1—1.(P32)设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量Ev(k)分别为:Ec(k)=h2k23m0h2(k—k1)2和Ev(k)=mv0h2k26m03h2k2m0为电子惯性质量，k］=1/2a；a=。试求：禁带宽度；导带底电子有效质量；价带顶电子有效质量；价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化［解］①禁带宽度Eg根据”dk3m0dEc(k)2h2k+2处(―停=0；可求出对应导带能量极小值已的k值:mink=4k,min41由
题
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中EC式可得：Emin=EC(K)|k=k•=二k2；min4m10由题中E式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：k=0；Vmax,hk2h2k2h2并且E.=Ev(k)|k=k=-^^；・：Eg=E.—E=—-^=minVmax6mminmax12m48ma2000(6.62X10-27)2==0.64eV48X9.1X10—28X(3.14X10—8)2X1.6X10—11②导带底电子有效质量mnd2E2h22h28h2C=+=dk23mm3m000m=nd2ECdk2③价带顶电子有效质量m'd2EVdk26h2.d2E，.:m'=h2/mn0④准动量的改变量14=一一mdk260h走=h(k-k)=3hk=3hminmax418a1—2.(P33)晶格常数为nm的一维晶格，当外加102V/m,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。dkh［解］设电场强度为E,TF=h=qE(取绝对值)・・・dt=dkdtqEftf丄hh1,.•.tJdt=I2adk=代入数据得:00qEqE2a6.62x10-342x1.6x10-19x2.5x10-10xE8.3x10-6Es)当E=102V/m时，t=8.3X10-s(s)；E=10?V/m时，t=8.3X10-13(s)。3-14•(P82)计算含有施主杂质浓度ND=9X1015cm-3及受主杂质浓度为X1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。［解］对于硅材料：ND=9X1015cm-3；NAX1016cm-3；T=300k时n.X1010cm-3：DAip=N一N=2x1015cm-3；0ADnn=-i-0p0(L5x1010)2恂-3二1.125x105cm-30.2x1016p0E-E-N且p=Nv・exp(vf)D0-NDNv二exP(Eyktf)0:.E=Ev-kTInNa一ND=Ev-0.0261n02x106(eV)=Ev-0.224eVf0Nv1.1x10193—18.(P82，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。［解］n型硅，AED=0.044eV，依题意得：n=n+=0.5N0DD1+2exp(-=0.5NDE-EE-E・・1+2exp(-Df)=2nexp(-DfkTkT00・•・E-E=-kTIn1=kTln2nE-EDF020D+E-E=kTln2CF0•/AE二E-E二0.044DCD・•・E二E-kTln2-0.044nE-EFC0FC二一kTln2-0.044二0.062eV0exp(-E-E—CF)二kT02x2.8x1019exp(-0.0620.026)沁5.16x1018(cm-3)4—2.(P113)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1350cm2/V・S和500cm2/V•So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？［解］T=300K,,卩=1350cm2/V・S,卩=500cm2/V・Snp◎=nq(卩+)=1.5x1Oiox1.602x10—19x(1350+500)=4.45x10—6s/cminp掺入As浓度为NDX1022X10-6X1016cm-3杂质全部电离，N>>n2，查p页，图4—14可查此时u=900cm2/V・SDi89nQ=nqp=5x1016x1.6x10—19x900=7.2S/cm2n=1.62x106Q7.2cQ4.45x10-6［毕］4—13.(P114X1016cm-3硼原子和9X1015cm-3磷原子的Si样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。［解］NAX1016cm-3，ND=9X1015cm-3p=N-N=2x1015cm-30ADn2—i—p01.5x10102x1015=1.125x105cm-3可查图4一15得到P=7Q・cm(根据N+N=2x1016cm-3，查图4—14得P，然后计算可得。)AD［毕］4—15.(P114)施主浓度分别为1013和1017cm-3的两个Si样品，设杂质全部电离，分别计算:①室温时的电导率。［解］片=1013cm-3，T=300K，Q=nqp=1013x1.6x10-19x1350s/cm=2.16x10-3s/cm11nn2=1017cm-3时，查图可得P=8000•cm2nQ=nqP=1013x1.6x10-19x800s/cm=12.8s/cm11n5—5.(P144)n型硅中，掺杂浓度ND=1016cm-3,光注入的非平衡载流子浓度An=Ap=10i4cm-s。计算无光照和有光照时的电导率。［解］n-Si,ND=1016cm-3,An=Ap=10i4cm-3,查表4—14得到：卩-1200,p=400:Dnp无光照：◎=nqp=Nqp=1016x1.602x10-19x1200沁1.92(S/cm)nDnAn=Ap<
