2011东南大学半导体物理试卷..
《半导体物理学》试题与及答案
练习1-课后习题7
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
锑化铟的禁带宽度E g = 0.18 e V ，相对介电常数 εr = 17 ，电子的 有效质量mn∗ = 0.015 m0， m 0为电子的惯性质量，求 ⅰ）施主杂质的电离能， ⅱ）施主的弱束缚电子基态轨道半径。
解：
练习2
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
所以样品的电导率为： q(n0 n p0 p )
代入数据得，电导率为2.62 ×1013S/cm 所以，电场强度 E J 1.996103 mA / cm
作业-课后习题2
第四章 半导体的导电性
试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1450cm2/V·S 和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电 导率。比本征Si 的电导率增大了多少倍？（ni=1.5×1010cm-3; Si原子浓度为 =5.0×1022cm-3,假定掺杂后电子迁移率为900cm2/V·S)
m0为电子惯性质量，k1=1/2a; a=0.314nm。试求： （1）禁带宽度； （2）导带底电子有效质量； （3）价带顶电子有效质量； （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
练习2-课后习题2
第一章 半导体中的电子状态
2.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和107V/m 的电 场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
所以，300k时，
nT 300
(1.05 1019
5.7
1018 )
exp(
0.67 1.61019 21.381023 300)
1.961013cm3
77k时，
东南大学半导体物理考试试卷3
东南大学考试卷（卷）Array课程名称半导体物理考试学期得分适用专业电子科学考试形式闭卷考试时间长度120分钟一、填空（每空1分，共27分）1．纯净半导体Si中掺Ⅲ族元素的杂质，当杂质电离时从Si中夺取电子，在Si晶体的共价键中产生了一个空穴，这种杂质称受主杂质；相应的半导体称P型半导体。
2．当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做运动；半导体存在电势差时，载流子将做运动，其运动速度正比于，比例系数称为。
3．np>n i2意味着半导体处于状态，其中n= ；p 。
这时半导体中载流子存在净复合还是净产生？。
4．半导体中浅能级杂质的主要作用是增强载流子的浓度；深能级杂质所起的主要作用增强载流子的复合。
5．非平衡载流子通过而消失，叫做寿命τ，寿命τ与在中的位置密切相关，当寿命τ趋向最小。
6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和。
前者在下起主要作用，后者在下起主要作用。
7．半导体中掺杂浓度很高时，杂质电离能（增大、减小、不变？），禁带宽度（增大、减小、不变？）。
8．p-n结电容包括电容和电容，在反向偏压下，电容起主要作用。
二、名词解释（每题4分，共20分）（1）爱因斯坦关系（2）扩散长度与牵引长度（3）热载流子共 4 页第1 页（4）准费米能级（5）非平衡载流子寿命三、简要回答（共28分）1．什么是直接复合？什么是间接复合？试述它们在半导体器件中的作用。
2何谓非简并化半导体？何谓简并化半导体？3．下图分别是半导体材料Si、Ge、GaAs的能带结构示意图。
（1）请指出图a 、图b、图c分别对应何种材料，您判断的依据是什么？（2）在三幅图中，价带对于同一个K，E(K)可以有两个值，表明对应两种有效质量不同的空穴，即重空穴和轻空穴。
试指出曲线1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？4．当GaAs样品两端加电压时，样品内部便产生电场E。
电子的平均漂移速度v d随电场的变化关系如下图所示，请解释之。
东南大学半导体物理考研复习系列试题(A卷)
共 9 页
第 5 页
(luobin 考研复习卷)
产生率 2.(15分) 如果稳定光照射在一块均匀掺杂的 n 型半导体中均匀产生非平衡载流子， 14 3 1 2 为 Gop 3 10 cm s ，且无外场作用，空穴迁移率 p 430cm / V s ， p 5us ， 半导体的长度远远大于空穴的扩散长度，如图所示。假设样品左侧存在表面复合，表面复 合率为 U s 7.5 10 cm s ，比例系数(表面复合速度)为 s 。
共 9 页 第 1 页 (luobin 考研复习卷)
位于导带底下方 0.026eV 处，半导体的状态为 __________ （填“简并” ， “弱简并” 或“非简并” ） ，判断的依据为 __________ 。 8. 强电场效应会使半导体器件的载流子速度达到饱和，还可能使载流子成为热载流子， 影响器件性能。半导体器件的热载流子由于具备高能量，常常会导致载流子 __________ ； 热 载 流 子 可 与 晶 格 发 生 碰 撞 电 离 ， 利 用 这 一 原 理 可 以 制 备 __________ 器件。 9. 早期锗硅等半导体材料常利用测其电阻率的办法来估计纯度，室温下较纯 Ge 样品的 电子迁移率 n 3900cm2 / V s ，锗原子密度 4.42 1022 cm3 ，若测得室温下电阻 率为 10 cm ，则利用此方法测得 n 型锗的掺杂浓度为 __________ ，这种测量方法 来估计纯度的局限性是 __________ 。 10. 金属的费米能级位于导带之上， n 型半导体与金属接触形成整流接触，那么半导体与 金属的功函数哪个大？ __________ 。由于半导体与金属之间存在整体载流子水平差 异，所以会产生载流子（电子）的扩散，形成内建电场；内建电场几乎全部建立在半 导体一侧的原因是 __________ 。具有整流接触的金-半接触称为肖特基接触，肖特基 结相比普通 pn 结， 在高频高速器件具有更重要的作用， 其原因在于肖特基接触不存在 电荷存储现象。肖特基接触不存在电荷存储现象的原因是 __________ 。制造 pn 结 可选用的技术主要有合金、扩散、外延生长、 __________ 等，用掺杂制作 pn 结克 服了金-半接触的一大缺点： __________ 。 11. 下图是 p 型半导体的能带图。三图中哪些图表明半导体存在电流？ __________ 。图
半导体器件物理试卷答案
3．共有化运动 当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外层交叠
最多，内壳层交叠较少。原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一 个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
班级
常州信息职业技术学院 2010 －2011
姓名
装
业技术学院 2010 －2011 学年第 一
学号
订
成绩
2010 －2011 学年第 一 学期 半导
课程期末试卷
体器件物理 课程期末试卷
学期 半导体器件物理 课程期末试
学年第 一 学期 半导体器件物理
项目
一
二
三
四
五
总分
满分
100
得分
一、 选择题：（含多项选择， 共 30 分，每空 1 分，错选、漏选、多选 均不得分）
么电子 n0 和空穴浓度 p0 又为多少？ 解：（1） 300K 时可认为施主杂质全部电离。（1 分）
则
no N D 11015个/cm3
（2 分）
PO
ni 2 no
2 1010 2 11015
4 105 个/cm3
（4 个/cm3 的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。（1 分）
