電子科技大學(xué)2023年半導(dǎo)體物理期末考試試卷B試題答案

選課號/座位號學(xué)院姓名學(xué)號任課教師選課號/座位號學(xué)院姓名學(xué)號任課教師第第59頁半導(dǎo)體物理課程考試題B卷〔120分鐘〕考試形式：閉卷 考試日期2023年元月18日課程成績構(gòu)成：尋常 10 分，期中 5 分，試驗(yàn) 15 分，期末 70 分一一二三四五六七八九十合計(jì) 復(fù)核人簽名得分簽名得分一、填空題: 〔共16分，每空1分〕得分1. 簡并半導(dǎo)體一般是 重 摻雜半導(dǎo)體，這時(shí) 電離雜質(zhì)對載流子的散射作用不行2. 2. NSi/率會上升率會上升/4. 隨溫度的增加，P型半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)4. 隨溫度的增加，P型半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)的符號由正變?yōu)樨?fù)。在半導(dǎo)體中同時(shí)摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，它們具有 雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)淖饔?，在制造各種半導(dǎo)體器件時(shí)，往往利用這種作用轉(zhuǎn)變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。7. 相對SiInSb是制作霍爾器件的較好材料，是由于其電子遷移率較高/7. 相對SiInSb是制作霍爾器件的較好材料，是由于其電子遷移率較高/大大。8. 8. 摻金工藝通常用于制造高頻器件。金摻入半導(dǎo)體Si 中是一種深能級雜質(zhì)，通常起雜質(zhì)，通常起復(fù)合中心的作用，使得載流子壽命減小。9.9.有效質(zhì)量NSiWS4.3eV，金屬AlWm4.2eV ………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效…… 體和金屬接觸時(shí)的界面將會形成 反阻擋層接觸/歐姆接觸 。有效復(fù)合中心的能級位置靠近 禁帶中心能級/本征費(fèi)米能級/Ei 。12.12.MIS構(gòu)造中半導(dǎo)體外表處于臨界強(qiáng)反型時(shí)，外表少子濃度等于內(nèi)部多子濃度，外表反型少子的導(dǎo)電力量已經(jīng)足夠強(qiáng)，稱此時(shí)金屬板上所加電壓為反型少子的導(dǎo)電力量已經(jīng)足夠強(qiáng)，稱此時(shí)金屬板上所加電壓為開啟電壓/閾值電壓。壓。子勢壘高度將降低，空間電荷區(qū)寬度將相應(yīng)地〔削減子勢壘高度將降低，空間電荷區(qū)寬度將相應(yīng)地〔削減/變窄/變薄。得分二、選擇題〔151分〕得分假設(shè)對半導(dǎo)體進(jìn)展重?fù)诫s，會消滅的現(xiàn)象是 D 。禁帶變寬少子遷移率增大多子濃度減小簡并化Si的本征載流子濃度為ni

