《上海交通大学半导体物理与器件基础考研模拟五套卷与答案解析》-3.22

版权所有翻印必究目录Ⅰ模拟五套卷 4上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷一 4上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷二 6上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷三 8上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷四 10上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷五 12Ⅱ答案解析与思路点拨 14模拟卷一答案解析与思路点拨 14模拟卷二答案解析与思路点拨 25模拟卷三答案解析与思路点拨 37模拟卷四答案解析与思路点拨 47模拟卷五答案解析与思路点拨 57

Ⅰ模拟五套卷上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷一试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.半导体中电子的有效质量有哪些特性？引入有效质量的意义是什么？GaAs中导带最低能谷电子的有效质量为m*n1，次低能谷中电子的有效质量为m*n2，它们俩谁大？为什么？2.在实际应用中的半导体材料中，总会存在一定的杂质和缺陷。这些不同的杂质元素会在半导体中产生浅能级或深能级，而我们将这些能级相对应的杂质称为浅能级杂质或深能级杂质，它们对半导体有着不同的影响。那么，请简述深能级杂质与浅能级杂质的区别。3.利用整流特性形成的肖特基二极管与PN结具有相同的单向导电性，但又具有显著区别于PN结的特点。请简述PN结与肖特基二极管的不同，并回答在VLSI中用哪个，为什么？4.分析双极晶体管的共基极电流增益的基本组成，并就不同的部分说明其含义和定义。二、计算题（共50分）1.（10分）晶格常数为0.25nm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。2.（15分）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.044eV，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。3.（15分）设处于热平衡状态的非均匀N型半导体，其施主杂质浓度随横轴X增加而下降，证明爱因斯坦关系式：4.（10分）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·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？三、计算题（每题15分）1.某硅突变结的QUOTENA=1×cm−3，QUOTEND=5×cm−3QUOTEND=5×cm−3QUOTEND=5×cm−3QUOTEND=5×cm−3，试计算平衡状态下的：（1）内建电势QUOTEVbi；能否用电压表直接测量PN结的内建电势Vbi？如果不能，试解释其原因；（2）P区耗尽区宽度QUOTExp,N区耗尽区宽度QUOTExn及总的耗尽区宽度；（3）最大电场强度QUOTEEmax；2.若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算（1）99%电离，（2）90%电离，（3）50%电离时温度各为多少？3如图所示为MOS结构的C-V曲线的一部分，已给出，（1）判断半导体的类型；（2）求氧化层的厚度；（3）求强反型层，耗尽层的宽度；4.已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求势垒高度。（2）求势垒宽度。（3）画出图。

上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷二试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.常见的半导体材料Si和Ge，GaAs的能带图如下，（1）试判断这其中的直接带隙半导体和间接带隙半导体，并说明判断依据。（2）对于GaAs来说，其最低能谷比价带顶部高出0.29eV的地方也有一个极小值，由于这个能谷的存在使得GaAs与Si和Ge不同的电学特性，试简单简述其中原理。2.请分别写出n型半导体和本征半导体在低温弱电离区，强电离区，过渡区，本征激发区的电中性方程。3.电阻率是衡量半导体导电性的重要指标，其深受温度的影响。请简述纯半导体与杂质半导体的电阻率与温度的关系，并绘制关系曲线图。4.解释MIS结构的Q-V特性，并绘制特性曲线图。二、计算题（共50分）1.（15分）掺施主杂质的ND＝1015cm-3n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子Δn＝Δp＝1014cm-3。试计算这种情况下准费米能级的位置，并和原来的费米能级做比较。2.（10分）铝栅P沟道MOSFET具有以下参数：。试计算其阈电压；并计算出当时的饱和漏极电流。3.（10分）已知某硅PN结当外加0.3V正向电压时的扩散电容为35pF，试计算当外加0.4V正向电压时的扩散电容。4.（15分）一块电阻率为3Ω·cm的n型硅样品，空穴寿命，再其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩空穴浓度，计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度，以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm-3？三、计算题（每题15分）1.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Ev（k）分别为：m0为电子惯性质量，。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；2.光照N型半导体，光被均匀吸收，光生非平衡空穴的产生率为gP=5*1019,寿命为=1us。（1）光照开始后，非平衡空穴在半导体中随时间的变化规律。（2）稳定时，非平衡空穴的浓度。（3）画出该半导体在光照前后（小注入）前后的能带图，并标出原来的费米能级和光照时的准费米能级。3.一个均匀掺杂的NPN型硅双极晶体管工作于正向有源区。B-C结加反偏电压3V。基区宽度为1.10um。晶体管掺杂浓度为。（1）T=300K时，B-E结电压为何值时，x=0处的少子浓度是多子空穴浓度的10%？（2）在该偏置下，确定x`=0处少子空穴浓度。（3）计算中性基区宽度。4.设电子迁移率为，Si的电导有效质量，加以强度为104V/m的电场，（1）试求平均自由时间；（2）试求平均自由程；（3）试证明Si的电导有效质量满足。