方法
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或作图求得解为：T=101.例2.现有三块半导体硅材料，已知室温下（300K）它们的空穴浓度分别为:戸口二2.25工10"c朋t，尹02二1J>c10"e陀t，尹03二21。耳*陀J。分别计算这三块材料的电子浓度力，憑，张判断这三块材料的导电类型;分别计算这三块材料的费米能级的位置。解：（1）室温时硅的兔二口加，号二1.弘10性/根据载流子浓度积公式:盘=3罩=1.职艸c沪氏1金10计&磐If(2)Q^gi即屮：>1x1『涉一，故为p型半导体.屜二知，即总严兔产珂产L荻1讥我t，故为本征半导体.Px沁，即2.25xlO4EFi。2试分别定性定量说明：在一定的温度下，对本征材料而言，材料的禁带宽度越窄，载流子浓度越高；对一定的材料，当掺杂浓度一定时，温度越高，载流子浓度越高。3x1010cmx1016cmx1016cm-3的受主杂质，这两块样品的导电类型又将怎样？4x106cmx1017cm-3的Si材料，试求温度分别为300K和400K时此材料的载流子浓度和费米能级的相对位置。5试分别计算本征Si在77K、300K和500K下的载流子浓度。6x1016cm-3，试计算300K时的电子浓度和空穴浓度各为多少？7某掺施主杂质的非简并Si样品，试求EF=(EC+ED)/2时施主的浓度。8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。9什么叫统计分布函数？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？10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？11证明，在F芒0时，畑对费米能级取什么样的对称形式？12在半导体计算中，经常应用»kT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。13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？14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？15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？16为什么硅半导体器件比锗器件的工作温度高？17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。18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？第四章半导体的导电性例1•室温下，本征锗的电阻率为4碍，试求本征载流子浓度。若掺入锑杂质，使每个锗原子中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子的浓度为.4心叫川，试求该掺杂锗材料的电阻率。设几二玄辿加用「且认为不随掺杂而变化。勺=2.5x1013ct?33。解：本征半导体的电阻率表达式为：］诃弘亠如==47xl.6xl0-L9x(3600+1700)=15x10施主杂质原子的浓度兀二（4如10）皿」=44x10^^）叫二%二44>d2%庇一性2_（；2.5xWB）3T_4.4xlOL6=1.42xlO10™-3其电阻率14.4xW16k1.6x10_15x3600p&=4xlO_aQg;m例2•在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度^=10^^，受主杂质浓度耳二7皿％曲；设室温下本征锗材料的电阻率P二60。沖，假设电子和空穴的迁移率分别为耳二颈0肿皿即，旳=1硕加/V审，若流过样品的电流密度为気.3mA/曲，求所加的电场强度。解：须先求出本征载流子浓度喀60xl.6xl0-19x（3800+1800）=1'S6X1°疋勰又Q%+吋二％+用夙二岸联立得：昇+他-鸥）％-岸二o=3.S9x10e^"3（町-眄）j（皿-N弄+4恋_3灯0山4.78xl013—2—+2—2—屮_（1.86xlOE）3T_3.89xlO10故样品的电导率:□二Q（%吗+尹丹）=2.62xW~\sf讷）严J品qg“3乂八E=—=z=1.996x10cm:.cr2.62xl0-2/Qg?m即:习题与思考题：1对于重掺杂半导体和一般掺杂半导体为何前者的迁移率随温度的变化趋势不同？