半導(dǎo)體物理學(xué)試題庫(kù)

一、填空題

1.能帶中載流子的有效質(zhì)量反比于能量函數(shù)對(duì)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。（二階導(dǎo)數(shù)，內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)）

2.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）。（狀態(tài)密度，費(fèi)米分布函數(shù)〕

3.兩種不同半導(dǎo)體接觸后，費(fèi)米能級(jí)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(fèi)米能級(jí)o（正，相等）

4.半導(dǎo)體硅的價(jià)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。U100],間接帶隙〕

5.間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷稱為;形成原子空

位而無(wú)間隙原子的點(diǎn)缺陷稱為o（弗侖克耳缺陷，肖特基缺

陷〕

6.在一定溫度下，與費(fèi)米能級(jí)持平的量子態(tài)上的電子占據(jù)概率為

,高于費(fèi)米能級(jí)2kT能級(jí)處的占據(jù)概率為o（1/2,

l/l+e*p（2））

7.從能帶角度來(lái)看，錯(cuò)、硅屬于半導(dǎo)體，而神化稼屬于

半導(dǎo)體，后者有利于光子的吸收和發(fā)射。（間接帶隙，直接

帶隙）

8.通常把服從的電子系統(tǒng)稱為非簡(jiǎn)并性系統(tǒng)，服從

的電子系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)并性系統(tǒng)。［玻爾茲曼分布，費(fèi)米分布〕

9.對(duì)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(duì)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(jiàn)的Ge和Si材料，其原子

均通過(guò)共價(jià)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(guò)共價(jià)鍵四面體還可

以形成和纖鋅礦等兩種晶格構(gòu)造。（金剛石，閃鋅礦）

11.如果電子從價(jià)帶頂躍遷到導(dǎo)帶底時(shí)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。（直接，間接〕

12.半導(dǎo)體載流子在輸運(yùn)過(guò)程中，會(huì)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(cuò)散射、載流

子間的散射和等價(jià)能谷間散射。（電離雜質(zhì)的散射，晶格振動(dòng)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(guò)禁帶內(nèi)的進(jìn)展復(fù)合。（電子和

空穴，復(fù)合中心〕

14.反向偏置pn結(jié)，當(dāng)電壓升高到*值時(shí)，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(jí)，深能級(jí)）

二.選擇題

1.本征半導(dǎo)體是指（A1的半導(dǎo)體。

A.不含雜質(zhì)和缺陷1.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(duì)零度

3.有效復(fù)合中心的能級(jí)必靠近（A）o

A.禁帶中部B.導(dǎo)帶C.價(jià)帶D.費(fèi)米能級(jí)

4.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)EF隨溫度上升

而（D）。

A.單調(diào)上升B.單調(diào)下降

C.經(jīng)過(guò)一個(gè)極小值趨近EiD.經(jīng)過(guò)一個(gè)極大值趨近Ei

5.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(shí)，其小注入

下的少子壽命正比于（A）。

A.1/nOB.1/AnC.1/pOD.1/Ap

6.在Si材料中摻入P,則引入的雜質(zhì)能級(jí)（B）

A.在禁帶中線處B.靠近導(dǎo)帶底C.靠近價(jià)帶頂D.以上都不

是

7.公式〃="/m*中的工是半導(dǎo)體載流子的（C

A.遷移時(shí)間B.壽命

C.平均自由時(shí)間D.擴(kuò)散時(shí)間

8.對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，減少摻雜濃度，將導(dǎo)

致1D〕靠近Ei。

A.EcB.Ev

C.EgD.EF

9.在晶體硅中摻入元素（B〕雜質(zhì)后，能形成N型半導(dǎo)體。

A.錯(cuò)B.磷C.硼D.錫

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(jià)帶頂附近曲率較大的等能面上的空穴

C.價(jià)帶頂附近曲率較小的等能面上的空穴

D.自旋一軌道耦合分裂出來(lái)的能帶上的空穴

12.電子在導(dǎo)帶能級(jí)中分布的概率表達(dá)式是（C〕。

ED-EE「EE「EF

A.exp(一B.exp(-C.exp(-)D.