上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷三试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.解释理想PN结，理想MIS结构。2.解释有效质量的定义，并指出引入有效质量的意义及其性质。3.何为扩散电容，何为势垒电容？为什么在正向偏压下以扩散电容为主，在反向偏压下以势垒电容为主？4.在双极晶体管中集电极电流和共射电流增益随外偏置电压的变化曲线是怎么样的？二、计算题（共50分）1.（10分）n型硅中，掺杂浓度ND＝1016cm-3，光注入的非平衡载流子浓度Δn＝Δp＝1014cm-3。计算无光照和有光照时的电导率。2.（10分）请简要说明半导体材料的光电与发光效应的基本机理，计算硅半导体材料的本征吸收长波限。3.（15分）试推导出均匀基区晶体管的厄尔利电压和共发射极增量输出电阻的表达式。4.（15分）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。三、计算题（每题15分）1.（1）什么是半导体k空间中量子态的分布？给出k的允许值。（2）计入电子自旋，给出k空间的电子的允许量子态密度。（3）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。2.一个均匀掺杂的PNP型硅双极型晶体管工作于正向有源区。中性基区宽度为。掺杂浓度为。（1）计算。（2）时，计算X=0处的nB和X`=0处的PE。（3）画出器件中少子浓度的分布图。3.制造晶体管时一般是在高杂质浓度的N型衬底上外延一层N型外延层，再在外延层中扩散硼，磷而成的。（1）设N型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039ev，300K时的费米能级位于导带底下面0.026ev处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。（2）设N型外延层杂质均匀分布，杂质浓度为4.6*1015cm-3，计算300K时费米能级的位置及电子和空穴浓度。（3）在外延层中扩散硼后，硼的浓度分布随样品深度变化。设扩散层某一深度处硼浓度为5.2*1015cm-3，计算300K时费米能级的位置及电子和空穴浓度。4.若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算（1）99%电离，（2）90%电离，（3）50%电离时温度各为多少？

上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷四试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.绘制隧道效应的I-V特性曲线图，并详细解释原点，2,4,5点处电流形成的原因。2.解释亚阈值电导的特性和特点。3.画出直接复合与间接复合的能带图。4.写出热平衡状态半导体的判别式，并解释准费米能级的概念。二、计算题（共50分）1.（10分）试计算电阻率为1Ω.cm的N型硅的费米能级相对于导带底EC的位置。假定硅的电子迁移率为1450cm2V-1s-1，本征载流子浓度为1.5×1010cm-3，禁带宽度为1.1eV，温度为300K。2.（15分）一个均匀基区的n-p-n硅晶体管的基区杂质浓度为8*1016/cm3，发射区掺杂浓度为3*1016/cm3，空穴在发射区的寿命为10-7s，基区宽度为0.6μm，空穴的迁移率为500cm2/V•S，电子的迁移率为1500cm2/V•S.假定晶体管的基区输运因子都等于1，请计算共发射极电流放大系数。3.（15分）试证明突变结的耗尽区宽度与掺杂浓度之间有如下关系:x4.（10分）掺有1.1×1016cm-3硼原子和9×1015cm-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。三、计算题（每题15分）1.（1）在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，试求锗的载流子有效质量mn*和mp*。（2）计算77k时的Nc和Nv。已知300k时，Eg＝0.67eV。77k时Eg＝0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。（3）77k，锗的电子浓度为1017cm－3，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？2.（1）试推导出杂质浓度为指数分布0exp（）的中性区的内建电场表达式。（2）若某具体有这种杂质浓度的硅的表面杂质浓度为1018cm-3，，试求其内建电场的大小。（3）再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的。3.如图所示为MOS结构的C-V曲线的一部分，已给出，（1）判断半导体的类型；（2）求氧化层的厚度；（3）求强反型层，耗尽层的宽度；2622621064.已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求势垒高度。（2）求势垒宽度。（3）画出图。

上海交通大学2020年招收攻读硕士学位研究生入学考试模拟试卷五试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.一热平衡非简并N型半导体，写出少数载流子浓度求解表达式。为什么制造半导体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料？2.简述简并半导体的定义，并写出判断条件。3.简述N型硅的电子浓度与温度的关系，并绘制曲线图。4.简述双极晶体管的频率响应以及截止频率，并列举几种提高截止频率的方法。二、计算题（共50分）1.（15分）制造晶体管一般是在高杂质浓度的n型衬底上外延一层n型的外延层，再在外延层中扩散硼、磷而成。设n型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039eV，300k时的EF位于导带底下面0.026eV处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。2.