2024年半导体物理学题库讲解

填空題能带中载流子的有效质量反比于能量函数對于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反应了晶体材料的_________的作用。（二阶导数，内部势場）半导体导带中的電子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量怎样分布）和_________（即電子在不一样能量的量子态上怎样分布）。（状态密度，费米分布函数）两种不一样半导体接触後,

费米能级较高的半导体界面一侧带________電，到达热平衡後两者的费米能级________。（正，相等）半导体硅的价带极大值位于空间第一布裏渊区的中央，其导带极小值位于________方向上距布裏渊区边界约0.85倍处，因此属于_________半导体。（[100]，间接带隙）间隙原子和空位成對出現的點缺陷称為_________；形成原子空位而無间隙原子的點缺陷称為________。（弗仑克耳缺陷，肖特基缺陷）在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的電子占据概率為_________，高于费米能级2kT能级处的占据概率為_________。（1/2，1/1+exp(2)）從能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，後者有助于光子的吸取和发射。（间接带隙，直接带隙）一般把服從_________的電子系统称為非简并性系统，服從_________的電子系统称為简并性系统。（玻尔兹曼分布，费米分布）9.對于同一种半导体材料其電子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关，而對于不一样的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度，禁带宽度）10.半导体的晶格构造式多种多样的，常見的Ge和Si材料，其原子均通過共价键四面体互相結合，属于________构造；与Ge和Si晶格构造类似，两种不一样元素形成的化合物半导体通過共价键四面体還可以形成_________和纤锌矿等两种晶格构造。（金刚石，闪锌矿）假如電子從价带顶跃迁到导带底時波矢k不发生变化，则具有這种能带构造的半导体称為_________禁带半导体，否则称為_________禁带半导体。（直接，间接）12.半导体载流子在输运過程中，會受到多种散射机构的散射，重要散射机构有_________、

_________

、中性杂质散射、位錯散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。（電离杂质的散射，晶格振動的散射）13.半导体中的载流子复合可以有诸多途径，重要有两大类：_________的直接复合和通過禁带内的_________進行复合。（電子和空穴，复合中心）14.反向偏置pn結，當電压升高到某值時，反向電流急剧增長，這种現象称為pn結击穿，重要的击穿机理有两种：_________击穿和_________击穿。（雪崩，隧道）15._________杂质可明显变化载流子浓度；_________杂质可明显变化非平衡载流子的寿命，是有效的复合中心。（浅能级，深能级）选择題1．本征半导体是指（A）的半导体。A．不含杂质和缺陷B．電阻率最高C．電子密度和空穴密度相等D．電子密度与本征载流子密度相等2.假如二分之一导体的导带中发現電子的几率為零，那么该半导体必然（D）。A.不含施主杂质B.不含受主杂质C.不含任何杂质D.处在绝對零度3.有效复合中心的能级必靠近(

A

)。

禁带中部

B.导带

C.价带

D.费米能级

4．對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.單调上升B.單调下降C.通過一种极小值趋近EiD.通過一种极大值趋近Ei5.當一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定期，其小注入下的少子寿命正比于（A）。A.1/n0

B.1/△n

C.1/p0

D.1/△p

6.在Si材料中掺入P，则引入的杂质能级（B）A.在禁带中线处B.靠近导带底C.靠近价带顶D.以上都不是7．公式中的τ是半导体载流子的（C）。A.迁移時间B.寿命C.平均自由時间D.扩散時间8.對于一定的n型半导体材料，温度一定期，減少掺杂浓度，将导致（D）靠近Ei。A.EcB.EvC.EgD.EF9.在晶体硅中掺入元素（B）杂质後，能形成N型半导体。A.锗 B.磷 C.硼 D.锡10.對大注入条件下，在一定的温度下，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D．非平衡载流子浓度成反比11.重空穴是指（C）A.质量较大的原子构成的半导体中的空穴B.价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴C.价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴D.自旋－轨道耦合分裂出来的能带上的空穴12.電子在导带能级中分布的概率体現式是（C）。A.B.C.D.13.如在半导体中以長声學波為重要散射机构是，電子的迁移率与温度的（B）。A.平方成正比B.次方成反比C.平方成反比D.次方成正比14.把磷化镓在氮气氛中退火，會有氮取代部分的磷，這會在磷化镓中出現（D）。A.变化禁带宽度B.产生复合中心C.产生空穴陷阱D.产生等電子陷阱15.一般半导体器件使用温度不能超過一定的温度，這是由于载流子浓度重要来源于_________，而将_________忽视不计。（A）A.杂质電离，本征激发 B.本征激发，杂质電离 C.施主電离，本征激发D.本征激发，受主電离16..一块半导体寿命τ=15µs，光照在材料中會产生非平衡载流子，光照忽然停止30µs後，其中非平衡载流子将衰減到本来的（C）。A.1/4B.1/eC.1/e2D.1/217.半导体中由于浓度差引起的载流子的运動為（

B）。

A.