五、 计算题（共 13 分，其中第一小题 5 分，第二小题 5 分，第三小题 3 分）
1. 计算（1）掺入 ND 为 1×1015 个/cm3 的施主硅，在室温（300K）时的电子 n0 和空穴浓度 p0， 其中本征载流子浓度 n i=2×1010 个/cm3。（2）如果在（1）中掺入 NA=5×1014 个/cm3 的受主， 那么电子 n0 和空穴浓度 p0 分别为多少？（3）若在（1）中掺入 NA=1×1015 个/cm3 的受主，那
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征 B、受主 C、空穴 D、施主 E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴 B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正 B、负 C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主 B、深C、浅 D、复合中心 E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同 B、不同 C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大，变小 ;B、变小，变大;C、变小，变小;D、变大，变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B ) A、靠近禁带中央 B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2 B、小于1/2 C、等于1/2 D、等于1 E、等于0 9、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD 段代表( B )。
A、多子积累 B、多子耗尽C、少子反型 D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
半导体物理试卷解答
物理学院《半导体物理》试卷一、名词解释（3’Ｘ10）1空穴：价带顶电子激发到导带底后带顶附近出现的空的量子态称为空穴。
波矢k态未被电子占据时，其它所有价带电子的导电行为，等效于一个带正电荷e，具有正有效质量m p 的准粒子的导电行为。
2间接带隙半导体：导带底与价带顶在不同k方向。
或间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在k空间中不同位置。
3. 施主杂质、施主能级：解：施主杂质：Ⅴ族原子向晶体提供多余不配对电子（电子可动），并同时成为带正电离子（不可动正电中心）的杂质。
或是在硅中掺入V族元素杂质（如磷P，砷As，锑Sb等）后，这些V族杂质替代了一部分硅原子的位置，但由于它们的外层有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子，这样一个V族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，把这种杂质称为施主杂质；若在硅中掺入III族元素杂质，（如硼B，铝Al，镓Ga，铟In等），这些III族杂质原子在晶体中替代了一部分硅原子的位置，由于它们的最外层只有3个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，这样一个III族杂质原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，把这种杂质称为受主杂质。
4缺陷能级杂质能级解：实际半导体材料晶格中，存在着偏离理想情况的各种现象。
(1) 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；(2)半导体材料并不是纯净的，而且含有若干杂质，即在半导体晶格存在着与组成半导体材料的元素不同的其它化学元素的原子；(3)实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷。
（a）点缺陷，如空位，间隙原子；（b）线缺陷，如位错；（c）面缺陷，如层错，多晶体中的晶粒间界等。
由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期性排列的原于所产生的周期性势场受到破坏，有可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态（即能级）--------杂质能级、缺陷能级。
半导体器件物理II-试卷以及答案
西安电子科技大学考试时间120 分钟《半导体物理2》试题考试形式：闭卷；考试日期：年月日本试卷共二大题，满分100分。
班级学号姓名任课教师一、问答题（80分）1.什么是N型半导体？什么是P型半导体？如何获得？答：①依靠导带电子导电的半导体叫N型半导体，主要通过掺诸如P、Sb等施主杂质获得；②依靠价带空穴导电的半导体叫P型半导体，主要通过掺诸如B、In等受主杂质获得；③掺杂方式主要有扩散和离子注入两种；经杂质补偿半导体的导电类型取决于其掺杂浓度高者。
2.简述晶体管的直流工作原理（以NPN晶体管为例）答：根据晶体管的两个PN结的偏置情况晶体管可工作在正向放大、饱和、截止和反向放大模式。
实际运用中主要是正向放大模式，此时发射结正偏，集电结反偏，以NPN晶体管为例说明载流子运动过程；①射区向基区注入电子；正偏的发射结上以多子扩散为主，发射区向基区注入电子，基区向发射区注入空穴，电子流远大于空穴流；②基区中自由电子边扩散边复合。
电子注入基区后成为非平衡少子，故存在载流子复合，但因基区很薄且不是重掺杂，所以大部分电子能到达集电结边缘；③集电区收集自由电子：由于集电结反偏，从而将基区扩散来的电子扫入集电区形成电子电流，另外还存在反向饱和电流，主要由集电区空穴组成，但很小，可以忽略。
第1页共6页3.简述MOS场效应管的工作特性（以N沟增强型MOS为例）答：把MOS管的源漏和衬底接地，在栅极上加一足够高的正电压，从静电学的观点来看，这一正的栅极电压将要排斥栅下的P 型衬底中的可动的空穴电荷而吸引电子。
电子在表面聚集到一定浓度时，栅下的P 型层将变成N 型层，即呈现反型。
N 反型层与源漏两端的N 型扩散层连通，就形成以电子为载流子的导电沟道。
如果漏源之间有电位差，将有电流流过。
而且外加在栅极上的正电压越高，沟道区的电子浓度也越高，导电情况也越好。
如果加在栅极上的正电压比较小，不足以引起沟道区反型，则器件仍处在不导通状态。
东南大学硕士研究生考试半导体物理考研复习试题
东南大学考研复习卷课程名称 半导体物理929 编辑时间得分适用专业电子科学与技术考试形式 闭卷考试时间长度 180分钟室温下=k T eV 0.0260，电子电量=⨯-e C 1.61019。
一、 填空题（每空1分，共35分）1. 设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近的能量为=+-m m k h k h k k 3E ()()00C 12222，价带极大值附近的能量=-m m k h k h k 6E ()300V 12222，其中m 0为电子质量，h 为普朗克常数，=k a21，则半导体禁带宽度为__________，价带顶电子跃迁到导带底时的准动量的变化为__________，价带顶空穴有效质量为__________。
2. 室温下，锗的禁带宽度=E eV g 0.67，估计室温下本征锗导带底的一个能态被电子占据的几率为__________。
锗价带顶的一个能态被空穴占据的几率为-103，此时费米能级的位置在__________，玻尔兹曼分布是否近似成立？ __________。
3. 由间接复合作用决定的非平衡载流子寿命++∆=++∆+++∆τN c c n p p c n n n c p p p t n p n l p l ()()()0000，式中N t 代表__________。
