1、實(shí)用電子科技大學(xué)二零 九 至二零 一零 學(xué)年第 一 學(xué)期期 末 考試 A卷 （ 年 日 5 分一二三四五六七八九十得 分一、選擇題（共 25 分，共 25 題，每題 1 分）1、本征半導(dǎo)體是指（ AA. 不含雜質(zhì)和缺陷）的半導(dǎo)體。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，那么該半導(dǎo)體必定（DA. 不含施主雜質(zhì)C. 不含任何雜質(zhì)B. 不含受主雜質(zhì)D. 處于絕對(duì)零度3、對(duì)于只含一種雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并 n 型半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí) E 隨溫度上升而（ DFA. 單調(diào)上升B. 單調(diào)下降C. 經(jīng)過一個(gè)極小值趨近 Ei D. 經(jīng)過一個(gè)極

2、大值趨近 Ei4、如某材料電阻率隨溫度上升而先下降后上升，該材料為（C文檔實(shí)用A. 金屬B. 本征半導(dǎo)體C. 摻雜半導(dǎo)體D. 高純化合物半導(dǎo)體5、公式 / 中的 是半導(dǎo)體載流子的（ C q m*A. 遷移時(shí)間C. 平均自由時(shí)間B. 壽命D. 擴(kuò)散時(shí)間6、下面情況下的材料中，室溫時(shí)功函數(shù)最大的是（ A）A. 含硼 110 cm 的硅 B. 含磷 110 cm 的硅15-316-3C. 含硼 110 cm ，磷 110 cm 的硅 D. 純凈的硅15-316-37、室溫下，如在半導(dǎo)體Si 中，同時(shí)摻有 cm 的硼和1.110 cm 的磷，則電子14-315-3濃度約為（ B D G 溫度升至 F

3、F I （已知：室溫下，n1.510 cm 時(shí)，n 210 cm ）10-317-3iiA、110 cmB、110 cmC、1.110 cm-314-315-315D、2.2510 cmE、1.210 cmF、210 cm-35-315-317G、高于 EiH、低于EiI、等于Ei D C ）附近，常見的是（ E ）陷阱。A、EAD、EiB、EDC、EFE、少子F、多子 結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，其表面的導(dǎo)電類型與體材料的（雜濃度，其開啟電壓將（ C BA、相同B、不同文檔實(shí)用C、增加D、減少10、對(duì)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C、平衡載流子

4、濃度成反比B、非平衡載流子濃度成正比D、非平衡載流子濃度成反比11、可以由霍爾系數(shù)的值判斷半導(dǎo)體材料的特性，如一種半導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)為負(fù)值，該材料通常是（ A ） 型B、p 型C、本征型D、高度補(bǔ)償型12、如在半導(dǎo)體中以長(zhǎng)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 n3A、平方成正比C、平方成反比B、 次方成反比23 次方成正比213、為減少固定電荷密度和快界面態(tài)的影響，在制備 MOS 器件時(shí)通常選擇硅單晶的方向?yàn)椋?A 14、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體是指（ A ）的半導(dǎo)體。 -E -E 0 -E -E 0CFFVCFFVC、能使用玻耳茲曼近似計(jì)算載流子濃度 D、導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂能容納多個(gè)狀態(tài)相同的

5、電子15、在硅基MOS 器件中，硅襯底和SiO 界面處的固定電荷是（ B 2體表面的能帶（ C C-V 曲線上造成平帶電壓（ F ）偏移。A、鈉離子B、過剩的硅離子C、向下D、向上E、向正向電壓方向； F、 向負(fù)向電壓方向文檔實(shí)用得 分二、填空題（共 15 分，共 15 空，每空 1 分）1、硅的導(dǎo)帶極小值位于布里淵區(qū)的 100方向上，根據(jù)晶體的對(duì)稱性共有 6 個(gè)等價(jià)能谷。2 Ec(上) Ei(下)移動(dòng)。3、對(duì)于導(dǎo)帶為多能谷的半導(dǎo)體，如 GaAs，當(dāng)能量適當(dāng)高的子能谷的曲率較 小 時(shí)，有可能觀察導(dǎo)負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象，這是因?yàn)檫@種子能谷中的電子的有效質(zhì)量較 大 。4、復(fù)合中心的作用是促進(jìn)電子和空穴的