漂移运動

B.

扩散运動

C.

热运動

D.共有化运動18.硅导带构造為（D）。A.位于第一布裏渊区内沿<100>方向的6個球形等能面B.二分之一位于第一布裏渊区内沿<111>方向的6個球形等能面C.二分之一位于第一布裏渊区内沿<111>方向的8個椭球等能面D.位于第一布裏渊区内沿<100>方向的6個椭球等能面19.杂质半导体中的载流子输运過程的散射机构中，當温度升高時，電离杂质散射的概率和晶格振動声子的散射概率的变化分别是（B）。A.变大，变小B.变小，变大C.变小，变小D.变大，变大20.与半导体相比较，绝缘体的价带電子激发到导带所需的能量（A）。A.比半导体的大B.比半导体的小C.与半导体的相等D.不确定21.一般半导体它的价带顶位于_________，而导带底位于_________。（D）A.波矢k=0或附近，波矢k≠0 B.波矢k≠0，波矢k=0或附近C.波矢k=0，波矢k≠0D.波矢k=0或附近，波矢k≠0或k=022.锗的晶格构造和能带构造分别是（

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

D.

闪锌矿型和间接禁带型

23.假如杂质既有施主的作用又有受主的作用，则這种杂质称為（D）。A.施主B.复合中心C.陷阱D.两性杂质24.杂质對于半导体导電性能有很大影响，下面哪两种杂质分别掺杂在硅中能明显地提高硅的导電性能（C）。A.硼或铁B.铁或铜 C.硼或磷D.金或银25.當施主能级ED与费米能级EF相等時，電离施主的浓度為施主浓度的（C）倍；A.1

B.1/2C.1/3D.1/426.同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体，假如甲的相對介電常数εr是乙的3/4，mn*/m0值是乙的2倍，那么用类氢模型计算成果是（D）。A.甲的施主杂质電离能是乙的8/3，弱束缚電子基态轨道半径為乙的3/4B.甲的施主杂质電离能是乙的3/2，弱束缚電子基态轨道半径為乙的32/9C.甲的施主杂质電离能是乙的16/3，弱束缚電子基态轨道半径為乙的8/3D.甲的施主杂质電离能是乙的32/9，的弱束缚電子基态轨道半径為乙的3/827.本征半导体费米能级的体現式是。（B）A.B.C.D.28.载流子在電場作用下的运動為（

A）。

A.

漂移运動

B.

扩散运動

C.

