)述p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)形成的物理過(guò)程（20分）在一維情況下，以非均勻摻雜n型半導(dǎo)體為例，推出愛(ài)因斯坦關(guān)系（20分）二．簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1．何謂遷移率，影響遷移率的主要因素是什么？2．寫出一維情況下，非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子（空穴）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)方程，并解釋各項(xiàng)的物理意義。3．何謂歐姆接觸？金屬與半導(dǎo)體形成歐姆接觸的方法有哪些？4．比較同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)的性能。5．畫出PN結(jié)在正向、反向偏壓作用下的能帶圖，并以此解釋PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。三．?jì)算題（共50分）1．實(shí)驗(yàn)測(cè)得硅的晶格常數(shù)為０.543nm，計(jì)算Si的原子體密度（單位體積內(nèi)的原子個(gè)數(shù)）。（5分）2．光均勻照射在電阻率為6?cm的n型硅樣品上，電子—空穴對(duì)的產(chǎn)生率為4×1021cm-3s-1，非平衡載流子壽命為8μs。計(jì)算光照前后樣品的電導(dǎo)率。（15分）3.300k時(shí)鍺的有效狀態(tài)密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，Eg＝0.67eV；500k時(shí)鍺的Eg＝0.58