6、復(fù)合，起有效的復(fù)合中心的雜質(zhì)能級(jí)必須位于 Ei（禁帶中線），并且對(duì)電子和空穴的俘獲系數(shù) r 和 r 必須滿足 r r 。npnp5、熱平衡條件下，半導(dǎo)體中同時(shí)含有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)情況下的電中性條件是p +n =n +p。+A-0D06、金半接觸時(shí)，常用的形成歐姆接觸的方法有隧道效應(yīng) 和反阻擋層7、MIS 結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，其表面的導(dǎo)電類型和體材料的導(dǎo)電類型相反 （相同 增加 8、在半導(dǎo)體中，如果溫度升高，則考慮對(duì)載流子的散射作用時(shí)，電離雜質(zhì)散射概率 減小和晶格振動(dòng)散射概率 增大 。得 分三、 問答題（共 25 分，共四題， 6 分6分6 分7 分）1、文檔實(shí)用雜質(zhì)、深能級(jí)雜質(zhì)，

7、它們分別影響半導(dǎo)體哪些主要性質(zhì)；什么是雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？（本題 6 分）答：淺能級(jí)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(shí)向?qū)峁╇娮踊蛳騼r(jià)帶提 n 型半導(dǎo)體和 p 型半導(dǎo)體。（2 分）深能級(jí)雜質(zhì)是指雜質(zhì)所在的能級(jí)位置在禁帶中遠(yuǎn)離導(dǎo)帶或價(jià)帶，在常溫下很難電離，不能對(duì)導(dǎo)帶的電子或價(jià)帶的空穴的濃度有所貢獻(xiàn)，但它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開 分）當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時(shí)，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就 分）分）2、什么是擴(kuò)散長(zhǎng)度、牽引長(zhǎng)度和德拜長(zhǎng)度，它們由哪些因素決定？。（本題

8、 6 分）答：擴(kuò)散長(zhǎng)度指的是非平衡載流子在復(fù)合前所能擴(kuò)散深入樣品的平均距離，它由擴(kuò)散系數(shù)和材料的非平衡載流子的壽命決定，即L D 分）牽引長(zhǎng)度是指非平衡載流子在電場(chǎng)E 的作用下，在壽命時(shí)間內(nèi)所漂移的距離，即L(E) E 分）德拜長(zhǎng)度是德拜研究電介質(zhì)表面極化層時(shí)提出的理論的長(zhǎng)度，用來描寫正離子的電場(chǎng)所能影響到電子的最遠(yuǎn)距離。在半導(dǎo)體中，表面空間電荷層厚度隨摻雜濃度、介電常數(shù)和表面勢(shì)等因素而改變，其厚度用一個(gè)特征長(zhǎng)度即德拜長(zhǎng)度L 表示。它主要由摻雜濃度決定。摻D文檔實(shí)用雜大，L 分）D3、試說明半導(dǎo)體中電子有效質(zhì)量的意義和性質(zhì)，并說明能帶底和能帶頂、內(nèi)層電子和外層電子的有效質(zhì)量的各自特點(diǎn)。 （本題

9、 6 分）答：有效質(zhì)量是半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的概括。在討論晶體中的電子在外力的作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，只要將內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)的復(fù)雜作用包含在引入的有效質(zhì)量中，并用它來代替慣性質(zhì)量，就可以方便地采用經(jīng)典力學(xué)定律來描寫。由于晶體的各向異性，有效質(zhì)量和慣性質(zhì)量不一樣，它是各向異性的。(2 分) E2在能帶底附近，由于為正，電子有效質(zhì)量大于 0；(1 分)k2 E2在能帶頂部附近，由于為負(fù)，電子有效質(zhì)量小于 0。(1 分)k2 E2內(nèi)層電子形成的能帶窄，Ek曲線的曲率小，外層電子形成的能帶寬，Ek曲線的曲率大，小，有效質(zhì)量大；(1 分)大，有效質(zhì)量小。(1 分)k2 E2k2參數(shù)有關(guān)。 （本題 7 分）1分） 分

10、） 分）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)。（1 分）文檔實(shí)用發(fā)射電子：和復(fù)合中心能級(jí)上的電子濃度。（1 分）俘獲空穴：和復(fù)合中心能級(jí)上的電子濃度和價(jià)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)。 （1 分）（1 分）得 分四、 計(jì)算題（共 35 分，710810，共4 題）1、計(jì)算本征硅在室溫時(shí)的電阻率； 但摻入百萬分之一的砷(As)后，如雜質(zhì)全部電離，計(jì)算其電導(dǎo)率比本征硅的電導(dǎo)率增大多少倍。 （本題 7 分）（電子和空穴的遷移率分別為 1350cm 500 cm 12210 cm 時(shí)電子的遷移率為 850 cm n=1.510 cm ，硅的原子密度為 517-3210-3i

