电子科技大学2023年半导体物理期末考试试卷B试题答案

选课号/座位号学院姓名学号任课教师选课号/座位号学院姓名学号任课教师第第59页半导体物理课程考试题B卷〔120分钟〕考试形式：闭卷 考试日期2023年元月18日课程成绩构成：寻常 10 分，期中 5 分，试验 15 分，期末 70 分一一二三四五六七八九十合计 复核人签名得分签名得分一、填空题: 〔共16分，每空1分〕得分1. 简并半导体一般是 重 掺杂半导体，这时 电离杂质对载流子的散射作用不行2. 2. NSi/率会上升率会上升/4. 随温度的增加，P型半导体的霍尔系数4. 随温度的增加，P型半导体的霍尔系数的符号由正变为负。在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质，它们具有 杂质补偿的作用，在制造各种半导体器件时，往往利用这种作用转变半导体的导电性能。7. 相对SiInSb是制作霍尔器件的较好材料，是由于其电子迁移率较高/7. 相对SiInSb是制作霍尔器件的较好材料，是由于其电子迁移率较高/大大。8. 8. 掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si 中是一种深能级杂质，通常起杂质，通常起复合中心的作用，使得载流子寿命减小。9.9.有效质量NSiWS4.3eV，金属AlWm4.2eV ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 体和金属接触时的界面将会形成 反阻挡层接触/欧姆接触 。有效复合中心的能级位置靠近 禁带中心能级/本征费米能级/Ei 。12.12.MIS构造中半导体外表处于临界强反型时，外表少子浓度等于内部多子浓度，外表反型少子的导电力量已经足够强，称此时金属板上所加电压为反型少子的导电力量已经足够强，称此时金属板上所加电压为开启电压/阈值电压。压。子势垒高度将降低，空间电荷区宽度将相应地〔削减子势垒高度将降低，空间电荷区宽度将相应地〔削减/变窄/变薄。得分二、选择题〔151分〕得分假设对半导体进展重掺杂，会消灭的现象是 D 。禁带变宽少子迁移率增大多子浓度减小简并化Si的本征载流子浓度为ni

1.51010cm3Si半导体中电子浓度n1.51015cm3，空穴浓度为p1.51012cm3，则该半导体A 。存在小注入的非平衡载流子存在大注入的非平衡载流子处于热平衡态是简并半导体下面说法错误的选项是 D 。0，则该半导体必定处于确定零度计算简并半导体载流子浓度时不能用波尔兹曼统计代替费米统计处于低温弱电离区的半导体，其迁移率和电导率都随温度上升而增大Ec能级位置下面说法正确的选项是 D 。C. 稳态和热平衡态C. 稳态和热平衡态的物理含义是一样的MIS构造电容可等效为绝缘层电容与半导体外表电容的的并联………密………封………线………以………内………答………题………无………效……D.同一种半导体材料中，电子迁移率比空穴迁移率高5.5.GaAsGaAs相比，载流子迁移率要高，这是由于高，这是由于B。无杂质污染晶体生长更完整化学配比更合理宇宙射线的照耀作用6.6.半导体中少数载流子寿命的大小主要打算于A。复合机构散射机构禁带宽度晶体构造假设某材料电阻率随温度上升而单调下降，该材料是 A 。本征半导体杂质半导体金属导体简并半导体8.8.对于只含一种杂质的非简并ｐ型半导体，费米能级随温度上升而D。上升下降不变D.D.经过一极值EiGaAs具有微分负电导现象，缘由在于在强电场作用下， A 。载流子发生能谷间散射载流子迁移率增大载流子寿命变大载流子浓度变小10.10.以下4种不同掺杂状况的N型Ge半导体中，室温下电子迁移率由大到小的挨次是CC。1014cm-3的P原子；1015cm-3的P原子；2×1014cm-3P1014cm-3B原子；3×1015cm-3P2×1015cm-3B原子。abcdbcdaacbd………密………封………线………以………内………答………题………无………效……dcba以下4种Si半导体，室温下功函数由大到小的挨次是 C 。1016cm-3的B原子；1016cm-3的P原子；1016cm-3的P1015cm-3B原子；纯洁硅。abcdcdbaadcbdabc导体，热平衡时室温下少子浓度最高的是 D 。1015cm-3PSi半导体；1014cm-3BSi半导体；1015cm-3PGe半导体；1014cm-3BGe半导体。〔室温时：Si的本征载流子浓度ni