试加以定性分析。2何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？3试定性分析Si的电阻率与温度的变化关系。4证明当pn/pp且电子浓度亀7』心气，空穴浓度臥7护口瓦时半导体的电导率有最小值，并推导omin的表达式。5x10-9kg的Sb，设杂质全部电离，试求出此材料的电导率。（Si单晶的密度为/cm3,Sb的原子量为121.8）6试从经典物理和量子理论分别说明散射的物理意义。7比较并区别下述物理概念电导迁移率、霍耳迁移率和漂移迁移率。8什么是声子？它对半导体材料的电导起什么作用？9强电场作用下，迁移率的数值与场强E有关，这时欧姆定律是否仍然正确？为什么？10半导体的电阻系数是正的还是负的？为什么？11有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。12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？尹二巩+够二10"+10卫旦10】怙锲13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？14说明本征锗和硅中载流子迁移率温度增加如何变化？15电导有效质量和状态密度有何区别？它们与电子的纵有效质量和横有效质量的关系如何？16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？17解释多能谷散射如何影响材料的导电性。18为什么要引入热载流子概念？热载流子和普通载流子有何区别？第五章非平衡载流子例1•某p型半导体掺杂浓度兀二1叫孑，少子寿命吗二1皿，在均匀光的照射下产生非平衡载流子，其产生率g=品畀,试计算室温时光照情况下的费米能级并和原来无光照时的费米能级比较。设本征载流子浓度吗二解：（1）无光照时，空穴浓度站..=-0.26x6xln10=^-0.35（e7）说明无光照时，费米能级在禁带中线下面O.35eV处。（2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为：=監％=10lsxl尸=10%叨T：.=kJIn0.026In=0.36(^IO13吗10；.=—0.026111^-=0.18(^r)准10上面两式说明，牢在场之下，而璐在场之上。且非平衡态时空穴的准费米能级和和原来的费米能级几乎无差别与电子的准费米能级相差甚远，如下图所示。EcEiEfEvLi光照前光照后习题与思考题：1何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？2漂移运动和扩散运动有什么不同？3漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？4平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？5证明非平衡载流子的寿命满足沁）®点，并说明式中各项的物理意义。6导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。7间接复合效应与陷阱效应有何异同？8光均匀照射在6Qcm的n型Si样品上电子-空穴对的产生率为4x1021cm-3s-1,样品寿命为8ps。试计算光照前后样品的电导率。T氓9证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为—r。10假设Si中空穴浓度是线性分布，在4pm内的浓度差为2x1016cm-3，试计算空穴的扩散电流密度。11试证明在小信号条件下,本征半导体的非平衡载流子的寿命最长。12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？13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。14在平衡情况下，载流子有没有复合这种运动形式？为什么着重讨论非平衡载流子的复合运动？15为什么不能用费米能级作为非平衡载流子浓度的
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而要引入准费米能级？费米能级和准费米能级有何区别？16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？17说明直接复合、间接复合的物理意义。18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。第六章金属和半导体接触例1•设p型硅（如图7-2）,受主浓度心二1化川，试求:（1）室温下费米能级务的位置和功函数叭；T_EV⑵不计表面态的影响，该p型硅分别与铂和银接触后是否形成阻挡层？若能形成阻挡层，求半导体一边势垒高度。已知：険二4池卩叫二5.3&V叽=1019c^-3硅电子亲合能*40前解：（1）室温下，可认为杂质全部电离，若忽略本征激发，得:二览+^Tln詁=0.026*耐二耳.+012®厂爲二毡二1.0盘町.功函数吧二氏+x二1.0+42二生帖（2）不计表面态的影响。对p型硅，当町凡时，金属中电子流向半导体，使得半导体表面势眄，空穴附加能量?