11、10 cm 22-3( ) nqiinp 1.5 1.6 500)i4.44 (S/cm)6（3 分）（1 分）（2）N =510 10 =510 (cm )22-616-3D因?yàn)槿侩婋x，所以 n =N 。0D忽略少子空穴對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)，所以：n q0n510 1.610 85016196.8(S/cm)文檔實(shí)用6.8 1.53106 6i即電導(dǎo)率增大了153萬倍。（3分）2、有一塊足夠厚的p型硅樣品，在室溫300K時(shí)電子遷移率 =1200 cm 2n壽命s 10 。如在其表面處穩(wěn)定地注入的電子濃度為 (0) 7 10n cm3。試計(jì)算在離開n1.20mA/cm 2 =1.3810 T=0.

12、026eV)（ 本-23-1900題 10 分）解：由愛因斯坦關(guān)系可得到室溫下電子的擴(kuò)散系數(shù)：k Toq0.026D /VS 31.210m/s(2 分)(2 分)242enn電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度31.2 10 10 101.76 10 ( )4L D 6m4nn n非平衡載流子的擴(kuò)散方程為：dn(x)xn(x)n(0)eS (x)D， 其中(2 分)LndxnnqD n(0)x所以，擴(kuò)散電流J=(x) e(2 分)qSnLLnnn (0)qD n由上式可得到：x L ln(1 分)nJLnn把n(0) 710 cm ，J 1.20mA/cm2，L 1.7610 m，以及Dn的值代入上式，34n1.

13、610 31.210 710 19418得到：8.7 10 ( )51.7610 lnm(1 分)x41.7610 12143、由金屬SiO -P 型硅組成的 MOS 結(jié)構(gòu)，當(dāng)外加電場(chǎng)使得半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子濃度2文檔實(shí)用n 與半導(dǎo)體內(nèi)部多數(shù)載流子濃度p 相等時(shí)作為臨界強(qiáng)反型條件。（本題 8 分）(5 分)sp0（1）試證明臨界強(qiáng)反型時(shí)，半導(dǎo)體的表面勢(shì)為：2k T NE E,V V 其中V 0AiFqnqsBBi（2）畫出臨界強(qiáng)反型時(shí)半導(dǎo)體的能帶圖，標(biāo)明相關(guān)符號(hào)，并把反型、耗盡、中性區(qū)各部分用豎線分開，并用文字指明。(3 分) qVsn n e n2qVse（ 1 分 ）k Tk Toi0sp

14、0pp0在臨界強(qiáng)反型情況下，有 n =p ,sp0qVse ， 或 p n eqVs即p2n22（ 1 分 ）（ 1 分 ）k Tk T00p0ip0i此外，在平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體體內(nèi)的多子空穴濃度為：E EvqVp NeFk TBk TneneiF0k T0p0vi0i所以，比較以上兩個(gè)式子，可得到：B2k T N V （ 2 分 ）0AqnBi(2)FqVB文檔實(shí)用在上圖中，為反型區(qū)，為耗盡區(qū)，為中性區(qū)（ 3分 ）4、用n型硅單晶片作為襯底，金屬鋁做上電極制成MOS二極管。已知n-Si的功函數(shù)Ws為的功函數(shù)W 為4.20eV，鋁電極的面積A=1.610 m 。在150下，進(jìn)-72AL處理，分別

15、測(cè)得C-V 8.85 10/ , 3.9F m （本題 10 分）0r SiO 層的厚度；（ 2分 ）2（2）在Si-SiO 界面處的正電荷密度；（ 4分 ）（ 4分 ）2（3）SiO 中的可移動(dòng)離子的面密度。2(2)(1)-17-9.80V G C-V曲線可得：C =Ci=22pF, C =8.16pF0min所以，SiO 的厚度為：2 1.6 10 8.85 10 3.9A712m)250nm （ 2分 ）2.510 (d 00 r7C2210120 由于金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)的差別，而引起半導(dǎo)體中的電子的電勢(shì)能相對(duì)于金屬提高的數(shù)文檔實(shí)用值為：qV =W -W ，mssAl則因此引起的平帶電壓：W WV 0.1V（ 2