半导体禁带宽度=E eV g 1.12，小注入条件下，复合中心能级E t 在价带顶上方eV 0.12，费米能级在导带底下方eV 0.31，则非平衡载流子的寿命可化简为__________；大注入条件下，非平衡载流子的寿命可化简为__________。
4. 室温下本征硅掺入某种杂质后，电子浓度为=⨯-n cm 1.510043，硅的本征载流子浓度=⨯-n cm i 1.510103，导带有效状态密度=⨯-cm N 2.810C 193，价带有效状态密度=⨯-cm N 1.110193。
则费米能级与价带顶的差为__________；掺入施主杂质5. 表面复合率U s 表示单位时间__________，它与__________成正比，比例系数用s 表示，反应了表面复合的强弱。
《半导体物理学》期末考试试卷参考答案(A卷)-往届
赣 南 师 范 学 院第1页 共2页2010–2011学年第一学期期末考试参考答案（A 卷）开课学院：物电学院 课程名称：半导体物理学 考试形式：闭卷，所需时间：120分钟注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线；2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线；3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。
一、填空题（共30分，每空1分） 1、 电子 空穴 电子 2、 替位式 间隙式 3、 01()1exp()Ff E E E k T=-+ 在热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布0()F E E k TB f E e--= 前者受泡利不相容原理的限制4、 电子 空穴 00n p 电子-空穴对 n p = 多数 少数 多数 注入的非平衡多数载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多 少数 注入的非平衡少数载流子浓度比平衡时的少数载流子浓度大得多5、 电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合 电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合 发射光子 发射声子 将能量给予其它载流子，增加它们的动能6、 半导体表面非平衡载流子浓度比内部高扩散 扩散 漂移 漂移二、选择题（共10分，每题2分） 1、A 2、B 3、D 4、C 5、B 三、计算题（共60分）一、1、解：（1）因为n p nq pq σμμ=+，又2i np n =，所以22i n p i n nq q n n σμμ=+≥=根据不等式的性质，当且仅当n nq μ＝2i p n q nμ时，上式取等。
解得：1/2()p i nn n μμ=，即此时电导率σ最小。
相应地，此时21/2()i n ipn p n nμμ==（2）对本征Ge ：13192()2.510 1.610(19003800)2.2810(/)i i n p n q S cm σμμ--=+ =⨯⨯⨯⨯+ =⨯在最小电导率条件下：min 1319((2(2.510)(1.610)/n p i n q n q n S cm σμμ--2=+ =2 =⨯⨯⨯⨯ =2.12⨯10()（3）当材料的电导率等于本征电导率时，有：00()n p i n p n q p q n q μμμμ+=+即：200()i n p i n p n n q q n q n μμμμ+=+整理得:2200()0n i n p ip n n n n μμμμ-++=解得:0nn =带入数据得：00()2i i n n n n ==舍或赣南师范学院考试卷（ A 卷 ）第2页 共2页∴1330 1.2510/2in n cm ==⨯ 213300510/i n p cm n ==⨯显然，此材料是p 型材料。
东南大学2011年半导体物理试卷
共6 页 第 1 页 (luobin 期末基础卷) 修改时间：2013-2东 南 大 学 考 试 卷（A 卷）课程名称 半导体物理 编辑时间2011-1得分适用专业电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 193C N 2.810cm -=⨯193V N 1.110cm -=⨯,电子电量191.610e C -=⨯。
一、 填空题（每空1分，共35分）1.半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体__________散射起主要作用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时，__________散射起主要作用。
2.非平衡载流子的复合率20()2[()/]t i i t i N C np n U n p n ch E E k T -=++-，t N 代表__________，tE 代表__________。
当载流子浓度满足2i np n -__________时，半导体存在净复合；当2i np n -__________时，半导体处于热平衡状态。
杂质能级位于__________位置时，为最有效复合中心，此杂质为__________杂质。
3.纯净的硅半导体掺入浓度为17310cm -的磷，当杂质电离时能产生导电__________，此时杂质为__________杂质，相应的半导体为__________型；如果再掺入浓度为16310cm -的硼，半导体是__________型。
假定又掺入浓度为15310cm -的金，则金原子带电状态为__________。
4.当PN 结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然__________的现象称为击穿，击穿分为__________和__________。
温度升高时，__________击穿的击穿电压阈值变大。
5. 当半导体中载流子浓度存在__________时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与__________成正比，比例系数称为__________；半导体存在电势差时，载流子将做 __________运动，其运动速度正比于__________，比例系数称为__________。
半导体物理真题
第一章1、Si、GaAs半导体材料的导带底、价带顶分别在k空间什么位置？其晶体结构和解理面分别是什么？哪个是直接带隙，哪个是间接带隙？(2006)2、对于金刚石结构的硅Si和闪锌矿结构的砷化镓GaAs，在（111）晶面上，其原子面密度和面间距都是最大，为什么Si的解理面是（111），而GaAs不是？(2007)3、半导体材料的禁带宽度Eg、N型半导体杂质激活能△Ed以及亲和势X分别表示半导体电子的什么状态特性？（2009年简答题7分）4、与真空电子运动相比，半导体中电子的运动有何不同？（2009年简答题7分）（1-9题63分，每小题7分(2010)）Array 5、如图是一个半导体能带结构的E–k关系；1）哪个能带具有x方向更小的有效质量？2）考虑两个电子分别位于两个能带中的十字线处，哪个电子的速度更大些？6、写出硅(Si)和砷化镓(GaAs)的晶体结构、禁带宽度和解理面。
？（2011年简答题6分）第二章3、高阻的本征半导体材料和高阻的高度补偿的半导体材料的区别是什么？(2006)• 1 深能级杂质和浅能级杂质概念（西交大）•1以硅为例，举例说明掺入浅能级和深能级杂质的目的和作用？（西电）• 2.什么是浅能级杂质？什么是深能级杂质？列举出半导体硅中各一种杂质元素的例子。
半导体中掺入这些杂质分别起什么作用? (2011)• 11、定性画出N 型半导体样品，载流子浓度n 随温度变化的曲线（全温区），讨论各段的物理意义，并标出本征激发随温度的曲线。
设该样品的掺杂浓度为ND 。
比较两曲线，论述宽带隙半导体材料器件工作温度范围更宽。