％，使得能带向下弯，形成空穴势垒。所以，p型硅和银接触后半导体表面形成空穴势垒，即空穴阻挡层。又因叫二5呢卩=叽=5.05^，所以，p型硅和铂接触后不能形成阻挡层。（3）银和p-Si接触形成的阻挡层其势垒高度：==4.81-5.05=-0.24^例2•施主浓度叽二10%孑的n型硅（如图），室温下功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Mo接触时，是形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子亲合能取4.05eV。设吒二4他芦，^=5.20^，%二仁1期。解：设室温下杂质全部电离:=exp(-■%、即耳严爲-0.1%/!一n-Si的功函数为：%二兀+（爲-爲0二4帖+0.艺二4.20讷门已知：吒二4.1莎，•耗呷，故二者接触形成反阻挡层。饥二5池严，％二仁1前显然，皿讥-浑故Au与n-Si接触，Mo与n-Si接触均形成阻挡层。习题与思考题：1什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？2什么是Schottky势垒？影响其势垒高度的因数有哪些？3什么是欧姆接触？形成欧姆接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。4什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒的影响怎样的？5x1016cm-3的n型Si与Al形成金属与半导体接触，Al的功函数为4.20eV,Si的电子亲和能为4.05eV，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。6分别分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。7试分别画出n型和p型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。8什么是少数载流子注入效应？9x1016cm-3，势垒高度为0.64eV，加上4V的正向电压时，试求势垒的宽度为多少？10试根据能带图定性分析金属-n型半导体形成良好欧姆接触的原因。11金属和半导体的功函数是如何定义的？半导体的功函数与哪些因素有关？12说明金属-半导体接触在什么条件下能形成接触势垒（阻挡层）？分析n型和p型半导体形成阻挡层和反电阻率的条件？13分别画出n型和p型半导体与金属接触时的能带图？14半导体表面态是怎样影响势垒高度的？分别讨论受主型表面态和施主型表面态的影响。15什么叫欧姆接触？实现半导体-金属的欧姆接触有几种方法？简要说明其物理原理。16应该怎样制作n型硅和金属铝接触才能实现（1）欧姆接触；（2）整数接触。17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。18为什么金属-半导体二极管（肖特基二极管）消除了载流子注入后的存贮时间？19为什么对轻掺杂的p型半导体不能用四探针方法测量其电阻率？对轻掺杂的n型半导体如何分析其物理过程。20什么叫少数载流子注入效应？21镜像力和隧道效应是如何影响金属-半导体接触势垒的？22比较扩散理论和热电子反射理论在解决肖特基二极管整流特性时其主要区别在什么地方？23金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触，兑明其物理原理。第七章半导体表面与MIS结构例1•设在金属与n型半导体之间加一电压，且n-Si接高电位，金属接低电位，使半导体表面层内出现耗尽状态。⑴求耗尽层内电势V(x)；⑵若表面势眄二0伊；外加电压5V,施主浓度％二1化加，求耗尽层厚度。设=12,eo=8.S5x10-14F/™解：(1)根据耗尽层近似，即假设空间电荷层的电子都已全部耗尽，电荷全由已电离的施主杂质构成，设掺杂是均匀的，则空间电荷层的电何密'度=/丹_-qND故泊松方程可写为：苕设“兀为耗尽层宽度，则因半导体内部场强为零，有：陀)二-字ax(心—舟设体内电势为0,即2兀，L积分上式得；式中*0时，即为％。(2)当加电压为卩时，表面势由Vs提高为Vs+V,所以，外加电压为V后，XL=8.3xlO-\c^例2•试导出使表面恰为本征时表面电场强度表面电荷密度和表面层电容的表示式（设p型硅情形）。解：当表面恰为本征时，即Ei在表面与EF重合所以Vs二VB设表面层载流子浓度仍遵守经典统计。则込=ezpP.=PPaexp(-q表面恰为本征冬二冃二叫取对数即得：-F函数：=〔阿p〔-巴）+沁7+1㈣些）■坐7）即V%即即QP型硅，且哄N,V故»1习题与思考：1解释什么是表面积累、表面耗尽和表面反型？2在由n型半导体组成的MIS结构上加电压VG,分析其表面空间电荷层状态随VG变化的情况，并解释其C-V曲线。3试述影响平带电压VFB的因素。4什么是空间电荷区？如何才能在半导体表面形成正的空间电荷区和负的空间电荷区？5说明表面势兀的物理意义，如何才能保证兀汕和叭＜0?6为什么半导体的表面会发生弯曲？说明能带向上弯和向下弯的条件？7能带弯曲以后形成电子势垒还是空穴势垒，如何判断之。在能带图上讨论n型半导体和表面空间电荷的关系。