（10分）已知直流电流放大系数及是随集电极电流变化的，试分析直流小信号电流放大系数与（）的关系，以及与（）的关系。3.（10分）一块半导体材料的寿命是一块半导体材料的寿命=10，光照在材料中会产生非平衡载流子，试求光照突然停止20后，其中非平衡载流子将衰减到原来的百分之几？4.（15分）试推导出N沟道MOSFET饱和区跨导和通道电阻的温度系数的表达式（运用数学公式推导，写出详细过程）。三、计算题（每题15分）1.某硅突变结的，，（1）试求、、、的值；（2）求当外加0.4V正向电压和0.4V反向电压时和的值；（3）简述突变结与缓变结的区别。2.（1）试推导出杂质浓度为指数分布0exp（）的中性区的内建电场表达式。（2）若某具体有这种杂质浓度的硅的表面杂质浓度为1018cm-3，，试求其内建电场的大小。（3）再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的。3.（1）请对发射极电流集边效应进行简要概述。（2）请提出可以采用何种方法来减少发射极电流集边效应。（3）请计算当基区横向压降（发射区中心至横向y处）减少到室温时，横向电流密度与中心处电流密度之比为。4.N沟道MOSFET的参数如下，（1）求当为0.3V时，漏源电流的大小。（2）求该电压下的跨导。（3）求为2.5V时，漏源电流的大小。

Ⅱ答案解析与思路点拨模拟卷一答案解析与思路点拨试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.半导体中电子的有效质量有哪些特性？引入有效质量的意义是什么？GaAs中导带最低能谷电子的有效质量为m*n1，次低能谷中电子的有效质量为m*n2，它们俩谁大？为什么？【考查重点】：这是《半导体物理学》第一章第三节的考点，考查有效质量的表达式，意义等相关知识点，是常考点，也是必会点。【答案解析】：（1）特性：有效质量有正有负，位于能带底部附近的电子有效质量为正，位于能带顶部附近的电子有效质量为负。此外，有效质量还与成反比，对于宽窄不同的能带，有效质量的大小也不同。能带越窄，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。（2）意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体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。（3）因为有效质量的计算公式为：，而砷化镓中的最低能谷和次低能谷中的能带的曲率不同。因此，这两个能谷中的电子的有效质量也不同。由于能谷2的曲率比能谷1的小，所以，能谷2中的电子有效质量大于能谷1中电子有效质量。正是这两个能谷间的不同以及散射，使得砷化镓更适合充当发光材料。2.在实际应用中的半导体材料中，总会存在一定的杂质和缺陷。这些不同的杂质元素会在半导体中产生浅能级或深能级，而我们将这些能级相对应的杂质称为浅能级杂质或深能级杂质，它们对半导体有着不同的影响。那么，请简述深能级杂质与浅能级杂质的区别。【考查重点】：这是《半导体物理学》第二章第一节的考点，考查深，浅能级杂质的不同，是考生容易忽视的知识点。【答案解析】：（1）所构成的施主或受主能级的位置不同。(2)深能级杂质可以进行多次电离，产生若干个能级。(3)部分深能级杂质即可以引入施主能级又可以引入受主能级。(4)对半导体的导电电子浓度（或空穴浓度）和导电类型来说，浅能级杂质的影响较为显著。而对载流子的复合作用来说+，深能级杂质的影响较为显著，且被称为“复合中心”，有缩短非平衡载流子寿命的作用。3.利用整流特性形成的肖特基二极管与PN结具有相同的单向导电性，但又具有显著区别于PN结的特点。请简述PN结与肖特基二极管的不同，并回答在VLSI中用哪个，为什么？【考查重点】：这是《半导体物理学》第七章第二节的考点，考查PN结，肖特基二极管的相关知识，是重点，也是常考点。【答案解析】：（1）肖特基二极管与PN结二极管的不同点：a.肖特基二极管为多数载流子器件，PN结二极管为少数载流子器件。当PN结处于正向导通时，由P区注入N区的空穴或由N区注入P区的电子，都是少数载流子，它们先形成一定的积累，即发生电荷存储效应，然后靠扩散运动形成电流。而且电荷存储效应严重地影响了PN结的高频特性。而肖特基二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的。并且在此过程中，多子不发生积累，而是直接成为漂移电流而流走。因此，肖特基二极管比PN结二极管有更好的高频特性。b.对于相同的势垒高度，肖特基二极管的或要比PN结的反向饱和电流大很多。换言之，对于同样的使用电流，肖特基二极管将有较低的正向导通电压。（2）在VLSI中常常将肖特基二极管连接到晶体管的基极与集电极之间，从而组成钳位晶体管，正是因为肖特基二极管无电荷存储效应，因此可大大提高电路的速度。4.分析双极晶体管的共基极电流增益的基本组成，并就不同的部分说明其含义和定义。【考查重点】：这是微电子器件中的考点，考查双极晶体管增益的相关知识，是常考点，也是重点。【答案解析】：共基极电流增益,其中，a)为发射极注入效率系数，，其描述了载流子从基区向发射区的注入，考虑了B-E结正偏时产生的空穴扩散电流。b)为基区运输系数，，其体现了B区载流子的复合，考虑了基区中过剩少子电子的复合对增益的影响。c)为复合系数，，它考虑了正偏B-E结产生的复合电流。二、计算题（共50分）1.（10分）晶格常数为0.25nm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。【考查重点】这是半导体物理第一章关于在外加电场下半导体中电子运动规律的考点，比较基础。【答案解析】2.（15分）掺磷的n型硅，已知磷的电离能为0.044eV，求室温下杂质一般电离时费米能级的位置和磷的浓度。【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中的电子状态部分的考点，重点考查费米能级和杂质浓度的计算，比较基础。【答案解析】n型硅，△ED＝0.044eV，依题意得：∴∴∴∵∴3.（15分）设处于热平衡状态的非均匀N型半导体，其施主杂质浓度随横轴X增加而下降，证明爱因斯坦关系式：【考查重点】这是半导体物理第五章中关于爱因斯坦关系的考查，爱因斯坦关系在多年考题中都有所出现，请重点注意。【答案解析】设处于热平衡状态的非均匀N型半导体，其施主杂质浓度随横轴X增加而下降，电子扩散密度为：电子的漂移电流浓度为：平衡时总电流密度等于零：得：，在非简并时，电子浓度为：，解得：4.（10分）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·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？