热运動

D.共有化运動29.下面状况下的材料中，室温時功函数最大的是（A）。A.含硼1×1015cm-3的硅B.含磷1×1016cm-3的硅C.含硼1×1015cm-3，磷1×1016cm-3的硅D.纯净的硅30.一般可以认為，在温度不很高時，能量不小于费米能级的量子态基本上_________，而能量不不小于费米能级的量子态基本上為__________，而電子占据费米能级的概率在多种温度下總是_________，因此费米能级的位置比较直观地標志了電子占据量子态的状况，一般就說费米能级標志了電子填充能级的水平。（A）A.没有被電子占据，電子所占据，1/2B.電子所占据，没有被電子占据，1/2C.没有被電子占据，電子所占据，1/3D.電子所占据，没有被電子占据，1/3简答題简要阐明费米能级的定义、作用和影响原因。答：電子在不一样能量量子态上的记录分布概率遵照费米分布函数：费米能级EF是确定费米分布函数的一种重要物理参数，在绝對零度是，费米能级EF反应了未占和被占量子态的能量分界线，在某有限温度時的费米能级EF反应了量子态占据概率為二分之一時的能量位置。确定了一定温度下的费米能级EF位置，電子在各量子态上的记录分布就可完全确定。费米能级EF的物理意义是处在热平衡状态的電子系统的化學势，即在不對外做功的状况下，系统中增長一种電子所引起的系统自由能的变化。半导体中的费米能级EF一般位于禁带内，详细位置和温度、导電类型及掺杂浓度有关。只有确定了费米能级EF就可以记录得到半导体导带中的電子浓度和价带中的空穴浓度。在本征半导体中進行故意掺杂多种元素，可变化材料的電學性能。請解释什么是浅能级杂质、深能级杂质，它們分别影响半导体哪些重要性质；什么是杂质赔偿？杂质赔偿的意义何在？答：浅能级杂质是指其杂质電离能遠不不小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它們電离後将成為带正電（電离施主）或带负電（電离受主）的离子，并同步向导带提供電子或向价带提供空穴。它可有效地提高半导体的导電能力。掺杂半导体又分為n型半导体和p型半导体。深能级杂质是指杂质所在的能级位置在禁带中遠离导带或价带，在常温下很难電离，不能對导带的電子或价带的空穴的浓度有所奉献，但它可以提供有效的复合中心，在光電子開关器件中有所应用。當半导体中既有施主又有受主時，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最终電离，這就是杂质赔偿。运用杂质赔偿效应，可以根据需要变化半导体中某個区域的导電类型，制造多种器件。什么叫受主？什么叫受主電离？受主電离前後有何特性？答：半导体中掺入受主杂质後，受主電离後将成為带负電的离子，并同步向价带提供空穴，這种杂质就叫受主。受主電离成為带负電的离子（中心）的過程就叫受主電离。受主電离前带不带電，電离後带负電。什么叫复合中心？何谓间接复合過程？有哪四個微观過程？试阐明每個微观過程和哪些参数有关。答：半导体内的杂质和缺陷可以增進复合，称這些增進复合的杂质和缺陷為复合中心；间接复合：非平衡载流子通過复合中心的复合；四個微观過程：俘获電子，发射電子，俘获空穴，发射空穴；俘获電子：和导带電子浓度和空穴复合中心浓度有关。发射電子：和复合中心能级上的電子浓度。俘获空穴：和复合中心能级上的電子浓度和价带空穴浓度有关。发射空穴：和空的复合中心浓度有关。漂移运動和扩散运動有什么不一样？两者之间有什么联络？答：漂移运動是载流子在外電場的作用下发生的定向运動，而扩散运動是由于浓度分布不均匀导致载流子從浓度高的地方向浓度底的方向的定向运動。前者的推進力是外電場，後者的推進力则是载流子的分布引起的。漂移运動与扩散运動之间通過迁移率与扩散系数相联络。而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通過愛因斯坦关系相联络，两者的比值与温度成反比关系。即简要阐明pn結空间電荷区怎样形成？答：當p型半导体和n型半导体結合形成pn結時，由于两者之间存在载流子浓度梯度，從而导致了空穴從p区到n区、電子從n区到p区的扩散运動。對于p区，空穴离開後留下了不可動的带负電荷的電离受主，因此在p区一侧出現了一种负電荷区；同理對于n区，電子离開後留下了不可動的带正電荷的電离施主，因此在n区一侧出現了一种正電荷区。這样带负電荷的電离受主和带正電荷的電离施主形成了一种空间電荷区，并产生了從n区指向p区的内建電場。在内建電場作用下，载流子的漂移运動和扩散运動方向相反，内建電場阻碍载流子的扩散运動。随内建電場增强，载流子的扩散和漂移到达動态平衡。此時就形成了一定宽度的空间電荷区，并在空间電荷区两端产生了電势差，即pn結接触電势差。简要阐明载流子有效质量的定义和作用。答：能带中電子或空穴的有效质量m*的定义式為：有效质量m*与能量函数E(k)對于波矢k的二次微商，即能带在某处的曲率成反比；能带越窄，曲率越小，有效质量越大，能带越宽，曲率越大，有效质量越小；在能带顶部，曲率不不小于零，则有效质量為负值，在能带底部，曲率不小于零，则有效质量為正值。有效质量的意义在于它概括了内部势場的作用，使得在处理半导体中载流子在外場作用下的运動规律時，可以不波及内部势場的作用。對于掺杂的元素半导体Si、Ge中，一般情形下對载流子的重要散射机构是什么？写出其重要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。答：對掺杂的元素半导体材料Si、Ge，其重要的散射机构為長声學波散射和電离杂质散射其散射几率和温度的关系為：声學波散射：，電离杂质散射：9.阐明能带中载流子迁移率的物理意义和作用。答：载流子迁移率m反应了單位電場强度下载流子的平均漂移速度，其定义式為：；其單位為：cm2/V×s半导体载流子迁移率的计算公式為：其大小与能带中载流子的有效质量成反比，与载流子持续两次散射间的平均自由時间成正比。确定了载流子迁移率和载流子浓度就可确定该载流子的電导率。证明題1．试推证：對于只含一种复合中心的间接带隙半导体晶体材料，在稳定条件下非平衡载流子的净复合率公式证：題中所述状