1.51010cm3Si半導(dǎo)體中電子濃度n1.51015cm3，空穴濃度為p1.51012cm3，則該半導(dǎo)體A 。存在小注入的非平衡載流子存在大注入的非平衡載流子處于熱平衡態(tài)是簡并半導(dǎo)體下面說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 D 。0，則該半導(dǎo)體必定處于確定零度計(jì)算簡并半導(dǎo)體載流子濃度時(shí)不能用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)代替費(fèi)米統(tǒng)計(jì)處于低溫弱電離區(qū)的半導(dǎo)體，其遷移率和電導(dǎo)率都隨溫度上升而增大Ec能級位置下面說法正確的選項(xiàng)是 D 。C. 穩(wěn)態(tài)和熱平衡態(tài)C. 穩(wěn)態(tài)和熱平衡態(tài)的物理含義是一樣的MIS構(gòu)造電容可等效為絕緣層電容與半導(dǎo)體外表電容的的并聯(lián)………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……D.同一種半導(dǎo)體材料中，電子遷移率比空穴遷移率高5.5.GaAsGaAs相比，載流子遷移率要高，這是由于高，這是由于B。無雜質(zhì)污染晶體生長更完整化學(xué)配比更合理宇宙射線的照耀作用6.6.半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命的大小主要打算于A。復(fù)合機(jī)構(gòu)散射機(jī)構(gòu)禁帶寬度晶體構(gòu)造假設(shè)某材料電阻率隨溫度上升而單調(diào)下降，該材料是 A 。本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體簡并半導(dǎo)體8.8.對于只含一種雜質(zhì)的非簡并ｐ型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級隨溫度上升而D。上升下降不變D.D.經(jīng)過一極值EiGaAs具有微分負(fù)電導(dǎo)現(xiàn)象，緣由在于在強(qiáng)電場作用下， A 。載流子發(fā)生能谷間散射載流子遷移率增大載流子壽命變大載流子濃度變小10.10.以下4種不同摻雜狀況的N型Ge半導(dǎo)體中，室溫下電子遷移率由大到小的挨次是CC。1014cm-3的P原子；1015cm-3的P原子；2×1014cm-3P1014cm-3B原子；3×1015cm-3P2×1015cm-3B原子。abcdbcdaacbd………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……dcba以下4種Si半導(dǎo)體，室溫下功函數(shù)由大到小的挨次是 C 。1016cm-3的B原子；1016cm-3的P原子；1016cm-3的P1015cm-3B原子；純潔硅。abcdcdbaadcbdabc導(dǎo)體，熱平衡時(shí)室溫下少子濃度最高的是 D 。1015cm-3PSi半導(dǎo)體；1014cm-3BSi半導(dǎo)體；1015cm-3PGe半導(dǎo)體；1014cm-3BGe半導(dǎo)體?！彩覝貢r(shí)：Si的本征載流子濃度ni

1.51010cm3Ge的本征載流子濃度n2.41013cm3〕id直接復(fù)合時(shí)，小注入的P型半導(dǎo)體的非平衡載流子壽命 打算于 B 。d1 1A. B.rn rpd 0 d 01C. D.其它rpd14.在金屬14.在金屬-SiO2-p型Si構(gòu)成的MISSiO2中分布的可動正電荷不會影響CC。半導(dǎo)體外表勢平帶電壓平帶電容器件的穩(wěn)定性不考慮外表態(tài)的影響，如需在n型硅上做歐姆電極，以下四種金屬中最適合的是A 。In(Wm=3.8eV)………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……Cr(Wm=4.6eV)Au(Wm=4.8eV)Al(Wm=4.2eV)得分三、問答題〔31分，共四題，6分＋10分＋10分＋5分〕得分寫出下面能帶圖代表的半導(dǎo)體類型，摻雜程度。 〔6分〕ECECECEFECECiE Ei EiEF FEV(a)

(b)

EV (c) EVECECECECECE EFi Ei EiEF EVVEV E EFVV(d) (e) (f)答：(a)n型(b)p型(c)本征型或高度補(bǔ)償型(d)簡并、p型(e)n型(f)p型型半導(dǎo)體襯底形成的MIS構(gòu)造，畫出外加不同偏壓下積存、平帶、耗盡、反型四種狀態(tài)的能帶圖。畫出抱負(fù)的低頻和高頻電容-電壓曲線。解釋平帶電壓。 (10分)答：圖略〔28分〕態(tài)所需加的外加?xùn)牌珘??；蛘呤拱雽?dǎo)體內(nèi)沒有能帶彎曲時(shí)所加的柵電壓?！?分〕3.3.寫出至少兩種測試載流子濃度的試驗(yàn)方法，并說明試驗(yàn)測試原理?！?0分〕C-V測試霍耳效應(yīng)分〕承受金半接觸構(gòu)造，測試C-V曲線，可以得到1 V曲線為一C2條直線，斜率為2qN(N)s D A，因此可以求出摻雜濃度N 假設(shè)承受MIS構(gòu)造，測DAC-Vd0，再結(jié)合最小值可以求出摻雜，B，dV，由霍耳電壓正負(fù)判zH斷導(dǎo)電類型，由于斷導(dǎo)電類型，由于R Vd，因此求出霍耳系數(shù)RRHHIBx zH 1或R 1求出HpqHnq〔4分〕4.在一維狀況下，描寫非平衡態(tài)半導(dǎo)體中載流子〔空穴〕運(yùn)動規(guī)律的連續(xù)方程為：pDt