【考查重点】这是半导体物理中第四章非平衡载流子的考点，考查电导率的变化，望考生注意计算。【答案解析】T=300K,，μn＝1350cm2/V·S，μp＝500cm2/V·S掺入As浓度为ND＝5.00×1022×10-6＝5.00×1016cm-3杂质全部电离，，查P89页，图4－14可查此时μn＝900cm2/V·S三、计算题（每题15分）1.某硅突变结的QUOTENA=1×1016cm-3，QUOTEND=5×1016cm-3QUOTEND=5×1016cm-3（1）内建电势QUOTEVbi；能否用电压表直接测量PN结的内建电势Vbi？如果不能，试解释其原因；（2）P区耗尽区宽度QUOTExp,N区耗尽区宽度QUOTExn及总的耗尽区宽度；（3）最大电场强度QUOTEEmax；【考查重点】这是微电子器件中PN结部分的考点，重点考查PN结的内建电势，电场强度以及耗尽区宽度。【答案解析】（1）内建电势QUOTEVbi=k0T不能。如图1，当P型半导体与N型半导体结合形成PN结时，多数载流子扩散，在接触界面处形成空间电荷区，空间电荷区中的电荷产生了从N区指向P区的电场，即内建电场。在内建电场下，载流子做漂移运动。当扩散等于漂移时，空间电荷区不再变化，形成热平衡状态下的PN结。图1平衡状态下的PN结的能带图如图2所示，图2从能带图可以看出P区和N区的费米能级相等，即在平衡状态下，扩散电子（空穴）浓度等于漂移电子（空穴）浓度，PN结中无净电子流动，热平衡PN结对外不能输出电压或者电流，因此无法用电压表测量PN结的内建电势Vbi。（2）QUOTEEmax=2qN0QUOTExp=ε0εr（3）可以由（2）得到，QUOTEEmax=4.34×104V∙2.若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算（1）99%电离，（2）90%电离，（3）50%电离时温度各为多少？【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中载流子的统计分布的考点，重点考查半导体中不同温度下的杂质电离程度。【答案解析】未电离杂质占的百分比为：；求得：；∴（1）ND=1014cm-3，99%电离，即D_=1-99%=0.01即：将ND=1017cm-3，D_=0.01代入得：即：（2）90%时，D_=0.1即：ND=1017cm-3得：即：；（3）50％电离不能再用上式∵即：∴即：取对数后得：整理得下式：∴即：当ND＝1014cm-3时，得当ND＝1017cm-3时此对数方程可用图解法或迭代法解出。3.如图所示为MOS结构的C-V曲线的一部分，已给出，（1）判断半导体的类型；（2）求氧化层的厚度；（3）求强反型层，耗尽层的宽度；【考查重点】：这是《半导体物理学》第八章第三节的考点，考查MIS结构的C-V特性，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）根据该MOS结构的C-V曲线可看出半导体为P型。（2）且，其中的C0为绝缘层电容。当MOS结构处于堆积状态时C=C0，存在（3）由题中图可知，该MOS结构的强反型状态发生在高频电压下，所以，此时的电容满足：因为强反型时，耗尽型的Xd达到最大值Xdmin,4.已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求势垒高度。（2）求势垒宽度。（3）画出图。【考查重点】：这是《半导体物理学》第六章第三的考点，考查PN结的相关计算，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）（2）（3）由泊松方程：解得：

模拟卷二答案解析与思路点拨试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.常见的半导体材料Si和Ge，GaAs的能带图如下，（1）试判断这其中的直接带隙半导体和间接带隙半导体，并说明判断依据。（2）对于GaAs来说，其最低能谷比价带顶部高出0.29eV的地方也有一个极小值，由于这个能谷的存在使得GaAs与Si和Ge不同的电学特性，试简单简述其中原理。【考查重点】：这是《半导体物理学》第一章第六，七节的考点，考查如何判断直接带隙与间接带隙半导体，以及砷化镓的负阻特性，是重点，也是常考点。【答案解析】：（1）导带底与价带顶处于K空间相同点的半导体通常被称为直接带隙半导体，导带底与价带顶处于不同点的半导体通常称为间接带隙半导体。根据题目中的能带图可以看出，GaAs的导带底与价带顶处于K空间的相同点，因此，GaAs为直接带隙半导体，Si和Ge为间接带隙半导体。（2）在砷化镓能带结构中，除了在K=[0,0,0]方向上存在一个导带极小值外，在K=[1,1,1]方向上还存在一个比极小值能谷1高0.29eV的次能谷2，也称之为卫星能谷。由于能谷2的曲率比能谷1小，所以，处于能谷2内的电子有效质量m*大于处于能谷1内电子的有效质量。当外加电场达到3*103V/cm后，能谷1的电子可从电场中获得足够的能量而开始转移到能谷2中，发生能谷间的散射。由于这两个能谷不完全相同，所以，进入能谷2的电子有效质量大为增加，迁移率大大减小，平均漂移速度减小，电导率也减小，从而产生负阻效应。由于负阻效应的存在，使得砷化镓具有不同的电学特性，更适合做发光材料。2.请分别写出n型半导体和本征半导体在低温弱电离区，强电离区，过渡区，本征激发区的电中性方程。【考查重点】：这是《半导体物理学》第三章第四节的考点，考查本征半导体和杂质半导体在不同温度范围下载流子浓度所遵循的电中性方程，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）本征半导体的电中性方程始终满足：（2）当在N型半导体中掺入施主杂质时，电中性方程为，右式为价带中的空穴浓度与电离施主浓度之和。在不同的温度范围内，电中性方程不同，①低温弱电离区：；②强电离区：；③饱和区：；④过渡区：；⑤本征激发区：。3.电阻率是衡量半导体导电性的重要指标，其深受温度的影响。请简述纯半导体与杂质半导体的电阻率与温度的关系，并绘制关系曲线图。【考查重点】：这是《半导体物理学》第三章第四节的考点，考查本征半导体和杂质半导体在不同温度范围下载流子浓度所遵循的电中性方程，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）对于纯半导体来说，电阻率主要由本征载流子浓度决定。由于纯半导体内部的载流子全部由本征激发产生，随温度上升而急剧增加，因此其电阻率随温度增加而单调下降。（2）对于杂质半导体来说，其内部既有杂质电离，本征激发，还存在电离杂质散射和晶格散射，因而电阻率与温度的关系较为复杂。