3k/

EF-EC

exp(-

k0T

13.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）。

A.平方成正比B.之次方成反比

2

C.平方成反比D.3次方成正比

2

14.把磷化錢(qián)在氮?dú)夥罩型嘶?，?huì)有氮取代局部的磷，這會(huì)在磷化錢(qián)

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(guò)一定的溫度，這是因?yàn)檩d流子

濃度主要來(lái)源于,而將忽略不計(jì)。（AJ

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T=15|is,光照在材料中會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子,

光照突然停頓30ns后，其中非平衡載流子將衰減到原來(lái)的

（C

B.1/eC.1/e2D.1/2

17.半導(dǎo)體中由于濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)為（B）。

A.漂移運(yùn)動(dòng)B.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)C.熱運(yùn)動(dòng)D.共有化運(yùn)動(dòng)

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(gè)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(gè)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(gè)橢球等能面

D.位于第一布里淵區(qū)內(nèi)沿〈100＞方向的6個(gè)橢球等能面

19.雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn)過(guò)程的散射機(jī)構(gòu)中，當(dāng)溫度升高時(shí)，

電離雜質(zhì)散射的概率和晶格振動(dòng)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(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量

(A1。

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(jià)帶頂位于,而導(dǎo)帶底位于

o(D)

A.波矢k=0或附近，波矢kWOB.波矢kWO,波矢k=0或附

近

C.波矢k=0,波矢kWOD.波矢k=0或附近，波矢kWO

或k=0

22.錯(cuò)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

(D1。

A.施主B.復(fù)合中心C.陷阱D.兩性雜質(zhì)

24.雜質(zhì)對(duì)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(jí)ED與費(fèi)米能級(jí)EF相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃

度的1C1倍；

A.1B.1/2C.1/3D.1/4

26.同一種施主雜質(zhì)摻入甲、乙兩種半導(dǎo)體，如果甲的相對(duì)介電常數(shù)

■是乙的3/4,mn*/m。值是乙的2倍，則用類氫模型計(jì)算結(jié)果是

（D1。

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3/4

B.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32/9

C.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8/3

D.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3/8

27.本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的表達(dá)式是。（B）

A,工+紇+紅in'B.紇+紇+紅in叢

222NC22Nc

C.Ec+k°TIn鹿D.紇+紇

Nc2

28.載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)為（A）。

A.漂移運(yùn)動(dòng)B.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)C.熱運(yùn)動(dòng)D.共有化運(yùn)動(dòng)

29.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1X10%/的硅B.含磷1X10%nf3的硅

C.含硼1X10%/,磷1X10%/的硅口.純潔的硅

30.一般可以認(rèn)為，在溫度不很高時(shí)，能量大于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)根

本上,而能量小于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)根本上為,

而電子占據(jù)費(fèi)米能級(jí)的概率在各種溫度下總是,所以費(fèi)米

能級(jí)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(shuō)費(fèi)米

能級(jí)標(biāo)志了電子填充能級(jí)的水平。（A）

A.沒(méi)有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/2B.電子所占據(jù)，沒(méi)有被

電子占據(jù)，1/2

C.沒(méi)有被電子占據(jù)，電子所占據(jù)，1/3D.電子所占據(jù)，沒(méi)有被

電子占據(jù)，1/3

三.簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)要說(shuō)明費(fèi)米能級(jí)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(jì)分布概率遵循費(fèi)米分布函數(shù)：

費(fèi)米能級(jí)EF是確定費(fèi)米分布函數(shù)的一個(gè)重要物理參數(shù)，在絕對(duì)零

度是，費(fèi)米能級(jí)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(shí)的費(fèi)米能級(jí)EF反映了量子態(tài)占據(jù)概率為二分之一時(shí)的能量位

置。確定了一定溫度下的費(fèi)米能級(jí)EF位置，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)

