吉林大学历年半导物理与器件考研试题

d. 接触后，加负偏压。
2000 年研究生入学考试试题
半导体物理
一． （20 分）解释名词和回答问题
1． （3 分）Ge、Si 和 GaAs 这些半导体材料的每个原胞中有几个
原子？描述这些半导体材料中原子振动的格波有几支？其 中有几支声学波和几支光学波？ （6 分）本征半导体、N 型半导体和 P 型半导体。 2．
2． （4 分）画图说明有几种类型的杂质吸收。
（2 分）什么是激子吸收？ 3． （1 分）以上各种吸收中哪些吸收产生光电导？ 4． 四． （20 分）施主浓度和受主浓度分别为 Nd 和 Na 的两个硅样品，
1.（6 分）在杂质饱和电离区，分别写出它们的电中性条件以及
多子和少子浓度。 （8 分）其中一样品中掺入浓度为 1016 cm −3 的硼，试在室温下 2． 求出点子浓度和空穴浓度，费米能级与价带顶之间的距离。
Ib=0 时的击穿特性曲线
Ic
Vce
2002 年研究生入学考试试题
半导体器件
一． 解释或回答问题（20 分）
1．
JFET 的沟道长度调制效应，即沟道夹断后，Io 随 V 缓慢上
升并不是保持恒定不变的现象。 （4 分）
2．
h FE : I C
（4 分）
曲线上小电流范围 hFE 随 I C 减小而下降。
f 的关系？
10.
利用双晶体管模型说明为什么晶闸管子通后门极就失去了 作 用?
2001 年研究生入学考试试题半导体器件 Nhomakorabea一.
(10 分)
已知 PN 结电流电压方程:
I = q(
1. 2. 3.
二.
Dn n p 0 Ln
+
D p Pn 0 Lp
)(e
qV kT
− 1)
说明公式中各符号所代表的物理量 求反向饱和电流. 求 P + N 结的电流电压方程的近似表达式.
Vs = 2 φ f
这里， e φ f 表示半导体内部本征费米能级 Ei 与费 米能级 EF 之差。
2001 年研究生入学考试试题
半导体物理
一． （30 分，每问 2 分）简明扼要地解释名词和回答问题：
1. 格波 2. 声子 3. 空穴 4. 迁移率 5. 霍尔效应 6. 光磁效应 7. 丹倍效应 8. 直接跃迁和间接跃迁
E
E
E
E
E
0 (a)
π
a
k
0 (b)
π
a
k
0 (c)
π
a
k
0
π
a
k 0
π
a
k
(d)
(e)
三． （ 10 分）硅样品中施主浓度和受主浓度分别为 1016 cm −3 和
4 × 1015 cm −3 。设室温下杂质已经全部电离，
xj
为 2.5 µ m ， 扩 散 区 最 小 宽 度 为 0.5ml ， 测 得 电 导 率
σ
=20 ( Ω − cm ) ，求扩散落层电阻并确定 2.0k Ω 电阻的尺
−1
寸。 七． 对于均匀掺杂基区，试由
（10 分）
β
T
= 1 −
1 L
2 n
x
∫
0
B
1 ( N a
x
∫
x
B
N
a
d x )d x
证明： β T
1 xB2 =1− 2 Ln2
− ax xB
若基区杂质分布为 N a = N 0 e
，推导出基区输运因子 （10 分）
βT 的表达式。
八．
如果 φs < φm ，画出金属-N 型半导体接触的能带图并标明各 有关参量。 （10 分）
a. 接触前； b. 接触后但处于热平衡态；
； c. 接触后，加正偏压（即金属接正极，半导体接负极）
式中 L p
2
= D pτ p
（4 分）
2．
写出 p 侧过剩少子电子浓度 ∆n p φs < φmCFB / Ci 的表达式。 （4 分）
3． 4．
求出总电流 I =I p + I n 的表达式。 根据 3 写出光电流的表达式。
（4 分） （4 分）
五．说明 MOST 中
VTH = φms′ + ϕ si −
p = NVe
= nie
其中 Nc 是导带有效状态密度，Nv 是价带有效状态密度，
ni 是本征载流子密度，Ec 是导带底，Ev 是价带顶。对硅材
料在室温下（T=300K）下有
Nc = 2.8 × 1019 cm −3 , Nv = 1.04 × 1019 cm −3
ni = 1.5 × 1010 cm −3 , kT =0.026eV
六.