可绘制关系曲线图如下：AB段中：此时温度较低，本征激发可以忽略，载流子主要由杂质电离产生，它随温度的升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，因此，电阻率随温度的升高而下降。BC段中：温度继续升高，杂质已全部电离，本征激发还不十分显著载流子基本不随温度的升高而变化，晶格振动散射占主导，迁移率随温度的升高而降低，因此，电阻率随温度的升高而增大。C段中：温度继续升高，本征激发开始占主导，载流子主要由本征激发产生，其浓度随温度的升高而急剧增大，因此，同本征半导体一样，该阶段杂质半导体的电阻率随温度的升高而下降。4.解释MIS结构的Q-V特性，并绘制特性曲线图。【考查重点】本题考查考生对理想MIS结构Q-V特性的掌握，这是《半导体物理学》第八章中的考点，考查频率频繁，考生应该加以重点掌握。【答案解析】（1）多数载流子的堆积状态当外加电压时，表面势，值较大时，,即。这时MIS的电容不随电压变化。这是因为从半导体内部到表面可以看成是导通的，电荷聚集在绝缘层两边，所以MIS结构电容也就等于绝缘层的电容。随着外加电压减小，当值较小时，表面势值也较小，随的减小而减小。（2）平带状态当外加电压=0时，表面势，表面处能带不发生弯曲，称为平带状态。（3）耗尽状态当外加电压为负,但是其绝对值大小还不足以使得表面处禁带中央能量弯曲到费米能级以下时，表面不会出现反型，空间电荷区处于空耗尽的状态。随的增加而减小。这是由于耗尽状态时，表面空间电荷厚度随偏压增大而增大，越大，则越小，也随之越小。（4）反型状态随着外加负电压的增大，表面处禁带中央能值可以下降到以下，即出现反型层。当时，出现强反型状态，。这是因为强反型出现后，大量电子聚集在半导体表面处，绝缘层两边堆积着电荷，如同只有绝缘层电容一样。但这只适合信号频率较低的情况。当信号频率较高时，反型层中电子的产生与复合将跟不上高频信号的变化，也即反型层中电子的数量不能随高频信号而变。因此，在高频信号时，反型层中电子对电容没有贡献，这时空间电荷区的电容仍由耗尽层的电荷变化决定。由于反型层出现时耗尽层宽度到达最大值，不随偏压变化，耗尽区贡献的电容将达极小值并保持不变，也将保持在最小值并且不随不变。二、计算题（共50分）1.（15分）掺施主杂质的ND＝1015cm-3n型硅，由于光的照射产生了非平衡载流子Δn＝Δp＝1014cm-3。试计算这种情况下准费米能级的位置，并和原来的费米能级做比较。【考查重点】这是半导体物理第五章非平衡载流子部分的考点，重点考查由外界刺激产生的非平衡载流子对准费米能级的影响，并且与原先的进行对比。【答案解析】n-Si，ND＝1015cm-3，Δn＝Δp＝1014cm-3，光照后的半导体处于非平衡状态： 室温下，EgSi＝1.12eV；比较：由于光照的影响，非平衡多子的准费米能级与原来的费米能级相比较偏离不多，而非平衡勺子的费米能级与原来的费米能级相比较偏离很大。2.（10分）铝栅P沟道MOSFET具有以下参数：。试计算其阈电压；并计算出当时的饱和漏极电流。【考查重点】这是微电子器件绝缘栅场效应晶体管的考点，重点考查MOSFET的电流电压特性以及阈值电压和饱和漏极电流的计算，考生一定要会计算这两个参数。【答案解析】3.（10分）已知某硅PN结当外加0.3V正向电压时的扩散电容为35pF，试计算当外加0.4V正向电压时的扩散电容。【考查重点】这是微电子器件PN结的考点，考查扩散电容的计算，考生一定要熟练掌握。【答案解析】T=300K时则当V01=0.3V时，CD1=35pF，设V02=0.4时，扩散电容为CD2则：QUOTECD1CD2代入数据求得：QUOTECD2=CD14.（15分）一块电阻率为3Ω·cm的n型硅样品，空穴寿命，再其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩空穴浓度，计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度，以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm-3？【考查重点】这是半导体物理第四章半导体的导电性的考点，重点考查半导体的电阻率的计算，考生需熟练掌握。【答案解析】；，：由可得：，又查图可得：由爱因斯坦关系式可得：所求而三、计算题（每题15分）1.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Ev（k）分别为：m0为电子惯性质量，。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；【考查重点】 这是半导体物理第一章半导体中的电子状态部分的考点，重点考查禁带宽度和有效质量的计算，比较基础。【答案解析】（1）禁带宽度Eg根据；可求出对应导带能量极小值Emin的k值：由题中EC式可得：；由题中EV式可看出，对应价带能量极大值Emax的k值为：kmax＝0；并且；∴（2）导带底电子有效质量mn∴（3）价带顶电子有效质量m’∴2.光照N型半导体，光被均匀吸收，光生非平衡空穴的产生率为gP=5*1019,寿命为=1us。（1）光照开始后，非平衡空穴在半导体中随时间的变化规律。（2）稳定时，非平衡空穴的浓度。（3）画出该半导体在光照前后（小注入）前后的能带图，并标出原来的费米能级和光照时的准费米能级。【考查重点】：这是《半导体物理学》第五章第二，八节的考点，考查非平衡载流子的注入与复合，连续性方程在不同条件下的求解，属于难点，也是常考点。【答案解析】：（1）因为光被均匀吸收，即均匀产生非平衡载流子，（2）当为稳定状态时，可以得到，（3）3.一个均匀掺杂的NPN型硅双极晶体管工作于正向有源区。B-C结加反偏电压3V。基区宽度为1.10um。晶体管掺杂浓度为。（1）T=300K时，B-E结电压为何值时，x=0处的少子浓度是多子空穴浓度的10%？（2）在该偏置下，确定x`=0处少子空穴浓度。（3）计算中性基区宽度。【考查重点】这是考查微电子器件中双极晶体管中少子分布的计算，考生要熟记公式，是考查的重点。【答案解析】（1）在X=0处，因为我们想要x=0处的少子浓度是多子空穴浓度的10%，即所以，（2）在X`=0处，所以，（3）4.设电子迁移率为，Si的电导有效质量，加以强度为104V/m的电场，（1）试求平均自由时间；（2）试求平均自由程；（3）试证明Si的电导有效质量满足。【考查重点】：这是《半导体物理学》第四章第三节的考点，考查本征半导体载流子平均自由时间，自由程以及电导有效质量的表达式，是重点。【答案解析】：（1）由公式可知，（2）平均漂移速度为：平均自由程为：（3）因为硅能带中有6个椭球面，椭球长轴方向沿<100>，有效质量分别为和。如取轴分别为[100],[010],[001]方向，则不同极值的能谷中的电子沿不同坐标轴的迁移率不同。设，电场强度为Ex沿x方向，则[100]能谷中的电子沿x轴方向的迁移率为，其余能谷中的电子沿x轴方向的迁移率为。设电子浓度为n，则每个能谷单位体积中有个电子，电流密度应该为6个能谷中电子对电流贡献的总和，即（1）仍令与式（1）相比，可得其中，为电导迁移率，如将写成如下形式：将表达式代入，可得，