(2006-20分)• ４、室温下，一N 型样品掺杂浓度为Nd ，全部电离。
当温度升高后，其费米能级如何变化？为什么？一本征半导体，其费米能级随温度升高如何变化？为什么？（2007）• 4、一块N 型半导体，随温度升高，载流子浓度如何变化？费米能级如何变化？（2009）• 7、定性说明掺杂半导体费米能级与掺杂浓度和温度的关系是怎样的？（2010）• 10、（20分）设某一种半导体材料室温下（300 K ）本征载流子浓度为1.0 × 1010cm−3，价带和导带有效状态密度N V = N C = 1019 cm−3， • 1） 求禁带宽度；• 2） 如果掺入施主杂质N D = 1016 cm−3，求300 K 下，热平衡下的电子和空穴浓度；• 3） 对于上面的样品，在又掺入N A = 2 × 1016 cm−3的受主杂质后，求新的热平衡电子和空穴浓度（300 K ）。
半导体物理习题及答案
复习思考题与自测题第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同;答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在,没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子,在晶体周期性势场中运动; 当原子互相靠近结成固体时,各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态;组成晶体原子的外层电子共有化运动较强,其行为与自由电子相似,称为准自由电子,而内层电子共有化运动较弱,其行为与孤立原子的电子相似;2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性;答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时,可以不涉及半导体内部势场的作用;惯性质量描述的是真空中的自由电子质量,而不能描述能带中不自由电子的运动,通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动,成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此,为什么答：不是,能级的宽窄取决于能带的疏密程度,能级越高能带越密,也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度,掺杂浓度高,禁带就会变窄 ,掺杂浓度低,禁带就比较宽;4.有效质量对能带的宽度有什么影响,有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此,为什么答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比,对宽窄不同的各个能带,1k随k的变化情况不同,能带越窄,二次微商越小,有效质量越大,内层电子的能带窄,有效质量大；外层电子的能带宽,有效质量小;5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄,有效质量越大,能带越宽,有效质量越小;6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化外场对电子的作用效果有什么不同；答：在能带底附近,电子的有效质量是正值,在能带顶附近,电子的有效质量是负值;在外电F作用下,电子的波失K不断改变,dkf hdt,其变化率与外力成正比,因为电子的速度与k有关,既然k状态不断变化,则电子的速度必然不断变化;7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系,为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度答：沿不同的晶向,能量带隙不一样;因为电子要摆脱束缚就能从价带跃迁到导带,这个时候的能量就是最小能量,也就是禁带宽度;2.为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述答：空穴是一个假想带正电的粒子,在外加电场中,空穴在价带中的跃迁类比当水池中气泡从水池底部上升时,气泡上升相当于同体积的水随气泡的上升而下降;把气泡比作空穴,下降的水比作电子,因为在出现空穴的价带中,能量较低的电子经激发可以填充空穴,而填充了空穴的电子又留下了一个空穴;因此,空穴在电场中运动,实质是价带中多电子系统在电场中运动的另一种描述;因为人们发现,描述气泡上升比描述因气泡上升而水下降更为方便;所以在半导体的价带中,人们的注意力集中于空穴而不是电子;3.有两块硅单晶,其中一块的重量是另一块重量的二倍.这两块晶体价带中的能级数是否相等,彼此有何联系答：相等,没任何关系4.为什么极值附近的等能面是球面的半导体,当改变磁场方向时只能观察到一个共振吸收峰; 答：各向同性;5.金刚石晶体结构和闪锌矿晶体结构的晶向对物理性质的影响 ;6.典型半导体的带隙 ;一般把禁带宽度等于或者大于2.3ev的半导体材料归类为宽禁带半导体,主要包括金刚石,SiC,GaN,金刚石等;26族禁带较宽,46族的比较小,如碲化铅,硒化铅 0.3ev,35族的砷化镓1.4ev;第二章1.说明杂质能级以及电离能的物理意义;为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下,而且电离能的数值较小答：被杂质束缚的电子或空穴的能量状态称为杂质能级,电子脱离杂质的原子的束缚成为导电电子的过程成为杂质电离,使这个多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量成为杂质电离能;杂质能级离价带或导带都很近,所以电离能数值小;2.纯锗,硅中掺入III或Ⅴ族元素后,为什么使半导体电学性能有很大的改变杂质半导体p型或n型应用很广,但为什么我们很强调对半导体材料的提纯答：因为掺入III或Ⅴ族后,杂质产生了电离,使得到导带中得电子或价带中得空穴增多,增强了半导体的导电能力;极微量的杂质和缺陷,能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响,,当然,也严重影响着半导体器件的质量;3.把不同种类的施主杂质掺入同一种半导体材料中,杂质的电离能和轨道半径是否不同把同一种杂质掺入到不同的半导体材料中例如锗和硅,杂质的电离能和轨道半径又是否都相同答：不相同4.何谓深能级杂质,它们电离以后有什么特点答：杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶;特点：能够产生多次电离,每一次电离相应的有一个能级;5.为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级答：因为金是深能级杂质,能够产生多次电离,每一次电离相应的有一个能级,因此,金在硅锗的禁带往往能引入若干个能级;6.说明掺杂对半导体导电性能的影响;答：在纯净的半导体中掺入杂质后,可以控制半导体的导电特性;掺杂半导体又分为n型半导体和p型半导体;例如,在常温情况下,本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为1.5╳1010cm-3;当在Si中掺入1.0╳1016cm-3后,半导体中的电子浓度将变为1.0╳1016cm-3,而空穴浓度将近似为2.25╳104cm-3;半导体中的多数载流子是电子,而少数载流子是空穴;7.说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同答：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用;浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用8.