电子科技大学2023年半导体物理期末考试试卷A试题答案解析

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选课号/座位号第第110页半导体物理课程考试题A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〔25251分〕得分A.不含杂质和缺陷1、本征半导体是指〔 A.不含杂质和缺陷B.电阻率最高C.电子密度和空穴密度相等D.电子密度与本征载流子密度相等2、假设一半导体的导带中觉察电子的几率为零，那么该半导体必定〔 D 。A.不含施主杂质 B.不含受主杂质D.处于确定零度CD.处于确定零度3、对于只含一种杂质的非简并n型半导体，费米能级EF随温度上升而〔 D 。A.单调上升 B.单调下降过一个微小值趋近Ei 一个极大值趋近Ei4、如某材料电阻率随温度上升而先下降后上升，该材料为〔 C 。A.金属 B.本征半导体C.掺杂半导体 D.高纯化合物半导体5、公式q/m*中的是半导体载流子的〔 C 。A.迁移时间 B.寿命C.平均自由时间 D.集中时间6、下面状况下的材料中，室温时功函数最大的是〔 A 〕 ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 含硼1×1015cm-3的硅 B.含磷1×1016cm-3的硅C.含硼1×1015cm-31×1016cm-3的硅D.纯洁的硅1×1014cm-31.1×1015cm-3的磷，则电子浓度约为〔B，空穴浓度为〔D，费米能级为〔G。将该半导体由室温度升至，则多子浓度约为〔F，少子浓度为〔F，费米能级为〔I时，n≈2×1017cm-3〕i iA、1×1014cm-3 B、1×1015cm-3 C、1.1×1015cm-3D、2.25×105cm-3 E、1.2×1015cm-3 F、2×1017cm-38〔D 〔C〕高于Ei 8〔D 〔C〕四周，常见的是〔四周，常见的是〔E〕陷阱。A D D、EiE、少子F、多子A D D、EiE、少子F、多子9、S构造的外表发生强反型时，其外表的导电类型与体材料的〔 B ，假设增加杂浓度，其开启电压将〔 C 。A、一样 不同C、增加 D、削减10、对大注入条件下，在肯定的温度下，非平衡载流子的寿命与〔D 。A、平衡载流子浓度成正比 B、非平衡载流子浓度成正比C、平衡载流子浓度成反比 衡载流子浓度成反比11、可以由霍尔系数的值推断半导体材料的特性，如一种半导体材料的霍尔系数为负值，该材料通常是〔A 〕A、n型 B、p型 C、本征型 D、高度补偿型12、如在半导体中以长声学波为主要散射机构是，电子的迁移率n与温度的〔B 。3A、平方成正比 B、2次方成反比3C、平方成反比 D、2次方成正比13、为削减固定电荷密度和快界面态的影响，在制备MOS器件时通常选择硅单晶的方向为〔A 〔A 。A【100】 B【111】 C【110】 D【111】或【110】14、简并半导体是指〔A 〕的半导体。C F F V C F F A、(E-E)或(E-E)≤0 B、(E-E)或(E-E)≥C F F V C F F C、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一样的电子25、在硅基S器件中，硅衬底和O界面处的固定电荷是〔B，它的存在使得半导外表的能带〔C ，在V曲线上造成平带电压〔F〕偏移。2A、钠离子 B、过剩的硅离子 C、向下 上E、向正向电压方向；F、向负向电压方向得分得分〔15151分〕1、硅的导带微小值位于布里渊区的＜100＞方向上，依据晶体的对称性共有6个等价能谷。谷。3GaAs时，有可能2nEc(上)3GaAs时，有可能观看导负微分电导现象，这是由于这种子能谷中的电子的有效质量较观看导负微分电导现象，这是由于这种子能谷中的电子的有效质量较大。4、复合中心的作用是促进电子和空穴的复合，起有效的复合中心的杂质能级必需位于Ei〔禁带中线，并且对电子和空穴的俘获系数rrr＝r。n p n p5、热平衡条件下，半导体中同时含有一种施主杂质和一种受主杂质状况下的电中性条件是＿p+n+=n+p- 。0 D 0 A6、金半接触时，常用的形成欧姆接触的方法有＿6、金半接触时，常用的形成欧姆接触的方法有＿和＿反阻挡层7、MIS＿相反〔一样或相反，假设增加掺杂浓度，其开启电压将＿增加〔增加或减小。8、在半导体中，假设温度上升，则考虑对载流子的散射作用时，电离杂质散射概和晶格振动散射概率 增大 。学院姓名学号任课教师选课号/座位号 ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 学院姓名学号任课教师选课号/座位号 ………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 第第410页得分〔256分＋6分＋6分＋7分〕得分1、在本征半导体中进展有意掺杂各种元素可转变材料的电学性能请解释什么是浅能级能级杂质，它们分别影响半导体哪些主要性质；什么是杂质补偿？杂质补偿的意义何在？ 〔此题6分〕答：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电〔电离施主〕或带负电〔电离受主〕的离子，并同时向导带供给电子或向价带供给空穴。它可有效地提高半导体的导电力量。掺杂半导体又分为np型半导体。〔2分〕〔2分〕当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先相互抵消，剩余的杂质最终电离，这就〔1分〕分〕2〔此题6分〕答：集中长度指的是非平衡载流子在复合前所能集中深入样品的平均距离，它由集中系数DLD

