2025年大三（微電子科學(xué)與工程）半導(dǎo)體器件物理綜合測(cè)試卷

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案填寫(xiě)在答題區(qū)域內(nèi)。1.以下關(guān)于半導(dǎo)體中載流子遷移率的說(shuō)法正確的是（）A.與溫度無(wú)關(guān)B.只與半導(dǎo)體材料有關(guān)C.與雜質(zhì)濃度和溫度都有關(guān)D.只與雜質(zhì)濃度有關(guān)答案：C2.對(duì)于PN結(jié)，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，以下描述錯(cuò)誤的是（）A.空間電荷區(qū)變窄B.多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)C.少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)D.形成較大的正向電流答案：C3.某半導(dǎo)體器件的擊穿電壓主要取決于（）A.材料的禁帶寬度B.雜質(zhì)濃度C.器件的尺寸D.以上都不對(duì)答案：B4.以下哪種半導(dǎo)體器件具有單向?qū)щ娦裕ǎ〢.二極管B.三極管C.場(chǎng)效應(yīng)管D.晶閘管答案：A5.半導(dǎo)體中施主雜質(zhì)的作用是（）A.提供空穴B.提供電子C.俘獲電子D.俘獲空穴答案：B6.對(duì)于MOSFET，柵極電壓對(duì)器件性能影響較大，當(dāng)柵極電壓變化時(shí)，以下說(shuō)法正確的是（）A.主要影響溝道中的電子濃度B.主要影響源漏之間的電阻C.對(duì)器件的閾值電壓沒(méi)有影響D.以上都不對(duì)答案：A第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題5分，共20分）答題要求：請(qǐng)將正確答案填寫(xiě)在橫線上。1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于______和______之間。答案：導(dǎo)體；絕緣體2.PN結(jié)的反向飽和電流主要由______產(chǎn)生。答案：少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)3.雙極型晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)______，集電結(jié)______。答案：正向偏置；反向偏置4.半導(dǎo)體器件的基本物理過(guò)程包括______、______、______等。答案：載流子的產(chǎn)生；載流子的復(fù)合；載流子的輸運(yùn)三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）答題要求：簡(jiǎn)要回答問(wèn)題，條理清晰，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔。1.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體中載流子的散射機(jī)制有哪些？答案：主要有晶格散射和雜質(zhì)散射。晶格散射是由于晶格原子的熱振動(dòng)對(duì)載流子的散射作用。雜質(zhì)散射是雜質(zhì)原子對(duì)載流子的散射。晶格散射隨溫度升高而增強(qiáng)，雜質(zhì)散射在低溫時(shí)較強(qiáng)，隨著溫度升高，雜質(zhì)散射作用減弱。2.說(shuō)明MOSFET的工作原理。答案：MOSFET利用柵極電壓控制溝道中載流子的濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)源漏電流的控制。當(dāng)柵極電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，在柵極下方的半導(dǎo)體表面形成導(dǎo)電溝道。改變柵極電壓，溝道的導(dǎo)電能力改變，進(jìn)而控制源漏之間的電流大小。根據(jù)溝道形成的方式不同，可分為增強(qiáng)型和耗盡型MOSFET。四、分析題（每題15分，共30分）答題要求：結(jié)合給定材料，分析問(wèn)題，給出合理的解答。材料：某半導(dǎo)體器件在不同溫度下的電流-電壓特性發(fā)生了明顯變化。在低溫時(shí)，器件的反向電流較小，隨著溫度升高，反向電流逐漸增大。在正向偏置時(shí)，隨著溫度升高，相同電壓下的電流也增大。1.請(qǐng)分析溫度對(duì)半導(dǎo)體器件反向電流增大的原因。答案：半導(dǎo)體器件的反向電流主要由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。溫度升高時(shí)，晶格原子的熱振動(dòng)加劇，這使得少數(shù)載流子更容易掙脫束縛成為自由載流子，從而導(dǎo)致少數(shù)載流子濃度增加。同時(shí)，晶格振動(dòng)對(duì)少數(shù)載流子的散射作用也增強(qiáng)，使得少數(shù)載流子的遷移率降低。但總體上，少數(shù)載流子濃度增加的影響更為顯著，所以反向電流隨著溫度升高而增大。2.對(duì)于正向偏置時(shí)溫度升高電流增大的現(xiàn)象，從載流子運(yùn)動(dòng)的角度進(jìn)行分析。答案：在正向偏置時(shí)，PN結(jié)的空間電荷區(qū)變窄，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。溫度升高，晶格振動(dòng)加劇，一方面使得多數(shù)載流子獲得更多的能量，更容易克服勢(shì)壘進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散電流增大。另一方面，雖然晶格振動(dòng)對(duì)多數(shù)載流子的散射作用增強(qiáng)，導(dǎo)致遷移率有所降低，但擴(kuò)散電流增大的影響占主導(dǎo)，所以相同電壓下的電流隨著溫度升高而增大。五、設(shè)計(jì)題（10分）答題要求：根據(jù)要求設(shè)計(jì)半導(dǎo)體器件相關(guān)內(nèi)容。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體溫度傳感器電路，要求能夠利用半導(dǎo)體器件的特性將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。說(shuō)明設(shè)計(jì)思路和主要器件選擇。答案：設(shè)計(jì)思路：利用半導(dǎo)體器件的某些參數(shù)隨溫度變化的特性，如PN結(jié)的反向飽和電流隨溫度變化明顯。選擇一個(gè)PN結(jié)二極管作為核心器件，將其反向偏置，通過(guò)測(cè)量反向電流的變化來(lái)反映溫度變化。主要器件選擇：一個(gè)合適的PN結(jié)二極