09级半导体器件物理A卷答案

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）1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ）A 金刚石B 闪锌矿C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ）Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ）Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。

A 空穴B 电子5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ）A 直接复合B 间接复合C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ）Ａ 施主能级 Ｂ 费米能级 Ｃ 受主能级 D 缺陷能级7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )的一个物理量。

A 在电场作用下的运动快慢B 在浓度梯度作用下的运动快慢8．室温下，半导体Si 中掺硼的浓度为1014cm －3，同时掺有浓度为1.1×1015cm －3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K ，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。

（已知：室温下，ni ≈1.5×1010cm －3，570K时，ni ≈2×1017cm －3）A 1014cm －3B 1015cm －3C 1.1×1015cm －3D 2.25×105cm －3E 1.2×1015cm －3F 2×1017cm －3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。

A 漂移B 隧道C 扩散 10．下列器件属于多子器件的是（ BD ）Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管 Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np<n i 2时，载流子的复合率（ C ）产生率Ａ 大于 Ｂ 等于 Ｃ 小于12．实际生产中，制作欧姆接触最常用的方法是（ A ）Ａ 重掺杂的半导体与金属接触 Ｂ 轻掺杂的半导体与金属接触 13．在下列平面扩散型双极晶体管击穿电压中数值最小的是 （ C ）A BV CEOB BV CBOC BV EBO14．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ B ）。

（V S 为半导体表面电势；qV B =E i -E F ）A V S =VB B V S =2V BC V S =015．晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得（ C ）A ．较厚B ．较薄C ．很薄16．pn 结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（ A ）。

A ．展宽B ．变窄C ．不变 17．在开关器件及与之相关的电路制造中，（ C ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。

A 钝化工艺B 退火工艺C 掺金工艺18．在二极管中，外加反向电压超过某一数值后，反向电流突然增大，这个电压叫（ B ）。

A 饱和电压B 击穿电压C 开启电压 19．真空能级和费米能级的能值差称为（ A ）A 功函数B 亲和能C 电离电势 20．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（ A ）A 发射区B 基区C 集电区21．栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成P 沟道，该MOSFET 为（ A ）A P 沟道增强型B P 沟道耗尽型C N 沟道增强型D N 沟道耗尽型 二、判断题（共20分，每题１分）１．（ √ ）半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。

２．（ √ ）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。

３．（ × ）半导体中载流子低温下发生的散射主要是晶格振动的散射。

４．（ × ）杂质半导体的电阻率随着温度的增加而下降。

５．（ √ ）半导体中杂质越多，晶格缺陷越多，非平衡载流子的寿命就越短。

６．（ √ ）非简并半导体处于热平衡状态的判据是n 0p 0=n i 2。

７．（ √ ）MOSFET 只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。

８．（ √ ）反向电流和击穿电压是表征晶体管性能的主要参数。

９．（ × ）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。

１０． （ √ ）MOS 型的集成电路是当今集成电路的主流产品。

１１． （ √ ）平衡PN 结中费米能级处处相等。

１２． （ √ ）能够产生隧道效应的PN 结二极管通常结的两边掺杂都很重，杂质分布很陡。

１３． （ √ ）位错就是由范性形变造成的，它可以使晶体内的一原子或离子脱离规则的周期而位移一段距离。

１４． （ √ ）在某些气体中退火可以降低硅-二氧化硅系统的固态电荷和界面态。

１５． （ √ ）高频下，pn 结失去整流特性的因素是pn 结电容１６． （ × ）pn 结的雪崩击穿电压主要取决于高掺杂一侧的杂质浓度。

１７． （ √ ）要提高双极晶体管的直流电流放大系数α、β值，就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。

１８． （ √ ）二氧化硅层中对器件稳定性影响最大的可动离子是钠离子。

１９． （ × ）制造MOS 器件常常选用[111]晶向的硅单晶。

２０． （ √ ）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，但双极型晶体管的发射极和集电极是不可以互换的。

三、 名词解释 (共15分，每题5分，给出关键词得3分)1．雪崩击穿随着PN 外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电常州信息职业技术学院 2010 －2011 学年第 一 学期 半导体器件物理 课程期末试卷班级 姓名 学号 成绩装 订 线场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。

2．非平衡载流子由于外界原因，迫使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态，其载流子浓度可以比平衡状态时多出了一部分，比平衡时多出了的这部分载流子称为非平衡载流子。

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。

四、问答题（22分）1．简述肖特基二极管的优缺点。

（6分，每小点1分）优点：（1）正向压降低（2）温度系数小（3）工作频率高。

（4）噪声系数小缺点：（1）反向漏电流较大（2）耐压低2．MIS结构中，以金属—绝缘体—P型半导体为例，半导体表面在什么情况下成为积累层？什么情况下出现耗尽层和反型层？（6分，每小点2分）积累状态：当金属与半导体之间加负电压时，表面势为负值，表面处能带向上弯曲，表面层内就会出现空穴的堆积。

（2分）耗尽状态：当金属与半导体之间加正电压时，表面势为正值，表面处能带向下弯曲，表面处的空穴浓度较体内的低得多，这种状态就叫做耗尽状态。

（2分）反型状态：当正电压进一步增加时，能带进一步向下弯曲，使表面处的费米能级高于中央能级 E i，这意味着表面的电子浓度将超过空穴浓度，形成反型层。

（2分）3．如何加电压才能使NPN晶体管起放大作用。

请画出平衡时和放大工作时的能带图。

（10分，回答4分，其中每一点各2分；图6分，其中无偏压能带2分，加偏压能带2分，标注势垒高度2分）答：要使NPN晶体管起放大作用，发射结要加正向偏压（2分），集电结反向偏压。

（2分）放大工作时的能带图如下：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N D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N A=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N A=1×1015个/cm3的受主，那么电子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（2分）（2分）（2）掺入了NA=5×1014个/cm3的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。

（1分）则（2分）（2分）（3）因为施主和受主相互完全补偿，杂质的掺杂不起作用。

因此该半导体可看作是本征半导体（实际上不是）。

（1分）则（2分）()35152102315/104101102/101cmnnPcmNnoiODo个⨯=⨯⨯==⨯==个()351421023141415/cm108105102/cm105105101个⨯=⨯⨯==⨯=⨯-⨯=-=oiOADonnPNNn个310cm102个/⨯===iOonpn。