〔2分〕牵引长度是指非平衡载流子在电场 E 的作用下，在寿命时间内所漂移的距离，即L(E)E〔2分〕德拜长度是德拜争论电介质外表极化层时提出的理论的长度，用来描写正离子的电场所能德拜长度是德拜争论电介质外表极化层时提出的理论的长度，用来描写正离子的电场所能影响到电子的最远距离。在半导体中，外表空间电荷层厚度随掺杂浓度、介电常数和外表影响到电子的最远距离。在半导体中，外表空间电荷层厚度随掺杂浓度、介电常数和外表势等因素而转变，其厚度用一个特征长度即德拜长度势等因素而转变，其厚度用一个特征长度即德拜长度L 表示。它主要由掺杂浓度打算。掺D杂大，LD〔2分〕说明半导体中电子有效质量的意义和性质，并说明能带底和能带顶、内层电子和外层电子的有效质量的各自特点。 〔此题6分〕答：有效质量是半导体内部势场的概括。在争论晶体中的电子在外力的作用下的运动规律就可以便利地承受经典力学定律来描写。由于晶体的各向异性，有效质量和惯性质量不一样，它是各向异性的。(2分)在能带底四周，由于2E

0；(1分)在能带顶部四周，由于2E

0。(1分)内层电子形成的能带窄，E～k2E内层电子形成的能带窄，E～k2E外层电子形成的能带宽，E～k2E外层电子形成的能带宽，E～k2E参数有关。 〔此题7分〕分〕〔1分〕四个微观过程：俘获电子，放射电子，俘获空穴，放射空穴〔1分俘获电子：和导带电子浓度和空穴复合中心浓度有关。 〔1分〕放射电子：和复合中心能级上的电子浓度。 〔1分〕得分俘获空穴：和复合中心能级上的电子浓度和价带空穴浓度有关。 〔1分〕放射空穴：和空的复合中心浓度有关。 〔1分〕得分35分，7＋10＋8＋104题〕1、⑴计算本征硅在室温时的电阻率；⑵但掺入百万分之一的砷(As)后，如杂质全部电离，计算其电导率比本征硅的电导率增大多少倍。 〔此题7分〕〔电子和空穴的迁移率分别为 1350cm2/(V.s)和500 cm2/(V.s)，假使在杂质浓度小于〕〔1〕nq()i i n p1.510101.61019(1350500)i4.44106(S/cm)〔2〕N=5×1022×10-6=5×1016(cm-3)D

〔3分〕0 全部电离，所以n=N。 〔1分〕0 nq0 n510161.610198506.8(S/cm) 6.8 1.53106 4.44106i导率增大了153万倍。 〔3分〕n 10s。如在其外表处稳定地注入的电子浓度为n(0)71012cm3。试计算在离开外表n1.20mA/cm2〔外表复合无视不计计〔k38×10-〕0，k00

〔10分〕kT 0.026eVD on

1200cm2/V.S31.2104m2/s (2分)n e电子的集中长度LD 31.2104101061.76104(m)(2分)nnnn(xn(x)n(0)exLnS(x)Dn

dn(x)dx

，其中

(2分)qDn(0) x以，集中电流J=qSn

(x) nLn

eLn

(2分)

qDn(0)ln n (1分)n JLn把n(0)71012cm3J1.20mA/cm2Ln

1.76104mDn的值代入上式，1.6101931.210471018得到：x1.76104ln 8.7105(m) (1分) 1.76101412 2 3、由金属－SiO-PMOSn2 p 8与半导体内部多数载流子浓度 相等时作为临界强反型条件。 〔此题p 8p0试证明临界强反型时，半导体的外表势为： (5分)2kT N

EEV2V 0 ln A, 其中V i Fs B q n B qi型时半导体的能带图，标明相关符号，并把反型、耗尽、中性区各局部用竖线分开，并用文字指明。 (3分)1〕，则外表处的电子浓度为：nnnsqVsekT in2qVp00pekTop0s 在临界强反型状况下，有ns

〔1分〕即p 2p0

qVs0n2ekT，或 p n0i p0

qVse2k0T 〔1分〕此外，在平衡状态下半导体体内的多子空穴浓度为：p Np NeEFEvkTp00vneiEEi FkTneiqVBkT00所以，比较以上两个式子，可得到：Vs=2VB2kT N

〔2分〕Vs2V 0 ln AB q ni(2)qVBqVB①②③EiFqV EFBEv在上图中，①为反型区，②为耗尽区，③为中性区MOSn-SiWs4.30eV，Al的功函数WAL4.20eV，铝电极的面积A=1.6×10-7m2。在150℃下，进展温度－偏压〔－偏压〔B-T〕B-TC-V曲线〔线〔1〕和2。08.851012F/m,r3.9 〔10分〕求〔1〕氧化物2层的厚度； 〔2分〕界面处的正电荷密度； 〔4分〕SiO2中的可移动离子的面密度。 〔4分〕C(pF)C(pF)C022(2)(1)Cmin8.16〔1〕V曲线可得：2所以，SiO的厚度为：2

-17 -9.8 0 V(V)GAAd 0r

1.61078.8510123.9 2.5107(m)250nm 〔2〕0 C 2210120值为：ms s qV =W-Wms s 则因此引起的平带电压：W WV ”V mFB ms

s0.1V 〔2〕2FB计算界面固定电荷密度时应当从负偏压的V曲线确定V ,即曲〔此时移动电Al和SiO的界面，所以，固定电荷密度为：2FBCN i(V V )fc Aq ms F