什么叫杂质补偿,什么叫高度补偿的半导体, 杂质补偿有何实际应用;答：当半导体中既有施主又有受主时,施主和受主将先相互抵消,剩余的杂志最后电离,这就是杂质补偿,若施主电子刚好填充受主能级,虽然杂质很多,但不能向导带和价带提供电子和空穴,这种现象称为杂质的高度补偿;利用杂质补偿效应,可以根据需要改变半导体中某个区域的导电类型,制造各种器件;9.什么是半导体的共掺杂答：掺入两种或两种元素以上10.用氢原子模型计算杂质电离能第三章1.半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态,其物理意义如何载流子激发和载流子复合之间建立起动态平衡时称为热平衡状态,这时电子和空穴的浓度都保持一个稳定的数值,处在这中状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子;2.什么是能量状态密度能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数;3.什么叫统计分布函数,费米分布和玻耳兹曼分布的函数形式有何区别在怎样的条件下前者可以过渡到后者,为什么半导体中载流子分布可以用玻耳兹曼分布描述统计分布函数描述的事热平衡状态下电子在允许的量子态如何分布的一个统计分布函数;当E-EF>>kT时,前者可以过度到后者;4.说明费米能级的物理意义,根据费米能级位置如何计算半导体中电子和空穴浓度,如何理解费米能级是掺杂类型和掺杂程度的标志;费米能级的意义：当系统处于热平衡状态,也不对外界做功的情况下,系统增加一个电子所引起的系统自由能的变化,等于系统的化学能;n型掺杂越高,电子浓度越高,EF就越高;5.在半导体计算中,经常应用这个条件把电子从费米能级统计过渡到玻耳兹曼统计,试说明这种过渡的物理意义;E-EF>>kT时,量子态为电子占据的概率很小,适合于波尔兹曼分布函数,泡利原理失去作用,两者统计结果变得一样了;6.写出半导体的电中性方程,此方程在半导体中有何重要意义电子浓度等于空穴浓度;意义：平衡状态下半导体体内是电中性的;7.半导体本征载流子浓度的表达式及其费米能级载流子浓度：ni=n0p0=NcNv1/2exp-Eg/2kT费米能级：Ei=Ef=Ec+Ev/2+3kT/4lnmp/mn8.若n型硅中掺入受主杂质,费米能级升高还是降低若温度升高当本征激发起作用时,费米能级在什么位置,为什么费米能级降低了;费米能级在本征费米能级以上;9.如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度根据公式和常识,必然是这样;10.为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高硅的禁带宽度比锗大,且在相同温度下,锗的本征激发强于硅,很容易就达到较高的本征载流子浓度,使器件失去性能;11.当温度一定时,杂质半导体的费米能级主要由什么因素决定试把强n,弱n型半导体与强p,弱p半导体的费米能级与本征半导体的费米能级比较;决定因素：掺杂浓度,掺杂能级,导带的电子有效态密度等;费米能级比较：强n>弱n>本征>弱p>强p12.如果向半导体中重掺施主杂质,就你所知会出现一些什么效应费米能级深入到导带或者价带中13.半导体的简并化判据Ec-Ef<=0第四章1.试从经典物理和量子理论分别说明载流子受到散射的物理意义;经典：电子在运动中和晶格或者杂质离子发生碰撞导致载流子速度的大小和方向发生了改变;量子理论：电子波仔半导体传播时遭到了散射;2.半导体的主要散射机制;电离杂质散射；晶格振动散射,包括声子波和光学波散射；其他因素散射：等能谷散射,中性杂质散射,位错散射,合金散射,等;3.比较并区别下述物理概念:电导迁移率,漂移迁移率和霍耳迁移率;电导迁移率：漂移迁移率：载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度,运动得越快,迁移率越大；运动得慢,迁移率小霍尔迁移率：Hall系数RH与电导率σ的乘积,即│RH│σ,具有迁移率的量纲,Hall迁移率μH 实际上不一定等于载流子的电导迁移率μ, 因为载流子的速度分布会影响到电导迁移率4.什么是声子它对半导体材料的电导起什么作用声子是晶格振动的简正模能量量子,声子可以产生和消灭,有相互作用的声子数不守恒,声子动量的守恒律也不同于一般的粒子,并且声子不能脱离固体存在;电子在半导体中传输时若发生晶格振动散射,则会发出或者吸收声子,使电子动量发生改变, 从而影响到电导率;5.平均自由程,平均自由时间,散射几率平均自由程：电子在受到两次散射之间所走过的平均距离；平均自由时间：电子在受到两次散射之间运动的平均时间；散射几率:用来描述散射的强弱,代表单位时间内一个载流子受到散射的次数;6.几种散射机制同时存在,总的散射几率总散射概率等于多种散射概率之和;7.一块本征半导体样品,试描述用以增加其电导率的两个物理过程;提高迁移率和和提高本征载流子浓度8.如果有相同的电阻率的掺杂锗和硅半导体, 问哪一个材料的少子浓度高, 为什么锗的少子浓度高;由电阻率=1/nqu和ni2=n0p0以及硅和锗本征载流子浓度的数量级差别,可以算出锗的少子浓度高;9.硅电阻率与温度的关系图10.光学波散射和声学波散射的物理机构有何区别各在什么样晶体中起主要作用光学波散射：弹性散射,散射前后电子能量基本不变;主要在离子性晶体中起作用声学波散射：非弹性散射,散射前后电子能量发生改变;主要在共价性晶体中起作用;11.说明本征锗和硅中载流子迁移率随温度增加如何变化迁移率随温度的升高逐渐降低12.电导有效质量和状态密度有效质量有何区别它们与电子的纵向有效质量和横向有效质量的关系如何当导带底的等能面不是球面时,不同方向的电导的有效质量就不同,且态密度分布可能不同,通过把不同的电导有效质量进行加权平均,就可以换算得到状态密度的有效质量; 13.对于仅含一种杂质的锗样品,如果要确定载流子符号、浓度、迁移率和有效质量,应进行哪些测量进行霍尔系数测量和回旋共振法测有效质量;14.解释多能谷散射如何影响材料的导电性;多能谷之间有效质量不同导致迁移率不同,当电子从一能谷跃迁到另一能谷时,迁移率会减低,导致导电性降低;15.解释耿氏振荡现象,振荡频率取决于哪些参数耿氏振荡来源于半导体内的负微分电导,振荡频率决定于外加电压和器件的长度;16.半导体本征吸收与本征光电导本征吸收：半导体吸收光子能量大于带隙的光子,使电子直接跃迁到导带;又本征吸收产生的非平衡载流子的增加使半导体电导率增加;17.光电导灵敏度与光电导增益因子光电导灵敏度：单位光照度所引起的光电导增益因子：铜一种材料由于结构不同,可以产生不同的光电导效果,用增益因子来表示光电导的增强;第五章1. 区别半导体平衡状态和非平衡状态有何不同什么叫非平衡载流子什么叫非平衡载流子的稳定分布半导体的热平衡状态是相对的,有条件的;如果对半导体施加外界作用,破坏了热平衡条件,这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态,称为非平衡状态;处于非平衡态的半导体比平衡态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子;2. 掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率,它们之间有何区别试从物理模型上予以说明;掺杂：增加浓度,温度：增加本征载流子光照：产生非平衡载流子,增加载流子数目3. 在平衡情况下,载流子有没有复合这种过程为什么着重讨论非平衡载流子的复合过程有,4. 为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的标准而要引入准费米能级费米能级和准费米能级有何区别当热平衡状态受到外界影响,遭到破坏, 使半导体处于非平衡状态,不再存在统一的费米能级,因为费米能级和统计分布函数都是指热平衡状态下;而分别就价带和导带中的电子来说,它们各自基本上处于平衡状态,导带和价带之间处于不平衡状态,准费米能级是不重合的;5. 在稳定不变的光照下,半导体中电子和空穴浓度也是保持恒定不变的,但为什么说半导体处于非平衡状态光照是外部条件,6. 说明直接复合、间接复合的物理意义;直接：电子在导带和价带之间的直接跃迁而引起的电子和空穴的复合消失过程间接复合：电子空穴通过禁带中的能级复合；7. 