8半导体表面积累、耗尽、本征和反型的物理意义是什么？分析n型半导体和p型半导体形成上述几种状态的条件，以图示意之。9为什么二氧化硅层下面的p型硅表面有自行变为n型半导体的倾向？10分别对n型衬底和p型衬底MOS结构，画出在外加偏压条件下MOS结构中对应于载流子在积累、耗尽、强反型时能带和电荷分布图。11画出MOS结构的等效电路，写出MOS的电容表达式（包括归—化电容的表达式）。设在实际MOS结构中存在可动离子，固定电荷和金-半功函数差，说明每种情况对MOS结构C-V特性的影响。12在忽略界面态影响情况下，可以用什么实验方法测量MOS结构氧化层中固定电荷与可动电荷，说明试验方法及有关公式。用耗尽近似方法推导半导体表面耗尽层的表面势，厚度和空间表面电荷的表示式。何谓异质结？异质结如何分类？试以锗和砷化镓为例，说明异质结的表示法。15何谓突变异质结和缓变异质结？它们与同质的突变p-n结和缓变p-n结有何区别？16以晶格常数为a的金刚石结构为例，计算(111),(110),(100)的悬挂键密度，并比较其大小。如何区分界面的原子面密度和悬挂键面密度,是否原子面密度大的悬挂键面密度一定大？比较异质结与同质结的不同。根据异质结的独特性质,说明异质结的应用。19为什么异质结的电流输运机构比同质结复杂得多？第十章半导体的光学性质和光电与发光现象习题与思考:什么是电导？说明复合效应和陷阱效应对光电导的影响？区别直接跃迁和间接跃迁(竖直跃迁和非竖直跃迁)。什么是声子？它对半导体吸收特性起什么作用？4使半导体材料硅、锗和砷化镓在光照下能够产生电子-空穴对的光最大波长为多少？半导体对光的吸收有哪几种主要过程？哪些过程具有确定的长波吸收限？写出对应的波长表示式。哪些具有线状吸收光谱？哪些光吸收对光电导有贡献？本征吸收中电子吸收光子时，可能出现哪几种跃迁方式？它们有何不同？各在什么样的半导体中容易发生？试举一、二例说明。什么是半导体的自由载流子光吸收？分别用经典理论和量子理论说明，并简要讨论其结果。写出p-n结光电二极管的伏安特性方程并画出对应的特性曲线；p-n结光电二极管的电流相应于正偏置还是反偏置的二极管电流；对于不同能量的光照，其曲线如何变化？要产生激光发射，为什么需要对半导体重掺杂？解释p型半导体霍耳系数改变符号的原因。区别：电导迁移率、漂移迁移率和霍耳迁移率。11何谓霍耳角？与磁感应强度和载流子迁移率的关系如何？12为什么半导体的霍耳效应比金属大的多？综合练习题一一、选择填空（含多项选择）与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（）A.比半导体的大B.比半导体的小C.与半导体的相等2.室温下，半导体Si掺硼的浓度为10i4cm-3x1015cm-3的磷，则电子浓度约为（），空穴浓度为（），费米能级（）；将该半导体升温至570K，则多子浓度约为（），少子浓度为（），费米能级（）。（已知：室温下，ni“x1Oiocm-3,570K时，ni^2x10iycm-3)A.1014cm-3B.1015cm-3x1015cm-3x1015cm-3x1015cm-3F.2x1017cm-3G.咼于EiH.低于EiI.等于Ei施主杂质电离后向半导体提供（），受主杂质电离后向半导体提供（），本征激发后向半导体提供（）。A.空穴B.电子对于一定的半导体材料，掺杂浓度降低将导致禁带宽度（），本征流子浓度（），功函数（）。A.增加B.不变C.减少对于一定的n型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致（）靠近Ei。A.EcB.EvC.EgD.Ef热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（）有关，而与（）无关。A.杂质浓度B.杂质类型C.禁带宽度D.温度表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（）。A.施主态B.受主态C.电中性当施主能级Ed与费米能级Ef相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（）倍。A.1B.1/2C.1/3D.1/4最有效的复合中心能级位置在（）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（）附近，常见的是（）的陷阱A.EaB.EdC.ED.EiE.少子F.多子载流子的扩散运动产生（）电流，漂移运动长生（）电流。A.漂移B.隧道C.扩散MIS结构的表面发生强反型时，其表面的导电类型与体材料的（），若增加掺杂浓度，其开启电压将（）。A.相同B.不同C.增加D.减少二、思考题简述有效质量与能带结构的关系。为什么半导体满带中的少量空状态可以用带有正电荷和具有一定质量的空穴来描述？分析化合物半导体PbS中S的间隙原子是形成施主还是受主？S的缺陷呢？说明半导体中浅能级杂质、深能级杂质的作用有何不同？为什么Si半导体器件的工作温度比Ge半导体器件的工作温度高？你认为在高温条件下工作的半导体应满足什么条件工厂生产超纯Si的室温电阻率总是夏天低，冬天咼。试解释其原因。试解释强电场作用下GaAs的负阻现象。稳定光照下，半导体中的电子和空穴浓度维持不变，半导体处于平衡状态下吗？