分布就可完全確定。

費(fèi)米能級(jí)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(shì)，

即在不對(duì)外做功的情況下，系統(tǒng)中增加一個(gè)電子所引起的系統(tǒng)自由能

的變化。

半導(dǎo)體中的費(fèi)米能級(jí)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(fèi)米能級(jí)EF就可以統(tǒng)計(jì)得到半導(dǎo)體

導(dǎo)帶中的電子濃度和價(jià)帶中的空穴濃度。

2.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(qǐng)解釋什么是淺能級(jí)雜質(zhì)、深能級(jí)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(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？

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(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奉獻(xiàn)，但

它可以提供有效的復(fù)合中心，在光電子開(kāi)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(shí)，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(bǔ)償。

利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中*個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型,

制造各種器件。

3.什么叫受主？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(shí)向價(jià)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(guò)程就叫受主電離。

受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。

4.什么叫復(fù)合中心？何謂間接復(fù)合過(guò)程？有哪四個(gè)微觀過(guò)程？試說(shuō)

明每個(gè)微觀過(guò)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(guò)復(fù)合中心的復(fù)

合；

四個(gè)微觀過(guò)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(jí)上的電子濃度。

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)。

5.漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？?jī)烧咧g有什么聯(lián)系？

答：漂移運(yùn)動(dòng)是載流子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散運(yùn)

動(dòng)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(yùn)動(dòng)。前者的推動(dòng)力是外電場(chǎng)，后者的推動(dòng)力則是載流子的

分布引起的。

漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間通過(guò)遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡(jiǎn)

并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過(guò)愛(ài)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

6.簡(jiǎn)要說(shuō)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(shí)，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(yùn)動(dòng)。對(duì)于P區(qū)，空穴離開(kāi)后留下了不可動(dòng)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(gè)負(fù)電荷區(qū)；同理對(duì)于n區(qū)，電子

離開(kāi)后留下了不可動(dòng)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(gè)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(gè)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(chǎng)。

在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反，內(nèi)

建電場(chǎng)阻礙載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨內(nèi)建電場(chǎng)增強(qiáng)，載流子的擴(kuò)散和漂

移到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)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(shì)差，即pn結(jié)接觸電勢(shì)差。

7.簡(jiǎn)要說(shuō)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：m=-^~

屋E/)

dk2

有效質(zhì)量m與能量函數(shù)E(k)對(duì)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(shì)場(chǎng)的作用，使得在解決半導(dǎo)體中

載流子在外場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用。

8.對(duì)于摻雜的元素半導(dǎo)體Si、Ge中，一般情形下對(duì)載流子的主要散

射機(jī)構(gòu)是什么？寫(xiě)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(duì)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(zhǎng)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：

3/2

聲學(xué)波散射：Ps℃T,電離雜質(zhì)散射：化3乂=3/2

9.說(shuō)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(chǎng)強(qiáng)度下載流子的平均漂移速度，

其定義式為：

〃=口；其單位為：cm2/Vs

忖

半導(dǎo)體載流子遷移率的計(jì)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(shí)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。

四.證明題

1.試推證：對(duì)于只含一種復(fù)合中心的間接帶隙半導(dǎo)體晶體材料，在

穩(wěn)定條件下非平衡載流子的凈復(fù)合率公式

證：

題中所述情況，主要是間接復(fù)合起作用，包含以下四個(gè)過(guò)程。

甲：電子俘獲率;rnn(N「nJ

乙：電子產(chǎn)生率;rnntni=nie*p((Et-Ei)/k0T)

丙：空穴俘獲率;rppnt

T：空穴產(chǎn)生率=帥1(凡-必)pi=nie*p((Ei-Et)/k0T)

穩(wěn)定情況下凈復(fù)合率

U=甲-乙二丙-丁(1)

穩(wěn)定時(shí)

甲+丁=丙+乙

將四個(gè)過(guò)程的表達(dá)式代入上式解得

nq+PQ

n=N⑵