吉林大学历年半导物理与器件考研试题

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Ic
Vcc
Ib =0
ρe Wb ) ρb Lpe
1 Wb 2 ) 基区输运系数 β = (1 − 2 Lnb 2
*
证明在一级近似下,共发射极电流放大系数
β
满足:
ρeWb Wb 2 = + β ρb Lpe 2 Lnb 2
1 9.
噪声系数是怎样定义的?什么是低频转角频率和高频转角 频率?说明当 f < f L 和 f > f H 时, N F 与
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
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 =ห้องสมุดไป่ตู้VT (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
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。
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。
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)
−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.
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
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。
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,
C
3.
图示一集成器件的电路图,
说出它的名称、用途和工 作原理。 (4 分)
B
E
4.
写出晶体管的四种工作模式并注明各自的工作条件。 (4 分)
5.
简述 LED 的工作原理。 (4 分)
二. 试由 J n = q ( µ n nε + Dn 建电势为
dn ) 出发,证明在热平衡时 pn 结的自 dx
ϕ0 = ϕn − ϕ p = VT ln
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 −
qV qV ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ I e = I es ⎢exp( be ) − 1⎥ − α R I cs ⎢exp( bc ) − 1⎥ kT kT ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ qV qV ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ I c = α F I es ⎢exp( be ) − 1⎥ − I cs ⎢ exp( bc ) − 1⎥ kT kT ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
2000 年研究生入学考试试题
半导体器件
1. 已知截面积为 A 的 PN 结,少子扩散系数分别为 Dp 和 Dn,两 端家正向电压 V 时,扩散区非平衡少子浓度分布为:
∆n p ( x) = ∆n p ( x p )e− x / Ln ∆Pn ( x) = ∆Pn ( xn )e− x / Lp
推导理想 PN 结的电流电压方程。 2. 例举三种双极器件中的自建电场,说明各自产生的原因和作用。 3. PN 结表面漏电流有哪几种?它们各自是怎样形成的?分别同哪 些因素有关? 4. 测量 BVceo 时,常出现如图所示的 负阻想象,试根据雪崩击穿理论解释 这一现象的产生机理,说明这一现象 同 β0 随 Ic 变化的关系。 5. 根据高频电流在晶体管内传输的四个阶段,说明高频时 α 下降的 物理原因。 6. 晶体三极管能起放大作用的基本条件是什么?饱和区和截止区的 特点是什么? 7. 什么是耗散功率?请说明耗散功率与输出功率的关系,晶体管哪 部分耗散功率最大?怎样确定最大耗散功率? 8. 已知 NPN 管,发射效率 γ = 1/(1 +
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
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
(10 分)
什么是 PN 结的电容效应?PN 结中存在哪几个电容?相互之间是串 联还是并联?为什么? 三. (10 分)
什么是 Early 电压?若已知某三极管的 Early 电压为 Vear,输出近 似短路时直流电流放大系数为 β 0 ,求输出电压为-|Vce| 时的电 流放大系数 β 0 . 四. (10 分) 已知 Ebers-Moll 方程
求共基极输出特性曲线的参数方程 I c = f 2b (Vbc , I e ) 的具体函数. 五.(10 分) 已知三极管的功率增益 k p = 求: 1.高频优值 U
fT 8π cc f 2 (rb + π fT Le )
2.最高振荡频率 f M 3. k p 与 fT 无关的条件及在此条件下 k p 的表达式.
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
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.
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)
1.
求解 n 侧扩散方程
Dp
2
d 2 ∆ pn ∆p + GL − n = 0 2 τp dx
以证明:
V ⎡ L p 2 ⎤ − x L p GL L p 2 VT ∆pn = ⎢ pn 0 (e − 1) − GL + ⎥e D Dp ⎢ p ⎥ ⎣ ⎦
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。
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
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
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.
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