半导体物理学(乙)B卷真题2007年

2007年硕士学位研究生入学统一考试试题

半导体物理学(乙) B卷

一、解释下列名词及概念

1．半导体中深能级杂质 2．禁带宽度 3．热载流子

4．空穴 5．半导体的迁移率 6．准费米能级 7．欧姆接触

8．表面复合速度 9．本征吸收 10．p-n结势垒电容

二、简答题

1．简述多能谷散射；

2．简述霍耳效应；

3．简述禁带变窄效应；

4．简述半导体的几何磁阻效应。

三、

平面正六方晶格如图所示，其矢量为：

式中a为六角形两个平行对边间的距离。

1．求倒格子基矢；

2．证明倒格子原胞的面积等于正格子原胞面积的倒数；(不考虑(2π) 2因子) 3．画出此晶格的第一布里渊区。

四、晶格常数为a的一维晶格，其导带极小值附近能量为

价带极大值附近能量为

为电子的惯性质量，

h=6.63×10-34，s为普朗克常数，，a=0.314nm，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。

五、设在一个金属--二氧化硅--p型硅构成的MOS结构上加一电压，如图所示，p型硅接低电位，金属接高电位，使半导体表面层出现耗尽状态。

1．根据耗尽层近似，求耗尽层内电势v(x) 。

2．若p-si的表面势V

s =0.4V，外加电压为5V，受主杂质浓度N

A

=1016/cm3，求耗

尽层厚度。(硅的介电常数ε

r =11.9，真空介电常数ε

=8.85×10-14F/cm，电子

电量q=1.60×10-19C) 。

六、已知硅突变结两边杂质浓度为N

A =1016cm-3，N

D

=1020cm-3，

1．求势垒高度和势垒宽度(300K时) ；2．画出电场E(x) 及电势V(x) 图。

(硅中本征载流子浓度n

i =1.5×1010cm-3，硅的介电常数ε

r

=11.9，真空介电常数

E 0=8.85×10-14F/cm，玻耳兹曼常数k

=1.38×10-23/K，300K时k

T=0.026eV) 2007年半导体物理学(乙) B卷参考答案

1．深能级杂质：在半导体的禁带产生的施主能级距离导带底较远，产生的受主能级距离价带顶也较远。通常称这种能级为深能级，相应的杂质称为深能级杂质。2．禁带宽度：在能带论中，将能带分为导带、价带和禁带。禁带宽度是导带底

能级(E

c ) 与价带项能级(E

v

) 之差，即E

g

=E

c

-E

v

。

3．热载流子：在强电场下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子和晶格系统不再处于热平衡状态。能量大于晶格系统的能量的载流子称为热载流子。

4．空穴：把价带中空着的状态看成是带正电的粒子，称为空穴。空穴不仅带有正电荷+q，而且还具有正的有效质量。

5．迁移率：电场强度与载流子平均漂移速度的比值为迁移率，表示单位场强下载流子的平均漂移速度，单位是m2/V·S或cm2/V·S。

6．准费米能级：当半导体的平衡遭到破坏，导带和价带之间处于不平衡状态。但是分别在导带和价带中，电子基本上处于平衡态。因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的费米能级，称为准费米能级。

7．欧姆接触：金属与半导体接触时形成的非整流接触称为欧姆接触，它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。8．表面复合速度：表面复合率与表面处非平衡载流子浓度之比的比例系数，称为表面复合速度，它具有速度的量纲，表示表面复合的强弱。表面复合速度的大小，很大程度上要受到晶体表面物理性质和外界气氛的影响。

9．本征吸收：理想半导体在绝对零度时，价带是完全被电子占满的，因此价带内的电子不可能被激发到更高的能级。唯一可能的吸收是足够能量的光子使电子

激发，越过禁带跃迁入空的导带，而在价带中留下一个空穴，形成电子一空穴对。这种由于电子由能带与能带之间的跃迁所形成的吸收过程称为本征吸收。

10．p-n结势垒电容：p-n结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的存入和取出作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这和一个电容器的充放电作用相似，这种p-n结的电容效应称为势垒电容，以CT表示。

二、

1．多能谷散射：在电场作用下，电子从电场中获取能量，可在能谷间转移，即能谷间散射，电子的准动量有较大的改变，伴随散射发射或吸收光学声子。同时，电子的有效质量、迁移率、平均漂移速度、电导率等都将发生变化。

2．霍耳效应：把通有电流的半导体放在均匀磁场中，设电场沿x方向，电场强

度为E

x ；磁场方向和电场垂直，沿z方向，磁感应强度为B

z

，则在垂直于电场和

磁场的+y或-y方向将产生一个横向电场E

y

，这种现象称为霍耳效应。

3．禁带变窄效应：在半导体中，当杂质大于一定浓度时，杂质能带进入了导带和价带，并与导带和价带相连，形成了新的简并能带，使能带的状态密度发生了

变化，简并能带的尾部深入到禁带中，称为尾带。导致禁带宽度由E

g 减小为E

g

，

所以重掺杂时，禁带宽度变窄了，称为禁带变窄效应。

4．几何磁阻效应：在与电流垂直的方向加磁场后，沿外加电场方向的电流密度有所下降，即磁场的存在，半导体的电阻增大，这种现象称为磁阻效应；与样品的形状有关，不同的几何形状的样品，在同样大小磁场作用下，其电阻不同，这个效应称为几何磁阻效应。

三、1．

2．

3．