模拟卷三答案解析与思路点拨试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每小题10分）1.解释理想PN结，理想MIS结构【考查重点】：这是《半导体物理学》第六章第二节，第八章第二节的考点，考查理想PN结以及MIS结构的定义，是常考点。【答案解析】：（1）理想PN结：1.小注入条件，即注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多。2.突变耗尽层条件，即外加电压和接触电势差都将落在耗尽层上，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，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用。4.玻尔兹曼边界条件，即在耗尽层两端，载流子分布满足玻尔兹曼统计分布。（2）理想MIS结构：1.金属与半导体间的功函数差为零。2.在绝缘层中没有任何电荷且绝缘层完全不导电。3.绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态。2.解释有效质量的定义，并指出引入有效质量的意义及其性质。【考查重点】：这是《半导体物理学》第一章第三节的考点，考查有效质量的相关知识，是常考点。【答案解析】：（1）定义：粒子在晶体中运动时具有的等效质量。（2）意义：有效质量概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体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。（3）性质：有效质量有正有负，位于能带底部附近的电子有效质量为正，位于能带顶部附近的电子有效质量为负。此外，有效质量还与成反比，对于宽窄不同的能带，有效质量的大小也不同。能带越窄，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。3.何为扩散电容，何为势垒电容？为什么在正向偏压下以扩散电容为主，在反向偏压下以势垒电容为主？【考查重点】：这是《半导体物理学》第六章第三节的考点，考查pn结电容的相关知识，是常考点。【答案解析】：（1）当pn结上外加电压发生变化时，引起电子和空穴在势垒区发生“存入”与“取出”的作用，从而导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，将这种pn结效应称为势垒电容。（2）将扩散区的电荷数量随外加电压变化而变化所产生的电容效应，称为pn结的扩散电容。（3）在反向偏压下，由于少数载流子的数量较少，可忽略扩散电容，只有在大的正向偏压下，才以扩散电容为主。4.在双极晶体管中集电极电流和共射电流增益随外偏置电压的变化曲线是怎么样的？【考查重点】：这是微电子器件中关于双极晶体管非理想效应的考点，考查双极晶体管的大注入效应，是重点，也是常考点。【答案解析】：下图1为集电极电流随外偏置电压的变化曲线。当VBE较大时，由于大注入效应，使得,与小注入相比，基区中过剩少子浓度和集电极电流的增速均变慢。上图2为共发射极电流增益随集电极电流的变化曲线。当IC较小时，由于复合系数较小，而使得增益值较小。当随着VBE的增大，IC也增大，但注入的少子浓度开始接近，甚至大于多子浓度，此时发生大注入效应。因为少子电子的浓度大于多子空穴的浓度，所以，为了保持电中性条件，多子空穴也相应增大。由于此时VBE很大，所以使得在正偏压下，从基区过渡到发射区参加扩散的空穴数增多，即增大，共基极电流增益减小，共集电极电流增益也减小。二、计算题（共50分）1.（10分）n型硅中，掺杂浓度ND＝1016cm-3，光注入的非平衡载流子浓度Δn＝Δp＝1014cm-3。计算无光照和有光照时的电导率。【考查重点】：这是半导体物理第五章非平衡载流子部分的考点，重点考查在有光照和无光照条件下电导率的变化，考生应好好掌握。【答案解析】n-Si，ND＝1016cm-3，Δn＝Δp＝1014cm-3，可得到：：无光照：Δn＝Δp<<ND，为小注入：有光照：2.（10分）请简要说明半导体材料的光电与发光效应的基本机理，计算硅半导体材料的本征吸收长波限。【考查重点】这是考查半导体热，声，光电效应部分的内容。【答案解析】当一定波长的光照射到半导体时，晶体中的电子吸收足够的能量，从价带直接跃迁及从其他能级简介跃迁到导带上，成为非平衡载流子。这就是半导体光吸收的基本机理。当这些被激发的非平衡载流子从高能级向低能级直接或者间接跃迁回复较低的能状态，从这个跃迁过程中电子将一发射光子的方式释放出能量，该过程成为半导体发光的基本机理。硅半导体材料的本征吸收长波限，根据量子力学基本原理本征吸光子能量；；Eg=1.12eV3.（15分）试推导出均匀基区晶体管的厄尔利电压和共发射极增量输出电阻的表达式。【考查重点】这个题目重点考查均匀基区晶体管的厄尔利电压的推导，注重内容的理解，考查概率很大，希望考生能重视。【答案解析】当忽略基区中的少子复合及ICEO时，4.（15分）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中载流子的统计分布的考点，重点考查半导体中电子和空穴浓度以及费米能级，考生需熟练掌握。【答案解析】对于硅材料：ND=9×1015cm-3；NA＝1.1×1016cm-3；T＝300k时ni=1.5×1010cm-3：；∵且∴∴三、计算题（每题15分）1.（1）什么是半导体k空间中量子态的分布？给出k的允许值。（2）计入电子自旋，给出k空间的电子的允许量子态密度。（3）计算含有施主杂质浓度ND＝9×1015cm-3及受主杂质浓度为1.1×1016cm-3的硅在300k时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中载流子的统计分布的知识点，重点考查对于k空间量子态分布的掌握，属于出题频率较低的知识点，考生容易忽略，同时考查电子和空穴浓度和费米能级的知识。【答案解析】（1）半导体中的电子的允许能量状态（即能级）用波矢k标志，但是电子的波矢k不能取任意的数值，而是受到一定条件的限制。K的允许值为：式中，nx,ny,nz为整数，L是半导体晶体的线度。