(10 分)
什么是晶体管的噪声?在三极管中存在哪几种噪声?哪些是白 噪声?什么是高频转角频率? 七． (10 分) 什么是开关管的开启时间和关断时间？基区中电子和空穴的复合 作用对开启时间和关断时间有什么影响？从开关角度看， 复合效应 大些好还是小些好？为什么？
八． (10 分) 什么是晶体管的最高结温 T jM ？什么是耗散功率和最大耗散功率
9. 施主杂质和受主杂质 10. 写出硅晶体的晶体结构和布拉伐格子的名称 11. 对于分别含施主杂质和受主杂质的硅材料，
（1）它们分别主要由哪种载流子导电？ （2）分别示意地画出施主能级和受主能级的位置。
12．针对施主浓度为 Nd 和受主浓度 Na 的 N 型半导体，
（1） 在一般条件下写出电中性条件， （2） 在杂质饱和电离区写出电子浓度表达式， （3） 在杂质饱和电离区写出空穴浓度表达式。 二． （10 分）有 a,b,c,d,e 五种晶体材料，在绝对零度时，它们的能 带如图所示，斜线区表示状态上有电子填充，否则是空状态，即没 被电子填充的状态。根据能带图把它们按金属、半金属、半导体和 绝缘体分类。
3． （4 分）霍尔效应和光磁效应。
（4 分）非平衡载流子的复合和寿命。 4． （3 分）画出 P 型半导体构成的理想 MOS 电容器的高频 C-V 5． 特性曲线，并标出归一化平带电容 CFB / Ci 。 二． （10 分）根据电子填充能带的情况，晶体可分为金属、半导体 和绝缘体，画出相应的能带示意图。 三． （15 分）回答下列有关光吸收的问题 （8 分）什么是本征吸收和本征吸收限？说明与本征吸收有关 1． 的电子跃迁过程，并画图说明。
3． （6 分）如果 Nd=Na,试证明：在杂质饱和电离区，他们的费
米能级相对于本征费米能级 Ei 是对称的。 已知电子浓度 n 和空穴浓度 p 与费米能级 E F 的关系可以 写成
n = N ce
−
Ec − EF kT − EF − Ev kT
= nie
EF − Ei kT Ei − E F kT
−8
5.00 × 10 22 cm −3 。
六（10 分）用光照射 N 型半导体样品（小注入） 。假设光被均匀 地吸收，电子-空穴对的产生率为 G，空穴的寿命为 τ ，光 照开始时，即 t = 0,
∆p =0。试求：
1． （8 分）光照开始后任意时刻 t 的过剩空穴浓度 ∆p (t)。
（2 分）在光照下，达到稳定状态时的过剩空穴浓度。 2． 七． （15 分）对金属-氧化物-半导体场效应晶体管，要利用半导 体表面附近形成的强反型层作为电导沟道。 以 P 型半导体为 例，强反型层开始出现的条件是：表面处的电子浓度等于体 内的空穴浓度。 （8 分）画出这种情况下的能带图。 1． （7 分）证明：开始出现强反型层时，表面势 Vs 为 2．
PCM ？若某硅管的最高结温 T jM =175 °C ，环境温度为 25 °C 时
PCM (25 °C )=600mW，求管壳温度为 125 °C 时的最大耗散功率？
九.
(10 分)
说明三端晶闸管的结构，由双晶体管模型导出特征方程，说明为 什么导通后门极便失去了控制作用？ 十.
(10 分)
测试结果发现随变化大的管，的击穿 特性曲线有负阻现象（如图） ，而随变 化不大的管则负阻现象不明显，请解 释原因。
另外
ln 1040=6.974
五． （ 10 分）设 Si 的电子和空穴迁移率分别为 1350cm 2 / v ⋅ s 和
480cm 2 / v ⋅ s ，试计算本征 Si 的室温电导率。当掺入亿分之
一 （ 10 ） 的 As 以后， 如果杂质全部电离， 电导率是多少？ 它比本征 Si 的电导率增大了多少倍？ 已 知 电 子 电 荷 为 1.60 × 10 −19 c ， Si 的 原 子 密 度 为
Q0 QB − C0 C0
中各项的物理意义。 对于 n-沟和 p-沟两种情况分别指出方程右 端四项的符号并填入下表的诸小方框中（设孤立时 Efm 在 Ef s 之上）
(10 分)
φms′
n-沟 0
ϕsi
0
−
Q0 C0
0
−
QB C0
0
p-沟
0
0
0
0
六． 说明 Rs =
ξ Ω Ω 的物理意义。如果一个扩散电阻结深 W中 W
Nd Na ni 2
式中 ϕ n 和 ϕ p 分别为 n 型中性区和 p 型中性区的电势。
Dn
µn
=
kT = VT （10 分） q
三． 试证明在 pn 结边界上有如下边界条件成立：
n p( 0) = n p 0e
V
VT
pn( 0) = pn 0 e
V
VT
式中 V 为 pn 结正向偏置电压。 （12 分） 四. 假设
p + n 长二极管受到一光源的均匀照射， 引起的电子-空穴
（16 分）
对的产生率为 GL （常数）