为什么？爱因斯坦关系是什么样的关系？有何物理意义？怎样才能使得n型硅与金属铝接触才能分别实现欧姆接触和整流接触？综合练习题二—、选择填空口-VI族化合物半导体起施主作用的缺陷是（）。A.正离子填隙B.正离子缺位下列哪个参数不能由霍尔效应确定（）A.迁移率pB.载流子浓度C.有效质量m*亿）扩的方向是（）。有效陷阱中心的能级接近（）能级。在强电离区，N型半导体的费米能级位于（）在强电场下，随电场的增加，GaAs中载流子的平均漂移速率是（）C.不变直接复合时，小注入的N型半导体的非平衡载流子寿命Td主要决定于（）。11A.F护0B.叫肌C./jApA.从正变到负B.从负到正C.始终为负9.有效复合中心的能级接近（）能级。对于某n型半导体构成的金-半阻挡层接触，加上正向电压时，随着电压增加，阻挡层的厚度将逐渐（）。A.变宽B.不变C.变窄综合练习题三一、单项选择题（总分16分，每小题2分）若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定（）a）不含施主杂质b）不含受主杂质c）本征半导体d）处于绝对零度半导体中载流子扩散系数的大小决定于其中的（）a）散射机构b）能带结构c）复合机构d）晶体结构在温室条件下，cm3的硅中掺入浓度为1016/cm3的N型杂质，则其电导率将增加（）倍a）一百万b）一千万c）十万d）无法确定硅中掺金
工艺
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
主要用于制造（）器件a）大功率b）高反压c）高频d）低噪声现有一材料的电阻率随温度增加而先下降后上升，该材料是（）a）金属b）本征半导体c）掺杂半导体d）高纯化合物半导体MOS器件的导电沟道是（）层a）耗尽b）反型c）阻挡d）反阻挡有效的复合中心能级通常都是靠近（）a）Ecb）Evc）Eid）Ef反向的PN结空间电荷区中不存在（）电流a）少子b）漂移c）产生d）复合二、多项选择题（总分24分，每小题3分）以下的叙述中（）不属于空穴的特征a）空穴浓度等于价带中空状态浓度b）空穴所带的正电荷等于电子电荷c）空穴的能量等于原空状态内电子的能量的负值d）空穴的波矢与原空状态内电子的波矢相同关于电子的费米分布函数f（E），叙述正确的是（）a）是能量为E的一个量子状态被电子占据的几率b）电子在能量为E的状态上服从泡利原理c）当EC-EF〉〉kT时，费米分布可用波尔兹曼分布近似d）服从费米分布的半导体是简并的关于，射结的叙述中（）是正确的a）流过结的正向电流成分中空穴电流占优势b）小结的耗尽区宽度主要在N型侧c）流过心结的反向电流成分中没有复合电流d）降低N区的掺杂浓度可以提高射结的反向击穿电压下面四块半导体硅单晶，除掺杂浓度不同外，其余条件均相同，由下面给出的数据可知：电阻率最大的是（），电阻率最小的是（）a）心二3汇10】%b）耳二8汇12论啲R，^?=3xlO1W3c）耳二22^101、炖Td）^=2.2x10^^下列叙述正确的是（）a）非平衡载流子在电场作用下，在寿紀时间内所漂移的距离叫牵引长度b）非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离称为扩散长度c）使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量叫电子亲和能d）复合中心指的是促进复合过程的杂质和缺陷关于P型半导体的费米能级务的叙述（）是正确的a）%由温度和受主浓度决定b）当温度一定时，受主浓度越高，％与理的差就越小c）当受主浓度一定时，温度越高，务与禺的差就越小d）用适当波长的光均匀照射半导体时，％与务的差变大关于PN结击穿的叙述（）是正确的a）雪崩击穿的击穿电压比隧道击穿的击穿电压高b）轻掺杂的PN结易发生雪崩击穿c）重掺杂的PN结易发生隧道击穿d）P-i-N结的击穿电压要比一般PN结的击穿电压高下列叙述中（）是正确的a）PN结的接触电势差随温度升高要减小b）PN结的接触电势差心彳c）零偏压时的硅PN结微分电阻要比锗PN结的微分电阻d）在相同的正向电压情况下，锗PN结的微分电阻厂要比硅PN结的小e）在相同的正向电流情况下，锗PN结的微分电阻r要比硅PN结的大三、填空题（共15分，每题3分）中，1■是载流子的，m*是载流子的N型硅掺砷后，费米能级向移动,在室温下进一步升高温度，费米能级向移动。4.一维情况下，描述非平衡态半导体中空穴运动规律的连续性方程为写出每一项的物理意义是:5.M0S结构的强反型条件是四、解释或说明下列各名词（共15分，每小题5分）五、说明以下几种效应及其物理机制，并分别写出其可能的一种应用（总分21分，每小题7分）六、计算题或证明题（总分59分，共5小题）（12分）一块足够厚的P型硅样品，室温下电子迁移率=1200™2■s），电子寿命吗=10/js，其表面处，稳定注入的电子浓度A<0）=7x1012/^o计算：在距表面多远处？由表面扩散到该处的非平衡少子的电流密度为1.20卿/亡肿（表面复合不计）。（12分）一硅卩切结，结两边的掺杂浓度为心二1屮/初,=1014/cw?，结面积貝二2m曲,空穴寿命◎二1朋，空穴扩散系数2二IS%o室温下计算：加正偏压沏T时，流过尹滋的电流。（12分）已知本征锗的电导率在310K是为3.56x10-^/™，在273K时为0.42如代曲。