（2）计入电子自旋相反方向的两个量子态，其电子允许的量子态密度为2V。（3）对于硅材料：ND=9×1015cm-3；NA＝1.1×1016cm-3；T＝300k时ni=1.5×1010cm-3：；∵且∴∴2.一个均匀掺杂的PNP型硅双极型晶体管工作于正向有源区。中性基区宽度为。掺杂浓度为。（1）计算。（2）时，计算X=0处的nB和X`=0处的PE。（3）画出器件中少子浓度的分布图。【考查重点】这是考查微电子器件中双极晶体管中少子分布的计算，考生不仅要熟记公式，也应该对双极晶体管在不同工作状态下的少子分布图都熟记于心。是考查的重点。【答案解析】（1）（2） （3）图NPN缓变基区晶体管在正向有源区时的少子分布图3.制造晶体管时一般是在高杂质浓度的N型衬底上外延一层N型外延层，再在外延层中扩散硼，磷而成的。（1）设N型硅单晶衬底是掺锑的，锑的电离能为0.039ev，300K时的费米能级位于导带底下面0.026ev处，计算锑的浓度和导带中电子浓度。（2）设N型外延层杂质均匀分布，杂质浓度为4.6*1015cm-3，计算300K时费米能级的位置及电子和空穴浓度。（3）在外延层中扩散硼后，硼的浓度分布随样品深度变化。设扩散层某一深度处硼浓度为5.2*1015cm-3，计算300K时费米能级的位置及电子和空穴浓度。【考查重点】这是考查半导体物理学第三章中在不同掺杂状态下载流子浓度以及费米能级的位置，是常考点，也是易错点，考生应注意。【答案解析】 （1）,发生弱简并（2）300K时杂质全部电离（3）4.若锗中杂质电离能△ED＝0.01eV，施主杂质浓度分别为ND＝1014cm-3及1017cm-3，计算（1）99%电离，（2）90%电离，（3）50%电离时温度各为多少？【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中载流子的统计分布的考点，重点考查半导体中不同温度下的杂质电离程度。【答案解析】未电离杂质占的百分比为：；求得：；∴（1）ND=1014cm-3，99%电离，即D_=1-99%=0.01即：将ND=1017cm-3，D_=0.01代入得：即：（2）90%时，D_=0.1即：ND=1017cm-3得：即：；（3）50％电离不能再用上式∵即：∴即：取对数后得：整理得下式：∴即：当ND＝1014cm-3时，得当ND＝1017cm-3时此对数方程可用图解法或迭代法解出。

模拟卷四答案解析与思路点拨试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.绘制隧道效应的I-V特性曲线图，并详细解释原点，2,4,5点处电流形成的原因。【考查重点】：这是《半导体物理学》第六章第五节的考点，考查隧道二极管的电流电压特性，是常考点。【答案解析】：（1）在无偏压的情况下，虽然P区价带和N区导带中有相同能量的量子态，但P区和N区有统一的费米能级。在结的两边，费米能级一下没有空的量子态，费米能级以上的量子态没有电子占据。因此，此时的隧道电流为零，对于特性曲线上的点0。（2）随着正向电压的增大，N区能带相对于P区将整体升高，这样，P区价带的费米能级随着正向电压不断地增大，当正向电流增大到P区的费米能级和N区导带底一样高时，N区的导带和P区的价带中能量相同的量子态达到最多，正向电流达到极大值IP,这时对应于特性曲线中的点2。（3）正向偏压增大到VV时，N区导带底和P区价带顶一样高，这时N区导带和P区价带中没有能量相同的量子态，因此不能发生隧道穿通，隧道电流应该减少到零，对于特性曲线上的点4。（4）当加反向偏置电压时，P区价带相对N区导带整体升高。随着反向偏置电压的增加，P区价带中可以穿过隧道的电子数大大增加，故反向电流也迅速增加，如特性曲线上的点5。2.解释亚阈值电导的特性和特点。【考查重点】：这是微电子器件中的考点，考查MOSFET的非理想效应—亚阈值电导，是重点，也是常考点。【答案解析】：亚阈值电导是指当所加的栅压小于阈值电压时，存在一定小的漏电流的现象。在这种情况下，晶体管被偏置在弱反型模型下，势垒较低，电子有一定的几率跃过势垒而产生亚阈值电流，此时，漏电流由扩散机制而非漂移机制控制。它可以在集成电路中产生一个较为明显的静态偏置电流，会造成很大的功耗。3.画出直接复合与间接复合的能带图。【考查重点】：这是《半导体物理学》第五章第四节的考点，考查载流子的复合理论，是常考点。【答案解析】：直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起的电子与空穴的直接复合。间接复合：电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合，也分为体内复合和表面复合。4.写出热平衡状态半导体的判别式，并解释准费米能级的概念。【考查重点】：本题考查考生对热平衡状态理解与掌握以及准费米能级概念的掌握，这是第五章中的考点，考查频率频繁，考生应该加以理解掌握。【答案解析】：当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态，就不再存在统一的费米能级，因为前面讲的费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态。事实上，电子系统的热平衡状态使通过热跃迁实现的。在一个能带范围内，热跃迁十分频繁，极短时间内就能导致一个能带内的热平衡。然而，电子在两个能带之间，例如导带和价带之间的热跃迁就稀少得多，因为中间还隔着禁带。当半导体得平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，由于上述原因，可以认为，分别就价带和导带中得电子将，它们各自基本上处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡状态。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”。二、计算题（共50分）1.（10分）试计算电阻率为1Ω.cm的N型硅的费米能级相对于导带底EC的位置。假定硅的电子迁移率为1450cm2V-1s-1，本征载流子浓度为1.5×1010cm-3，禁带宽度为1.1eV，温度为300K。【考查重点】这是微电子中关于PN结的考点，重点考查PN结中的费米能级相关的知识。【答案解析】对于N型半导体硅而言：电阻率（1）其中电子浓度:（2）结合公式（1），（2）可得如下计算式：代入数值：，，，，最终得到：即费米能级比导带底EC的位置低0.22eV。2.（15分）一个均匀基区的n-p-n硅晶体管的基区杂质浓度为8*1016/cm3，发射区掺杂浓度为3*1016/cm3，空穴在发射区的寿命为10-7s，基区宽度为0.6μm，空穴的迁移率为500cm2/V•S，电子的迁移率为1500cm2/V•S.