半导体物理期末试卷2012

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
半导体期末考试
课程考试题B卷（120分钟）考试形式：闭卷考试日期2011年月日
课程成绩构成：平时15 分，期中 5 分，实验10 分，期末70 分
可能用到的物理常数：电子电量q=1.602×10-19C，真空介电常数ε0=8.854×10-12F/m，室温（300K）的
，SiO2相对介电常数=3.9，N C=2.8×1019cm-3，300K时，n i(GaAs)=1.1×107cm-3.
一、多选题:在括号中填入正确答案（共30分，共19题，每空1分）
受主是能增加（B）浓度的杂质原子，施主是能增加（A）浓度的杂质原子，
A、电子
B、空穴
2.如果杂质在化合物半导体中既能作施主又能作受主的作用，则这种杂质称为
（ B ）。

A、受主
B、两性杂质
C、施主
3.对于掺杂浓度为N D的非简并半导体，0 K下，其电子浓度=（D ）；在低温
下，其电子浓度=（ B ）；在高温本征温度下，其电子浓度=（ C ）；
A、N D
B、n D+
C、n i
D、0
4.对于宽带隙的半导体，激发电子从价带进入导带需要更（A ）的能量，本征
温度区的起始温度更（ A ）。

A、高 B. 低
5.在一定温度下，非简并半导体的平衡载流子浓度的乘积（C）本征载流子浓度的
平方。

该关系（ D ）于本征半导体，（ D ）于非本征半导体。

A、大于
B、小于
C、等于
D、适用
E、不适用
6.电子是（A），其有效质量为（D）；空穴是（B），其有效质量为（C）。

A、粒子
B、准粒子
C、负
D、正
E、0
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7. p型半导体中的非平衡载流子特指（C ），其空穴的准费米能级（I ）电
子的准费米能级。

A、n0
B、p0
C、Δn
D、Δp
E、n
F、p
G、高于H、等于I、小于
8. 在室温下，低掺杂Si的载流子散射机制主要是（ B D ）。

A、压电散射
B、电离杂质散射 C. 载流子-载流子散射D.晶格振动散射
9. D
μ=k0T
q
适用于（ B ）半导体。

A、简并
B、非简并
10. Ge和Si是（B ）能隙半导体，（D）是主要的复合过程。

而GaAs是（A）
能隙半导体，（ C ）是主要的复合过程。

A、直接
B、间接
C、直接复合
D、间接复合
11. 在外加电场作用下，载流子的（C）运动是定向的。

在无外加电场时，载流子
的（B）运动是随机的。

A、扩散
B、热
C、漂移
12. p型半导体构成的MIS结构，若W m >W s，假定绝缘层中无电荷时，其平带电压
( A )。

A、V FB>0
B、V FB<0
C、V FB=0
13. 最有利于陷阱作用的能级位置在( C )附近，常见的是( E )的陷阱
A、E A
B、E D
C、E F
D、E i
E、少子
F、多子
14. 金属与n型半导体形成阻挡层，其功函数需满足（ A ），该结构正向电流的
方向是（ D ）。

A、W m>W s
B、W m<W s
C、W m=W s
D、从金属到半导体
E、从半导体到金属
二、简答题：（共12分）
1. 画出中等掺杂硅的电阻率随温度的变化情况。

（3分）命题人：罗小蓉
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
2. n型半导体衬底形成的MIS结构，画出外加不同偏压下多子积累和反型二种状态的能带图。

画出理想的低频和高频电容-电压曲线。

解释平带电压(7分)
命题人：白飞明，钟志亲
图略（各2分）
平带电压：功函数或者绝缘层电荷等因素引起半导体内能带发生弯曲，为了恢复平带状态所需加的外加栅偏压。

或者使半导体内没有能带弯曲时所加的栅电压。

（1分）
3. 写出至少两种测试载流子浓度的实验方法。

（2分）命题人：白飞明，钟志亲
可以采用四探针法、C-V测试以及霍耳效应来测试载流子浓度（写出两种即可）；（2分）
三、证明题：证明n0×p0=n i2。

（7分）
命题人：刘诺
证明：因为n0=N c e−E c−E F
k0T（1分）
p0=N v e−E F−E v
k0T（1分）
且E c−E v=E g（1分）
所以n0×p0=N c N v e−
E g
k0T（1分）
对本征半导体n0=p0=n i（1分）
所以，n i2=n0×p0=N c N v e−
E g
k0T（1分）
故n0×p0=n i2（1分）四、计算题（36分）
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1. Si 与金属形成的肖特基势垒接触，反向饱和电流为I 0=10-11A ，若以测试得到的正向电流达到10-3A 为器件开始导通。

（1）求正向导通电压值；（4分）
V
I I
q T k V T
k qV I T k qV I I F F F
F F 48.0ln exp 1exp 0
00000==⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛≈⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 每步各2分
（2）如果不加电压时半导体表面势为0.55V ，耗尽区宽度为0.5μm ，计算加5V 反向电压时的耗尽区宽度；（4分）
()()()
()m
x V V V x x qN V V x qN V x d bi
bi d d
bi s d bi s d μεε2.355
.055.522120
0==
-=-== 每步各1分
2、施主浓度N D =1015cm -3的薄n 型Si 样品,寿命为1s μ, 室温下进行光照射，光被均匀吸收，电
子
－
空
穴
对
的
产
生
率
是
s
cm /10320-。

已知：
31022105.1,/400,/1100-⨯=⋅≈⋅≈cm n s V cm s V cm i p n μμ，设杂质全电离，求：
（1）光照下样品的电导率；（5分）
非平衡载流子浓度31410-==∆=∆cm g p n
τ 1分
电子浓度3
150101.1-⨯=∆+=cm n n n 1分
空穴浓度
31414502010101025.2/-=+⨯≈∆+=∆+=cm p n n p p p i 1分
11191415102106.1)400101100101.1(---•⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=cm S pq nq p n μμσ 2分
（2）电子和空穴准费米能级E Fn 和E Fp 与平衡费米能级E F 的距离,并在同一能带图标出E F ,
E Fn 和E Fp ；（7分）
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
答：eV n n T k E E F Fn 002.0ln 00=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=- 2分
eV p p T k E E Fp F 52.0ln 00=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=- 2分
作图3分 E Fn 和E Fp 与E F
（3）若同时给该样品加10V/cm 的电场，求通过样品的电流密度。

（4分）
2/2102.0cm A E J =⨯==σ
3、硅单晶作衬底制成MOS 二极管，铝电极面积A ＝1.6×10-7m 2。

在150℃下进行负温度－偏压和正温度－偏压处理，测得C-V 曲线如图2中a 、b 所示。

已知硅和铝的功函数分别为W S =4.3eV ，W m =4.2eV ，硅的相对介电常数为3.9。

计算：
(1) 说明AB 段是积累、耗尽还是反型状态，衬底硅是n 型还是p 型 (4分)
答：AB 段是积累，N 型。

(各2分)
(2) 氧化层厚度d 0 (4分)
m
d F C C A d r
702
7-120000107500.2m 101.6A ,1020,--⨯=⨯=⨯==
εε
(3) 氧化层中可动离子面密度N m (4分)
()
()2
9'
0100.671710-⨯==+-=-=∆∆=
m N V V V V Aq
V C N m FB FB FB FB m 每步各2分
n F
E
p
F
E。