区别: 复合效应和陷阱效应,复合中心和陷阱中心,俘获和复合,俘获截面和俘获几率;复合效应：陷阱效应：积累非平衡载流子的作用;相应的杂质和缺陷为陷阱中心8. 非辐射复合主要有哪几种非辐射复合：表面复合；深能级复合；俄歇Auger复合；9. 载流子的寿命非平衡载流子浓度减少到1/e所经历的时间;10. 扩散流密度与稳态扩散方程单位时间通过单位面积的粒子数称为扩散流密度；参考P165 5-8111. 爱因斯坦关系的推导P170-17112. 连续性方程中各项的物理意义及其典型器件结构的解第1项---由于扩散运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；第2,3项---由于漂移运动,单位时间单位体积中积累的空穴数；第4项---由于其它某种因素单位时间单位体积中产生的空穴数产生率；第5项---为由于存在复合过程单位时间单位体积中复合消失的空穴数；第六章1.平衡pn结有什么特点,画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向;2.定性地画出正向偏置时pn结能带图；在图上标出准费米能级的位置,并与平衡时pn结能带图进行比较;3.写出pn结整流方程,并说明方程中每一项的物理意义,对于较大的正向偏置和反向偏置,这个方程分别说明什么样的物理过程;正向偏压, V>0, 正向电流密度随正向偏压指数增大;反向电流密度为常数,不随偏压改变4.反向电流由哪几部分构成的在一般情况下什么是主要的为什么反向电流和温度关系很大5.解释硅pn结的反向电流随反向电压增加而增大的原因;6.为什么pn结的接触电位差不能通过万用表跨接在二极管两端的方法进行测量;7.当pn结n型区的电导率远远大于p型区的电导率时,pn结电流主要是空穴流还是电子流8.说明pn结理想模型的基本假设, 在推导pn结电流–电压关系时,这些基本假设体现在哪些地方①小注入---即注入少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；②突变耗尽层---即外加电压和接触电势差都落在耗尽层上,耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成,耗尽层外的半导体是电中性的;因此,注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动;③通过耗尽层的电子和空穴电流为常量---耗尽层中没有载流子的产生及复合作用;④玻耳兹曼边界条件---即在耗尽层两端,载流子分布满足玻耳兹曼统计分布.9. 分别画出正向、反向偏置pn结n侧少数载流子的浓度与到pn结距离之间的函数关系曲线,指出过剩载流子浓度何处为正、何处为负10. 对于非理想pn情况应做如何修正着重从物理角度予以说明;测量结果与理论值存在差异的主要原因：①势垒区中载流子的产生与复合对电流影响；②大的注入条件③表面复合④串联电阻效应整理者：宋凌云。
东南大学半导体物理例题
复习与思考 1.金属和半导体的功函数是如何定义的? 2.分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件,并画出 金半接触时的能带图.(忽略表面态的影响) 3.试比较p-n结和肖特基结的主要异同点.指出肖特基二极管具 有哪些重要特点.
4.金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触,说明其物理 原理.
5.什么是表面空间电荷区?
p0 p0 p p
外界作用
外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载 流子的注入。
外界作用
光 h Eg 照射半导体表面—光注入 对p-n结施加偏压—电注入
例，光照n型半导体表面
n p
光照引起的附加光电导：
qn n q p p
通过附加电导率测 量可计算非平衡载流子。
解:
1 niq n μp μ ρ 1 ni ρq n μp μ 1 47 1.6 101 9 3600 1700 2.5 10 1/cm
13
3
(2)
N D 4.4 10 10 4.4 10 1 / cm
22 16
pt p 0 e
t
t
时,
p 0 p
e
非平衡载流子的寿命主要与复合有关。
3.4. 非平衡载流子的复合机制 直接复合(direct recombination):导带电子与价带空 穴直接复合. 复合
间接复合(indirect recombination):通过位于禁带中的杂 质或缺陷能级的中间过渡。
对于n型半导体Δn=Δp《 n0， p型半导体 Δn=Δp《 p0，称小注入。
对n型半导体，n称为多数载流子（Majority carriers），Δn被称为非平衡多数载流子；p称为 少数载流子（Minority carriers ），Δp被称为非 平衡少数载流子。 非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。 外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失， 这一过程称为非平衡载流子的复合。
半导体物理期末试卷(含部分答案
一、填空题1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。
这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。
2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。
3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。
4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 .5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 qn n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。
6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。
前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。
7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。
8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。
样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。
费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。
9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。
10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。
半导体物理试卷及答案
《 半导体物理 》课程考试试卷（ A ）开课二级学院：，考试时间： 年____月____日 时考试形式：闭卷√、开卷□，允许带 计算器 入场考生姓名： 学号： 专业： 班级：一、选择题（每小题2分，共10分） 1、室温下一硫化镉样品的可动载流子密度为16310cm -，迁移率为2100/cm Vs ，则此样品的电导率是 1()cm -Ω。
A ．16 B ．17 C ．18 D ．192、一块2cm 长的硅片，横截面是20.1cm ，用于测量电子迁移率。
已知掺杂浓度为15310D N cm -=，测得电阻值为90Ω，则其电子迁移率为 2/cm Vs 。