2px2

Epp x

pEpg，請說明上述等式兩邊各個(gè)單項(xiàng)所代表的物理意p x pp義。 〔5分〕tDp

x處，t〔1分〕2p〔1分〕x2Ep

Epxpppx

〔1分〕p〔1分〕pg 〔1分〕p得分四、計(jì)算題〔38分，8＋10＋10＋104題〕得分。 〔8分〕選課號/座位號學(xué)院姓名學(xué)號任課教師 ………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效…… 選課號/座位號學(xué)院姓名學(xué)號任課教師 ………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效…… 第第79頁⑴計(jì)算這塊半導(dǎo)體材料的電子濃度；推斷材料的導(dǎo)電類型；⑵計(jì)算費(fèi)米能級的位置?！?〕np0 0

n2i n2 1.510102n i 1104(cm3)0 p 2.251016〔2分〕p0

n，故該材料為p型半導(dǎo)體。 〔2分〕0〔2〕 〔4分〕EEp n0 i

exp( i F)kT0EEi F

kTlnp00 n0i0.026ln2.2510161.510100.37eV即該p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級在禁帶中線下0.37eV處?！?分＋2分＋1分〕pSiNA=1017cm-3Si的電子親和能為4.05eV，禁帶寬度為1.12eVni

1.51010cm3，試求：Si半導(dǎo)體費(fèi)米能級位置及功函數(shù)；WAg=4.81eV。假設(shè)能形成阻擋層，求半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘高度和勢壘寬度。(10分)解：1) 費(fèi)米能級：EF

Eki

Tln0

10171.51010

) 〔2分〕i0.41eV位置〔qVB=0.41eV〕功函數(shù)：Ws

E En

/2qVB

5.03(eV) 〔2分〕2)pSi，由于Ws

W 能夠形成空穴阻擋層 〔2分〕3)3)半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘高度：qV W W 0.22(eV)D m s〔2分〕2V 12

2128.8510140.2212x

r 0 D

5.4106(cm) 〔2分〕d qNA

1.610191017 SiO2p型Si構(gòu)成抱負(fù)MIS構(gòu)造，設(shè)Si半導(dǎo)體中受主雜質(zhì)濃度為,SiO20.2mm，SiO23.9，Si12。TV；T,電荷量。0〔kT=0.026eV，Si:n 1.51010cm3,ε=8.85×10-14F/cmq1.61019C〕(10分)0i 0kT N解：1) 費(fèi)米勢：VB

0 ln( 〔2分〕q ni外表電荷量：Q qNx

qN

4V 2 rs0 B2

6.05108(C) 〔1分〕s Adm

A qNA絕緣層電容：C /d 1.72108(F/cm2) 〔1分〕0 ri0 0Q開啟電壓：VT

VV0

C 0

) 〔2分〕2) 2) 開啟電壓變化即平帶電壓的變化：V VQfcC0〔2分〕TFB固定電荷量：Q 固定電荷量：Q VC 2.79108(C)fc T 0Pt/Si肖特基二極管在T=300KND=1016cm-3n型<100>Si0.89eV1〕En=EC-EF，2〕qVD,，3〕JST，4〕使J=2A/cm2時(shí)的外加偏壓V。 〔10分〕解：N Nexp(E

EF)cDcEEc F

c kT0k