假定晶体管的基区输运因子都等于1，请计算共发射极电流放大系数。【考查重点】这个题目重点考查晶体管设计与原理第三章双极结型晶体管中的均匀基区电流放大系数，这部分内容在历年真题中必定会有高分值的考查，需考生掌握透彻。【答案解析】，，代入中，得共发射极电流放大系数：3.（15分）试证明突变结的耗尽区宽度与掺杂浓度之间有如下关系:x【考查重点】这是晶体管设计与原理中第二章PN结的考点，考查突变结的耗尽区宽度与掺杂浓度之间的关系，望考生注意。【答案解析】方法一而在pn结的耗尽区内可假设p=0，n=0，同时在N区耗尽区内还可以忽略NAQUOTEdEdx=qε积分可得E又由于在中性区内无电场，可知在x=xn处，E（xn）=0QUOTEExn=0所以QUOTE-qεsN在N区耗尽区内有QUOTEEx=qεs在P区耗尽区内可以忽略QUOTENDND，从而E在x=QUOTE-xp-xp处E（QUOTE-xp-xp）=0QUOTEE-xp=0所以在P区耗尽区内有QUOTEEx=-q而在x=0处E(0)故有x方法二在中性区内有耗尽近似条件，故P区提供的空穴应该与N区提供的电子数目相等又由于p=n，所以N可得x4.（10分）掺有1.1×1016cm-3硼原子和9×1015cm-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。【考查重点】这是半导体物理第四章半导体的导电性的考点，重点考查半导体的电阻率的计算，考生需熟练掌握。【答案解析】NA＝1.1×1016cm-3，ND＝9×1015cm-3可查图得到Ω·cm三、计算题（每题15分）1.（1）在室温下，锗的有效状态密度Nc＝1.05×1019cm－3，Nv＝5.7×1018cm－3，试求锗的载流子有效质量mn*和mp*。（2）计算77k时的Nc和Nv。已知300k时，Eg＝0.67eV。77k时Eg＝0.76eV。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。（3）77k，锗的电子浓度为1017cm－3，假定浓度为零，而Ec－ED＝0.01eV,求锗中施主浓度ND为多少？【考查重点】这是半导体物理第三章半导体中载流子的统计分布的考点，重点考查半导体中的本证载流子浓度以及多子浓度和少子浓度，注意这几个公式的运用。【答案解析】（1）室温下，T=300k（27℃）,k0=1.380×10-23J/K，h=6.625×10-34J·S，对于锗：Nc＝1.05×1019cm－3，Nv=5.7×1018cm－3：﹟求300k时的Nc和Nv：根据公式：又根据公式：（2）求77k时的Nc和Nv：同理：求300k时的ni：求77k时的ni：（3）77k时：Ec－ED＝0.01eV＝0.01×1.6×10-19；T＝77k；k0＝1.38×10-23；n0＝1017；Nc＝1.365×1019cm-3；2.（1）试推导出杂质浓度为指数分布0exp（）的中性区的内建电场表达式。（2）若某具体有这种杂质浓度的硅的表面杂质浓度为1018cm-3，，试求其内建电场的大小。（3）再将此电场与某突变PN结的耗尽区中最大电场作比较，该突变PN结的。【考查重点】这是微电子器件中第二章PN结的考点，重点考查PN结内建电场的计算，考生需熟练掌握。【答案解析】（1）室温下中性区间的而0exp（），可得。（2）将题目中所给数据代入上式，可得E=650V/cm。（3）突变结的最大场强为|E|上式中，N0=NDNA/（ND+NA）≈ND=1015cm-3,Vbi==0.757V。q=1.6x10-19C，ε=1.045x10-12V/cm，代入|E|中得|E|=1.52x104V/cm。3.如图所示为MOS结构的C-V曲线的一部分，已给出，（1）判断半导体的类型；（2）求氧化层的厚度；（3）求强反型层，耗尽层的宽度；262262106【考查重点】：这是《半导体物理学》第八章第三节的考点，考查MIS结构的C-V特性，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）根据该MOS结构的C-V曲线可看出半导体为P型。（2）且，其中的C0为绝缘层电容。当MOS结构处于堆积状态时C=C0，存在（3）由题中图可知，该MOS结构的强反型状态发生在高频电压下，所以，此时的电容满足：因为强反型时，耗尽型的Xd达到最大值Xdmin,4.已知突变结两边杂质浓度为NA=1016cm-3,ND=1020cm-3，（1）求势垒高度。（2）求势垒宽度。（3）画出图。【考查重点】：这是《半导体物理学》第六章第三的考点，考查PN结的相关计算，是难点，也是常考点。【答案解析】：（1）（2）（3）由泊松方程：解得：

模拟卷五答案解析与思路点拨试题序号：874试题名称：半导体物理与器件基础（答案必须写在答题纸上，写在试题纸的一律不给分）一、简答题（每题10分）1.一热平衡非简并N型半导体，写出少数载流子浓度求解表达式。为什么制造半导体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料？【考查重点】本题考查考生对杂质半导体中载流子浓度计算的掌握，这是第三章中计算的考点，考查频率频繁，考生应该加以重点掌握。【答案解析】电子浓度：少子浓度（空穴浓度）：一般半导体器件，载流子主要来源于杂质电离，而将本征激发可以忽略不计。在本征载流子浓度没有超过杂质电离所提供的载流子浓度的温度范围，如果杂质全部电离，载流子浓度是一定的，器件就能很稳定的工作。但是随着温度的增高，本征载流子浓度迅速增加。当温度足够高时，本征激发占主要地位，器件不能正常工作，因此，每一种半导体材料制成的器件都有一定的极限工作温度，超过这一温度时，器件就失效了。总之，由于本征载流子浓度随温度的迅速变化，用本征材料制成的器件性能很不稳定，所以制造半导体材料器件一般都用含有适当杂质的半导体材料。2.简述简并半导体的定义，并写出判断条件。【考查重点】：这是《半导体物理学》第三章第六节的考点，考查简并半导体的定义，以及判断条件，是常考点。【答案解析】：（1）定义：对于重掺杂半导体，费米能级将接近或进入导带或价带，导带或价带中的载流子浓度很高，泡利不相容原理起作用，电子和空穴分布不再满足玻尔兹曼分布，需要采用费米分布函数描述，称此类半导体为简并半导体。（3）简并化判断条件：3.简述N型硅的电子浓度与温度的关系，并绘制曲线图。【考查重点】：这是《半导体物理学》第三章第四节的考点，考查温度对含杂质半导体载流子产生的影响，是常考点，也是重点。【答案解析】：上图为N型硅的电子浓度与温度的关系曲线。由于该半导体含有杂质，因此，载流子的产生由杂质电离与本征激发两部分构成。在低温