-个N型锗样品，在这两个温度时，施主浓度为耳=1屮曲。试计算：在上述两个温度时掺杂锗的电导率。（设必=3600^即£,片=门0氐亦0s））（13分）设一均匀的N型硅样品，在右半部用一稳定的光照射，如图所示。均匀产生电子空穴对，产生率为go若样品足够长，求稳态时：1）样品两边的空穴浓度分布的表达式2）画出尹㈤随齐的分布示意图。/X八/\A八1N型硅样品.AP（.x）（10分）证明爱因斯坦关系式。综合练习题四一、单项选择题（总分16分，每小题2分）1•设半导体能带位于k=0处，则下列叙述（）正确a）能带底的电子有效质量为正b）能带底的电子有效质量为负c）能带底的电子有效质量为负d）能带底附近电子的速度为负2.在室温时T=300K，在本征半导体的两端外加电压0则（）a）价带中的电子不参与导电b）价带中的电子参与导电c）基本能级位于禁带中央的下方d）基本能级位于禁带中央的上方在制造半导体高速开关器件时，认为地掺入金，其目的是（）a）减少关断时间b）增加电流放大倍数c）提高击穿电压d）增加少子寿命关于载流子浓度％珂二昇，对同一材料，在一定温度时，正确的说法是（）a）仅适用于本征半导体b）仅适用于p型半导体c）仅适用于n型半导体d）以上三种情况都适用由（）散射决定的迁移率正比于朋a）电离杂质b）声子波c）光子波d）电子间的关于半导体中非平衡载流子的寿命，下列叙述不正确的是（）。a）寿命与材料类型有关b）寿命与材料的表面状态有关c）寿命与材料的纯度有关d）寿命与材料的晶格完整性有关若pn结空间电荷区中不存在复合电流，则pn结一定在（）工作状态。a）反向b）正向c）击穿d）零偏压在同样的条件下，硅二极管的反向饱和电流要比锗二极管的要（）。a）大b）小c）相等d）无法判断二、多项选择题（总分24分，每小题3分）关于霍耳效应，下列叙述正确的是（）。a）n型半导体的霍耳系数总是负值。b）p型半导体的霍耳系数可以是正值，零或负值。c）利用霍耳效应可以判断半导体的导电类型。d）霍耳电压与样品形状有关。下列（）不属于热电效应。a）塞贝克效应b）帕耳帖效应c）汤姆逊效应d）帕斯托效应半导体pn结激光的发射，必须满足的条件是（）。a）形成粒子数分布反转b）共振腔c）至少达到阈值的电流密度d）pn结必须处于反向工作状态若叭g，则正确的是（）。a）金属与n型半导体接触形成阻挡层b）金属与p型半导体接触形成反阻挡层c）金属与n型半导体提接触形成反阻挡层d）金属与p型半导体接触形成阻挡层下列结构中，（）可以实现欧姆接触。a）金属-n+-nb）金属-p+-pc）金属-p-p+d）金属-n-n+下列关于p+n结的叙述中，（）是正确的。a）p+n结的结电容要比相同条件的pn结结电容大b）流过p+n结的正向电流中无产生电流成分c）p+n结的开关速度要比一般pn结的开关速度快d）p+n结的反向击穿电压要比一般pn结的低对于硅pn结的击穿电压，叙述正确的是（）。a）击穿电压＞6.7V时，为雪崩击穿b）击穿电压＜4.5V时，为隧道击穿c）隧道击穿电压的温度系数为正值d）雪崩击穿电压的温度系数为负值在理想MIS结构中，下列结论（）正确。a）平带电压为零b）%二oc）无外加电压时，半导体表面势为零d）无外加电压时，半导体表面无反型层也无耗尽层三、填空题（共15分，每题3分）在晶体中电子所遵守的一维薛定谔方程，满足此方程的布洛赫函数为。硅掺磷后，费米能级向移动，在室温下进一步提高温度，费米能级向移动。画出硅的电阻率随温度的变化关系示意图。。写出p型半导体构成的理想MIS结构形成下列状态所满足的条件:多子堆积多子耗尽反型暖电子通常指的是它的温度_晶格温度。而热电子指的是电子的温度_晶格温度。四、解释或说明下列各名词（共15分，每小题5分）空穴准费米能级pn结的雪崩击穿五、说明以下几种效应及其物理机制，并分别写出其可能的一种应用（总分21分，每小题7分）六、计算题或证明题（总分59分，共5小题）1.（12分）计算硅p+n+结在于=300K时的最大接触电势差。Q-cm，n区电阻率为10o—旳，电子迁移率为100迫仃，空穴迁移率为300沖仃S。求：（1）接触电势差（2）势垒高度（3）势垒宽度（12分）侧得某p+n结的势垒电容6和反向电压比间关系如下表所示：6(pF)设pn结面积二2况1Wen?，计算（1）p+n结的接触电势差（2）求％4.（13分）完成下列问题（1）画出栅控二极管的结构示意图（2）分析表面电场对pn结的反向电流的影响（3）分析表面电场对pn结击穿特性的影响（4）为稳定半导体表面的性质，可以采用哪些措施5.（10分）证明pn结反向电流可以表示为：式中，吗，4和迟分别为n型和p型半导体的电导率3为本征半导体的电导率。综合练习题五一.（15分）请回答下列问题:费米分布函数的表示式是什么？.T=OK及T>OK时该函数的图形是什么？3.费米分布函数与波尔兹曼分布函数的关系是什么？（15分）请画出N型半导体的MIS结构的C—V特性曲线，要求在图中表示出：测量频率的影响。.平带电压。3.积累、耗尽与反型状态各对应曲线的哪一部分？（15分）请画出图形并解释：1.直接能隙与间接能隙。.直接跃迁与间接跃迁。.直接复合与间接复合。（15分）下列三种效应的实际表现是什么？请说出其物理成因。1.霍耳效应。.塞贝克效应。.光生伏特效应。