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文档简介
1、学院 姓名 学号 任课老师 选课号 密封线以内答题无效电子科技大学二零零 六 至二零零 七 学年第 一 学期期 末 考试 半导体物理 课程考试题 卷 ( 120分钟) 考试形式: 闭卷 考试日期 200 7年 1 月 14日注:1、本试卷满分70分,平时成绩满分15分,实验成绩满分15分;2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。课程成绩构成:平时 分, 期中 分, 实验 分, 期末 分一二三四五六七八九十合计一、选择填空(含多选题)(2×20=40分)1、锗的晶格结构和能带结构分别是( C )。A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型C. 金刚石型和间接禁带型
2、 D. 闪锌矿型和间接禁带型2、简并半导体是指( A )的半导体。A、(EC-EF)或(EF-EV)0 B、(EC-EF)或(EF-EV)0C、能使用玻耳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3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015 cm-3,则该半导体为(B)半导体;其有效杂质浓度约为( E )。A. 本征, B. n型, C. p型, D. 1.1×1015cm-3, E. 9×1014cm-34、 当半导体材料处于热平衡时,其电子浓度与空穴浓度的乘积为( B ),并且该乘积和(E、F )有关,而与( C、D )无关。A、变
3、化量; B、常数; C、杂质浓度; D、杂质类型; E、禁带宽度; F、温度5、在一定温度下,对一非简并n型半导体材料,减少掺杂浓度,会使得( C )靠近中间能级Ei; 如果增加掺杂浓度,有可能使得( C )进入( A ),实现重掺杂成为简并半导体。A、Ec; B、Ev; C、EF; D、Eg; E、Ei。67、如果温度升高,半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是(C)。A、变大,变大 B、变小,变小C、变小,变大 D、变大,变小8、最有效的复合中心能级的位置在(D )附近,最有利于陷阱作用的能级位置位于(C )附近,并且常见的是( E )陷阱。A、EA; B、EB; C、E
4、F; D、Ei; E、少子; F、多子。9、一块半导体寿命=15µs,光照在材料中会产生非平衡载流子,光照突然停止30µs后,其中非平衡载流子将衰减到原来的( C )。A、1/4 B、1/e C、1/e2 D、1/210、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的( A )。A、散射机构; B 、复合机构;C、杂质浓度梯度; C、表面复合速度。11、下图是金属和n型半导体接触能带图,图中半导体靠近金属的表面形成了(D )。A、n型阻挡层 B、p型阻挡层 C、p型反阻挡层 D、n型反阻挡层12、欧姆接触是指( D )的金属半导体接触。A、Wms=0 B、Wms0C、Wms0 D
5、、阻值较小并且有对称而线性的伏安特性13、MOS器件中SiO2层中的固定表面电荷主要是( B ),它能引起半导体表面层中的能带( C )弯曲,要恢复平带,必须在金属与半导体间加( F )。A钠离子; B硅离子.;C.向下;D.向上;E. 正电压;F. 负电压 二、证明题:(8分)由金属SiO2P型硅组成的MOS结构,当外加的电压使得半导体表面载流子浓度ns 与内部多数载流子浓度Pp0相等时作为临界强反型层条件,试证明:此时半导体的表面势为:证明:设半导体的表面势为VS,则表面的电子浓度为: (2分)当ns=pp0时,有: (1分) (1分)另外: (2分)比较上面两个式子,可知VS=2VB饱和
6、电离时,Pp0=NA,即: (1分)故: (1分)三、简答题(32分)1、 解释什么是Schottky接触和欧姆接触,并画出它们相应的I-V曲线?(8分)答:金属与中、低掺杂的半导体材料接触,在半导体表面形成多子的势垒即阻挡层,其厚度并随加在金属上的电压改变而变化,这样的金属和半导体的接触称为Schottky接触。(2分)金属和中、低掺杂的半导体材料接触,在半导体表面形成多子的势阱即反阻挡层,或金属和重掺杂的半导体接触,半导体表面形成极薄的多子势垒,载流子可以隧穿过该势阱,形成隧穿电流,其电流电压特性满足欧姆定律。(2分)IIVVSchottky 势垒接触的I-V特性 欧姆接触的I-V特性 (
7、2分) (2分)2、 试画出n型半导体构成的理想的MIS结构半导体表面为积累、耗尽、反型时能带图和对应的的电荷分布图?(3×3分9分)解:对n型半导体的理想MIS结构的在不同的栅极电压下,当电压从正向偏置到负电压是,在半导体表面会出现积累、耗尽、反型现象,其对应的能带和电荷分布图如下:EcEvEiEF(a )堆积 xEcEvEiEF(b) 耗尽xx(c)反型 EcEFEiEv3、 试画出中等掺杂的Si的电阻率随温度变化的曲线,并分析解释各段对应的原因和特点(8分)解: CA D BT (2分)电阻率随温度的变化分三个阶段:AB:本征激发可忽略。温度升高,载流子浓度增加,杂质散射导致迁
8、移率也升高,故电阻率随温度T升高下降;(2分)BC:杂质全电离,以晶格振动散射为主。温度升高,载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降,故电阻率随温度T升高上升;(2分)CD:本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降,但载流子浓度升高很快,故电阻率随温度T升高而下降;(2分)4、 试比较半导体中浅能级杂质和深能级杂质对其电学参数的影响,并说明它们在实践中的不同应用。(7分)答:在常温下浅能级杂质可全部电离,可显著地改变载流子的浓度,从而影响半导体材料的电导率。深能级杂质在常温下,较难电离,并且和浅能级杂质相比,掺杂浓度不高,故对载流子的浓度影响不大,但在半导体中可以起有效的复合中心或陷阱
9、作业,对载流子的复合作用很强。(4分)所以,在实际的应用中,通过浅能级杂质调节载流子的浓度、电阻率,改变材料的导电类型;而通过深能级杂质提供有效的复合中心,提高器件的开关速度。(3分)四、计算题 (2×10分)1、设p型硅能带图如下所示,其受主浓度NA=1017/cm3,已知:WAg=4.18eV,WPt=5.36eV,NV=1019/cm3,Eg=1.12eV,硅电子亲和能4.05eV,试求:(10分)(1)室温下费米能级EF的位置和功函数WS;(2)不计表面态的影响,该p型硅分别与Pt和Ag接触后是否形成阻挡层?(3)若能形成阻挡层,求半导体一边的势垒高度。(已知WAg=4.81
10、eV, WPt=5.36eV, Nv=1019cm-3, Eg=1.12eV, Si的电子亲和能4.05eV)E0ECEVEnWSEFEg=1.12eV解:(1)室温下,杂质全部电离,本征激发可以忽略,则: (1分) (2分) (1分)所以,功函数为: (1分)(2) 不计表面态的影响,对P型硅,当WsWm时,金属中的电子流向半导体,使得表面势Vs0,空穴附加能量为qVs,能带向下弯,形成空穴势垒。故p型硅和Ag接触后半导体表面形成空穴势垒,即空穴的阻挡层;而Wpt=5.36eV大于Ws=5.05eV, 所以p型硅和Pt接触后不能形成阻挡层。 (3分)(3) Ag和p-Si接触后形成的阻挡层的势垒高度为: (2分)5、 一个理想的MOS电容器结构,半导体衬
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