A ．1450 B ．550 C ．780 D ．1390 3、室温下，费米分布函数在F E 处的值为 A ．0 B ．0.5 C ．0.56 D ．1 4、对某块掺杂硅材料在整个温度范围内测量霍尔系数，结果均为0H R <，则该材料的导电类型为 A ．N 型 B ．P 型 C ．本征 D ．不确定 5、一个零偏压下的PN 结电容，每单位面积的耗尽层电容20.772/d C mF m =，硅的介电常数s ε为1211.88.8510/F m -⨯⨯，则耗尽层宽度是A ．135m μB ．125m μC ．135nmD ．125nm 二、判断题（每小题2分，共10分） 1、载流子的扩散运动产生漂移电流。
（ ） 2、简并化半导体的主要特点是掺杂浓度很低。
（ ） 3、SiC 是宽带隙的半导体材料。
（ ） 4、弗仑克尔缺陷是指空位和间隙原子成对出现的缺陷。
（ ） 5、对于窄禁带半导体材料，热电击穿是重要的击穿机制。
（）三、填空题（每空2分，共10分）1、有效的陷阱中心能级在附近。
n p= 。
2、一定温度下，非简并半导体的热平衡载流子浓度的乘积003、最初测出载流子有效质量的实验名称是。
4、金属半导体接触可分为两类，分别是和欧姆接触。
5、不含任何杂质和缺陷的理想半导体称为半导体。
东南大学半导体物理考研复习系列试题(D卷)
决定迁移率的参数是有效质量和平均自由时间。有效质量是关于能带结构的一个重要 性质。有效质量是将晶体中 __________ 作用概括在其中，有效质量的引入，使得处 理晶体中的电子在 __________ 问题时忽略难以确定的晶格力，使问题简单化。对于
学号
GaAs ，导带底附近的曲率很大，因此导带电子的有效质量很小。有效质量增大，迁 移率 __________ （ “增加”或“减小” ） 。决定迁移率的另外一个重要因素是连续碰 撞间的平均自由时间，它主要与 __________ 和 __________ 有关。
3.(12分) 何谓漂移运动？何谓扩散运动？何谓迁移率、扩散系数？
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(luobin 考研复习卷)
并说明温度及掺杂浓度对这两种散射 4.(12分) 简述常见掺杂半导体中两种主要散射机制， 机制的影响和原因。
5.(16分) 某种半导体与金属接触。
(1)解释欧姆接触和整流接触特性； (2) n 型半导体与金属形成整流接触，画出接触后 的能带图，解释接触后能带的形成过程； (3)为什么金-半二极管 （肖特基二极管） 消除了载 流子注入后的存储时间？ (4)实际欧姆接触面临什么问题，怎样解决的？ (5)下图是金属和轻掺杂半导体的能带图，画出接 触后的能带图， 包括费米能级、 在金属半导体界面 处通过 Wm、WS 、χ 或者 E g 表示出的价带偏移量和导带偏移量以及其他能带弯曲，定性 指出电荷耗尽区和积累区（设不存在界面缺陷） ，这是一个肖特基接触还是欧姆接触？
9 3
(4)求光照稳定时半导体的附加电导率及半导体准费米能级之差。
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(luobin 考研复习卷)
半导体物理期末考试试卷及答案解析
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 半导体物理期末考试试卷及答案解析------------------------------装---------------------------------------------订----------------------------------------线----------------------------------------安徽大学 20 09—20 10 学年第一学期《半导体物理学》考试试卷（B 卷）（闭卷时间 120 分钟）题号一二三四五六七总分得分阅卷人学号答题勿超装订线姓名专业年级一、选择题（每小题 2 分，共 20 分）得分1. 本征半导体是指( )的半导体。
A. 不含杂质和缺陷B. 电子浓度和空穴浓度相等C. 电阻率高D. 电子浓度与本征载流子浓度相等2. 关于 Si 的能带特征，以下描述错误的是( )。
A. 导带底位于六个等效的<100>方向B. 价带顶位于布里渊区中心C. Si 是直接带隙半导体D. 导带底附件的等能面是旋转椭球面3. 导带底附件的状态密度为 gc (E) ，电子占据能级 E 的几率为 fB (E) ，则导带电子浓度为( )。
A. gc (E) fB ( E )B. gc (E) fB ( E ) dE4. 简并半导体是指( )的半导体。
Ec′∫ C. Ec gc (E)dE∫ ( ) Ec′D. Ec gc (E) fB E dEA. (Ec －EF)或(EF-Ev)≤0 B. (Ec－EF)或(EF-Ev)≥0C. 能使用玻尔兹曼近似计算载流子浓度D. 导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子5.1/ 14对于 n 型非简并半导体，在饱和区，电阻率随温度上升而增加，可能的原因是( )。
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共 10 页 第 1 页东 南 大 学 考 试 卷（卷）课程名称 半导体物理 考试学期 11-12-2得分适用专业 电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 1932.810c N cm -=⨯1931.110v N cm -=⨯，电子电量191.610e C -=⨯。
一、 填空题（每空1分，共35分）1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体 散射起主要作用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时，______________散射起主要作用。
2.非平衡载流子的复合率 ，t N 代表__________，t E 代表__________，当2i np n -为___________时，半导体存在净复合，当2i np n -_______时，半导体处于热平衡状态。
杂质能级位于___________位置时，为最有效复合中心，此杂质称为____________杂质。
3.纯净的硅半导体掺入浓度为17310/cm 的磷，当杂质电离时能产生导电________，此时杂质为_________杂质，相应的半导体为________型。
如果再掺入浓度为16310/cm 的硼，半导体是_______型。
假定有掺入浓度为15310/cm 的金，则金原子带电状态为__________。
4.当PN 结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然__________开始的现象称为击穿，击穿分为___________和___________。
温度升高时，________击穿的击穿电压阈值变大。
5. 当半导体中载流子浓度存在_________时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与_______成正比，比例系数称为_________；半导体存在电势差时，载流子将做 运动，其运动速度正比于 ，比例系数称为 。
6.GaAs 样品两端加电压使内部产生电场，在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小，这区域称为________________，这是由GaAs 的_____________结构决定的。
共 10 页 第 2 页7.n 型半导体导带极值在[110]轴上，那么共有________个导带底。
已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m ，横向有效质量为0.920m ，重空穴的质量0.490m ，轻空穴的质量为0.160m ，则硅的导带底电子的状态有效质量为__________，价带顶空穴的状态有效质量为__________，硅的沿x 方向的电导有效质量为_______________。