（10分）请设计一个实验，来验证MIS结构的绝缘层中存在着可动电荷。（15分）室温下，一个N型硅样品，施主浓度ND=少子寿命坤，设非平衡载流子的产生率g=1，计算电导率及准费米能级的位置。（硅的_2-1-1_2-1-1XV1无叱血"s^=^cmvj，室温下本征载流子浓度为15x10°cm3）（15分）有人在计算“施子浓度^=1014rm-3的锗材料中，在室温下的电子和空穴浓度”问题时采取了如下算法：由于室温下施主已全部电离,所以电子浓度就等于施主浓度与室温下的本征载流子浓度农之和。请判断这种算法是否正确，如果你认为正确，请说明理由；如果你认为不正确，请把正确的方法写出来。（室温下锗的本征载流子浓度可取值^\^cm）综合练习题六一、解释名词（共12分，每小题3分）1.有效质量二回答问题（共32分，每小题4分）绝缘体、半导体、导体的能带结构有何区别？辐射复合、非辐射复合、俄歇复合有何区别？直接跃迁与间接跃迁的区别？.P-N结的击穿有几种？请分别说明它们的机制。P-N结的电容效应有几种？解释它们的物理成因。什么是简并半导体？在什么情况下发生简并化？半导体的载流子运动有几种方式？如何定量描述它们？载流子浓度随温度的增加是增大还是减少？为什么？三、写出下面列出的常用公式，并写出所用符号代表的物理意义。（共10分，每小题2分）热平衡状态下，半导体中两种载流子的乘积。非平衡载流子浓度随时间的衰减公式。.P-N结的I-V关系。.一种载流子的霍耳系数。.半导体电导率的一般表达式。四、选择题（共6分，每小题2分）室温下，硅中本征载流子浓度的数量级大致是（）A.讥/B.W%C.lOf在硅中,电子漂移速度的上限为（）A.B.C.1在硅中,硼杂质的电离能大致是（）.evB.0.045ev五、（8分）已知：硅半导体材料中施主杂质浓度为lO'crn3求：1.在T二300K时EF的位置.2.当施主杂质电离能为0.05ev,T=300K时，施主能级上的浓度。六、（6分）室温下，N型硅中掺入的施主杂质浓,在光的照射下产生了非平衡载流子，其浓度为△□=△P=10"t7?「。综合练习题七求此情况下，电子与空穴的准费米能级的位置，并与没有光照时的费米能级比较。（6分）掺杂浓度为N讦162/的硅半导体中，少子寿命为1410"秒，当中由于电场的抽取作用（如在反向偏压下PN结附近的空间电荷区中）少子被全部清除,求此情况下电子空穴对的产生率。（8分）一硅样品，掺入的硼浓度为，同时掺入的砷浓度为14x10匕皿\.在室温下此样品是N型还是P型？.当T=300K时的多子及少子浓度？.当温度升高到600K时，此半导体样品是N型还是P型？（6分）设P型硅受主浓度NA二5x10、/，氧化层厚度dI=1500A，栅极金属为铝的MOS结构，氧化层中的正电荷密度Q汩订。已知铝硅的接触势差Vms二-0.8伏，真空介电常数甌凯巧耳0U帀，二氧化硅介电常数品厂壮。求平带电压。十・（6分）根据尸亠-N结反向扩散电流密度公式JRD~-~厶M指出在Ge、Si两种材料构成的严-N结的反向电流中势垒区产生电流与反向扩散电流哪个占主要地位？一、解释名词（共16分，每小题4分）二、（8分）金属一半导体接触能否实现少子注入，为什么？三、（8分）光电导效应的增强常用光电导增益因子来表示。如光敏电阻外加电压为V,电子迁移率为从,电极间距离为I,请据此导出光电导增益因子的表达式。四、（8分）半导体中载流子在运动过程中为什么会遭到散射？半导体中的主要散射机构有哪些？五、（8分）为了缩短半导体中的少数载流子寿命，可以采用哪些手段？简要说明采用这些手段的原因。六、（8分）为了降低PN结的势垒电容，可以采用哪些手段？简要说明采用这些手段的原因。七、（8分）肖特基二极管不同于PN结二极管的主要特点是什么？八、（8分）以N型硅为例，说明强电离时半导体中的杂质电离程度与哪些因素有关？九（8分）画出典型的N型半导体MIS结构的C-V特性曲线，并简要说明。十、（10分）对一个没有任何标识的二极管，如何通过实验判断其中的PN结是冶金结还是扩散结。（方法任选，要求对所选用的方法做出具体的说明，即方法的依据，所用的仪器设备和实验步骤）十一、（10分）如何利用PN结来测量温度？请设想一种
方案
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。十二、（10分）证明：在一定的简化条件下,PN结的势垒区复合电流Jr可表示为其中,XD为势垒区宽度，T为载流子寿命。十三.（10分）证明：PN结单位面积上的微分扩散电容为其中，Ln与Lp分别为电子与空穴的扩散长度。综合练习题八一（12分）解释下列名词：、a.直接跃迁与间接跃迁；b.直接复合与间接复合；二、（12分）说明以下几种效应及其物理机制，并说出其可能的应用：a.霍耳效应；b.光生伏特效应；c.压阻效应。三、（8分）请按照你的看法，写出半导体能带的主要特征是什么？四、（8分）请你根据对载流子产生与复合过程的分析，得出在热平衡条件下，两种载流子浓度的乘积n0p0等于恒量（不需要通过对载流子浓度的计算）。五、（9分）什么是P-N结的雪崩击穿现象，请说明形成击穿的物理机制。六、（9分）请画出以N型半导体为衬底的MIS结构，在不同栅压下的表面能带的形状与电荷的分布，
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