1.51010cm3Ge的本征载流子浓度n2.41013cm3〕id直接复合时，小注入的P型半导体的非平衡载流子寿命 打算于 B 。d1 1A. B.rn rpd 0 d 01C. D.其它rpd14.在金属14.在金属-SiO2-p型Si构成的MISSiO2中分布的可动正电荷不会影响CC。半导体外表势平带电压平带电容器件的稳定性不考虑外表态的影响，如需在n型硅上做欧姆电极，以下四种金属中最适合的是A 。In(Wm=3.8eV)………密………封………线………以………内………答………题………无………效……Cr(Wm=4.6eV)Au(Wm=4.8eV)Al(Wm=4.2eV)得分三、问答题〔31分，共四题，6分＋10分＋10分＋5分〕得分写出下面能带图代表的半导体类型，掺杂程度。 〔6分〕ECECECEFECECiE Ei EiEF FEV(a)

(b)

EV (c) EVECECECECECE EFi Ei EiEF EVVEV E EFVV(d) (e) (f)答：(a)n型(b)p型(c)本征型或高度补偿型(d)简并、p型(e)n型(f)p型型半导体衬底形成的MIS构造，画出外加不同偏压下积存、平带、耗尽、反型四种状态的能带图。画出抱负的低频和高频电容-电压曲线。解释平带电压。 (10分)答：图略〔28分〕态所需加的外加栅偏压。或者使半导体内没有能带弯曲时所加的栅电压。〔2分〕3.3.写出至少两种测试载流子浓度的试验方法，并说明试验测试原理。〔10分〕C-V测试霍耳效应分〕承受金半接触构造，测试C-V曲线，可以得到1 V曲线为一C2条直线，斜率为2qN(N)s D A，因此可以求出掺杂浓度N 假设承受MIS构造，测DAC-Vd0，再结合最小值可以求出掺杂，B，dV，由霍耳电压正负判zH断导电类型，由于断导电类型，由于R Vd，因此求出霍耳系数RRHHIBx zH 1或R 1求出HpqHnq〔4分〕4.在一维状况下，描写非平衡态半导体中载流子〔空穴〕运动规律的连续方程为：pDt

2px2

Epp x

pEpg，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意p x pp义。 〔5分〕tDp

x处，t〔1分〕2p〔1分〕x2Ep

Epxpppx

〔1分〕p〔1分〕pg 〔1分〕p得分四、计算题〔38分，8＋10＋10＋104题〕得分。 〔8分〕选课号/座位号学院姓名学号任课教师 ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 选课号/座位号学院姓名学号任课教师 ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 第第79页⑴计算这块半导体材料的电子浓度；推断材料的导电类型；⑵计算费米能级的位置。〔1〕np0 0

n2i n2 1.510102n i 1104(cm3)0 p 2.251016〔2分〕p0

n，故该材料为p型半导体。 〔2分〕0〔2〕 〔4分〕EEp n0 i

exp( i F)kT0EEi F

kTlnp00 n0i0.026ln2.2510161.510100.37eV即该p型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV处。〔1分＋2分＋1分〕pSiNA=1017cm-3Si的电子亲和能为4.05eV，禁带宽度为1.12eVni

1.51010cm3，试求：Si半导体费米能级位置及功函数；WAg=4.81eV。假设能形成阻挡层，求半导体一侧的势垒高度和势垒宽度。(10分)解：1) 费米能级：EF

Eki

Tln0

10171.51010

) 〔2分〕i0.41eV位置〔qVB=0.41eV〕功函数：Ws

E En

/2qVB

5.03(eV) 〔2分〕2)pSi，由于Ws

W 能够形成空穴阻挡层 〔2分〕3)3)半导体一侧的势垒高度：qV W W 0.22(eV)D m s〔2分〕2V 12

2128.8510140.2212x

r 0 D

5.4106(cm) 〔2分〕d qNA

1.610191017 SiO2p型Si构成抱负MIS构造，设Si半导体中受主杂质浓度为,SiO20.2mm，SiO23.9，Si12。TV；T,电荷量。0〔kT=0.026eV，Si:n 1.51010cm3,ε=8.85×10-14F/cmq1.61019C〕(10分)0i 0kT N解：1) 费米势：VB

0 ln( 〔2分〕q ni外表电荷量：Q qNx

qN

4V 2 rs0 B2

6.05108(C) 〔1分〕s Adm

A qNA绝缘层电容：C /d 1.72108(F/cm2) 〔1分〕0 ri0 0Q开启电压：VT

VV0

C 0

) 〔2分〕2) 2) 开启电压变化即平带电压的变化：V VQfcC0〔2分〕TFB固定电荷量：Q 固定电荷量：Q VC 2.79108(C)fc T 0Pt/Si肖特基二极管在T=300KND=1016cm-3n型<100>Si0.89eV1〕En=EC-EF，2〕qVD,，3〕JST，4〕使J=2A/cm2时的外加偏压V。 〔10分〕解：N Nexp(E

EF)cDcEEc F

c kT0k