8.对于Si 、Ge 和GaAs ，_________适合制作高温器件，其原因是______________________ ________________________________________________________________________。
9.PN 结电容主要有_________电容和__________电容，正向偏压越大，_________电容的作用越重要。
对于点接触型二极管和面接触型二极管，__________________更适合高频电路使用。
二、 简要回答（1-3题8分，4题6分，共30分）1．下图分别是半导体材料Si 、Ge 、 GaAs 的能带结构示意图。
（1） 请指出图a 、图b 、 图c 分别对应何种材料，您判断的依据是什么？（2）在三幅图中，价带对于同一个K ，E(K)可以有两个值，表明对应两种有效质量不同的空穴，即重空穴和轻空穴。
试指出曲线1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？2.（1）画出轻掺杂半导体和重掺杂半导体的迁移率与温度的关系，并解释之。
（2）n型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会出现这样的变化规律。
3.（1）画出实现反阻挡的金属——半导体欧姆接触后的能带图；（2）实际加工中在对半导体进行电互连时，将半导体的接触区进行重掺杂后在与金属连接，而不是直接用金—半欧姆接触进行电互连，试解释之。
4.举一关于异质结应用的例子，并说明异质结相比于同质结有哪些优点。
共10 页第3 页共 10 页 第 4 页三、 计算题（35分）1.（5分）在室温下，当反向偏压等于0.13eV 时，流过PN 结二极管的电流为5A μ。
计算当二极管正向偏置同样大小的电压时，流过二极管的电流为多少？2.（6分）掺磷的n 型硅，已知磷的电离能为0.044eV ，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。
3.（6分）单晶硅中均匀地掺入两种杂质，掺硼1631.510cm -⨯，掺磷153510cm -⨯。
已知221350/,500/n p cm V s cm V s μμ== ，计算：（1）载流子的浓度；（2）费米能级相对禁带中央的位置；（3）电导率。
4.（8分）稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子，产生率为g p，且无外场作用，在t=0时刻，撤去光照。
（1）求t<0时半导体载流子的浓度；（2）求t>0时半导体载流子的浓度。
已知22p p p ppp p d p pD p g t x dx xεμεμτ∂∂∂∆=---+∂∂∂5．（10分）若在掺有受主杂质N A的p型衬底上采用扩散工艺又掺入一层浓度为N D施主杂质，且N D>>N A，本征载流子浓度为n i。
求：（1）求接触电势差V D；（2）画出平衡时p-n结的能带图；（3）请问p区和n区哪边的势垒宽度宽，为什么？（4）分析说明外加正向偏置时，正向扩散电流的主要成分是电子电流还是空穴电流？（5）若外加正向电压为V f时，分别写出注入p区和n区的载流子浓度。
共10 页第5 页共 10 页 第 6 页东 南 大 学 考 试 卷（ 卷）课程名称 半导体物理 考试学期得分适用专业 电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 1932.810c N cm -=⨯1931.110v N cm -=⨯，电子电量191.610e C -=⨯。
一． 填空（每空1分，共32分）1. 半导体作为电子工程主角，具有可控性、___________________________和通道时延等特点。
在半导体中，决定载流子分布的两大基本法则为费米能级的调控作____________。
2．纯净半导体Si 中掺硼元素的杂质，当杂质电离时从Si 中夺取 ，在Si 晶体的共价键中产生了一个 ，这种杂质称 杂质。
3．p 型Ge 中掺入施主杂质，费米能级将____________(上升，下降或不变)。
若温度升高至本征激发起主导作用时费米能级所处位置为______________________。
4．n 型半导体硅导带极值在[110]轴上，则有________个导带底。
已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m ，横向有效质量为0.920m ，重空穴的质量0.490m ，轻空穴的质量为0.160m ，则硅的价带顶空穴的状态有效质量为__________，当回旋共振试验中，磁场沿[100]方向时，测得共振吸收峰个数为_________。
5．半导体Si 属于 半导体（填“直接带隙”或“间接带隙”），砷化镓属于_________________半导体，直接带隙和间接带隙半导体的区别在于________________ ___________________________________________________________________________。
5．轻掺杂的目的是_____________________,深能级掺杂能起到_______________________的重要作用，而我们进行重掺杂主要是利用重掺杂的高电导性和______________的特点，尽管其可能给半导体器件带来不理想的结果，如_____________________________。
6．半导体中的载流子寿命不是取决于材料的基本性质，而是与半导体材料中的缺陷、___________或应力相关；在半导体材料中有一些缺陷能级，它们可以俘获载流子，并长时间把载流子束缚在这些能级上，这种现象称为_____________。
7．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和______________。
前者在_______________________下起主要作用，后者在______________________________________下起主要作用。
8．改变半导体电导率最常见的方法是通过掺杂，除此之外还可以通过_________________、__________________________和__________________________等。
9.锗p-n结与硅p-n结的内建电势差V D相比，_____________内建电势差V D大，其原因是_____________________________________________________________。
10. p-n结的理想伏安特性与实际伏安特性的区别是________________________________ _______________________________，其原因是忽略了_____________________________和________________________________________________________。
11.爱因斯坦关系式___________________表征了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系。
二．简要回答（每题8分，共32分）1.（1）从能带论出发，简述半导体能带的基本特征；（2）利用能带论分析讨论为什么金属和半导体电导率具有不同的依赖性。
2.简述多能谷散射对半导体导电性的影响，举一例说明。
共10 页第7 页3.（1）试画出并解释载流子浓度随温度的变化关系，说明为什么高温下半导体器件无法工作；（2）试画出n型半导体的费米能级随温度变化规律，并解释之。
4.在半导体器件制造中，常遇到低掺杂半导体引线问题，一般采用在低掺杂上外延一层相同导电类型重掺杂半导体，请以金属—n+半导体—n为例，分别画出平衡时、正向偏置和反向偏置下的能带图，并说明其欧姆接触特性。
三．计算（共36分）10cm-的n型硅，室温下的功函数是多少？如果不考虑表面态的1．（8分）施主浓度为173影响，试画出它与金（Au）接触的能带图，并标出势垒高度和接触电势差的数值。