2011东南大学半导体物理试卷
东南大学考研半导体物理基础(4)
声子（晶格） 声子（晶格）散射 电离杂质散射
* scattering by neutral impurity and defects 中性杂质和缺陷散射 * Carrier-carrier scattering * Intervalley scattering * Piezoelectric scattering 载流子之间的散射 能谷间的散射 压电散射
即：
uµ 0 1 2 ∴ µn = ( v )
ε
vd = µ n ε = (uµ 0 ε )
v
v
1
2
对于光学波声子散射
hν o dE ( )s = − dt τn
代入（1）式： 代入（ ）
hν o
τn
v = q E vd
hν o hν o hν o vd = v = v * = * vd mn q E τ n µ n E mn
能带边缘非周期性起伏
（1）晶格振动散射 ）
纵波和横波
声学波声子散射几率： 声学波声子散射几率：
Ps ∝ T
32
光学波声子散射几率： 光学波声子散射几率：
32
(hv) Po ∝ 12 (k0T )
1 1 1 hv ~ hv k0T hv k0T e −1 e − 1 f k T 0
ε
ε
显然
n型 半导体 σ = nqµ n p型 半导体 σ = pqµ p
混合型 半导体 σ = nqµ n + pqµ p
本征半导体 σ = ni q (µ n + µ p )
4.多能谷下的电导 多能谷下的电导 Ez
n n n J z = qµ1ε z + qµ 2 ε z + qµ 3ε z 3 3 3
半导体物理期末试卷(含部分答案
一、填空题1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。
这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。
2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。
3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。
4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 .5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 qn n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。
6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。
前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。
7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。
8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。
样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。
费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。
9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。
10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。
2011东南大学半导体物理试卷..
共 10 页 第 1 页东 南 大 学 考 试 卷（卷）课程名称 半导体物理 考试学期 11-12-2得分适用专业 电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 1932.810c N cm -=⨯1931.110v N cm -=⨯，电子电量191.610e C -=⨯。
一、 填空题（每空1分，共35分）1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体 散射起主要作用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时，______________散射起主要作用。
2.非平衡载流子的复合率 ，t N 代表__________，t E 代表__________，当2i np n -为___________时，半导体存在净复合，当2i np n -_______时，半导体处于热平衡状态。
杂质能级位于___________位置时，为最有效复合中心，此杂质称为____________杂质。
3.纯净的硅半导体掺入浓度为17310/cm 的磷，当杂质电离时能产生导电________，此时杂质为_________杂质，相应的半导体为________型。
如果再掺入浓度为16310/cm 的硼，半导体是_______型。
假定有掺入浓度为15310/cm 的金，则金原子带电状态为__________。
4.当PN 结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然__________开始的现象称为击穿，击穿分为___________和___________。
温度升高时，________击穿的击穿电压阈值变大。
5. 当半导体中载流子浓度存在_________时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与_______成正比，比例系数称为_________；半导体存在电势差时，载流子将做 运动，其运动速度正比于 ，比例系数称为 。
6.GaAs 样品两端加电压使内部产生电场，在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小，这区域称为________________，这是由GaAs 的_____________结构决定的。
东南大学《半导体物理基础》教学大纲
《半导体物理基础》教学大纲（总学分：2.0 总上课时数：32 ）东南大学电子工程系一．课程的地位与任务本课程是电子科学与技术专业类的一门专业基础课。
学生在学习“固体物理基础”课的基础上，通过本课程的学习，掌握半导体物理的基本物理概念、模型以及各种特性。
学会应用半导体物理学理论分析和处理问题的手段和方法，为学生学习其它专业课(电子器件、集成电路等)以及今后从事半导体专业工作打下一个理论基础。
二、课程内容的教学要求1`.半导体的一般特性（Basic Semiconductor Properties）（1）回顾先修课程中关于孤立原子及自由电子运动状态，半导体晶体结构，共有化运动，导体、绝缘体、半导体结构方面的知识。
（2）了解半导体材料种类及特性（3）了解硅和锗的能带结构，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构。
2 .载流子分布（Eguilibrium Carrier Statistics）（1）熟练掌握能带及费米能级概念，以及在半导体特性分析中的应用。
（2）熟悉本征半导体和杂质半导体的导电特性，掌握施主杂质、受主杂质及杂质补偿概念。
（3）掌握状态密度，载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的载流子浓度，一般情况下的载流子统计分布的表示方法。
（4）熟悉载流子浓度、费米能级与温度及掺杂浓度之间的关系。
（5）掌握简并半导体和非简并半导体的概念。
3 .载流子复合-产生（Recombination-Generation）（1）掌握非子注入与复合、非平衡载流子的浓度表达式、衰减、寿命等概念。
（2）了解准费米能级概念，进而掌握非平衡状态下载流子浓度的表示方法。
（3）了解直接复合，间接复合等的复合机制。
4 .载流子的散射（Carrier Scattering）（1）晶格振动散射（2）电离杂质散射5. 载流子的漂移和扩散（Carrier Drift and Carrier Diffusion）（1）掌握载流子的漂移运动和迁移率的概念。
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动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。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止t??后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
东南大学半导体物理考研复习系列试题(A卷)
共 9 页
第 5 页
(luobin 考研复习卷)
产生率 2.(15分) 如果稳定光照射在一块均匀掺杂的 n 型半导体中均匀产生非平衡载流子， 14 3 1 2 为 Gop 3 10 cm s ，且无外场作用，空穴迁移率 p 430cm / V s ， p 5us ， 半导体的长度远远大于空穴的扩散长度，如图所示。假设样品左侧存在表面复合，表面复 合率为 U s 7.5 10 cm s ，比例系数(表面复合速度)为 s 。
共 9 页 第 1 页 (luobin 考研复习卷)
位于导带底下方 0.026eV 处，半导体的状态为 __________ （填“简并” ， “弱简并” 或“非简并” ） ，判断的依据为 __________ 。 8. 强电场效应会使半导体器件的载流子速度达到饱和，还可能使载流子成为热载流子， 影响器件性能。半导体器件的热载流子由于具备高能量，常常会导致载流子 __________ ； 热 载 流 子 可 与 晶 格 发 生 碰 撞 电 离 ， 利 用 这 一 原 理 可 以 制 备 __________ 器件。 9. 早期锗硅等半导体材料常利用测其电阻率的办法来估计纯度，室温下较纯 Ge 样品的 电子迁移率 n 3900cm2 / V s ，锗原子密度 4.42 1022 cm3 ，若测得室温下电阻 率为 10 cm ，则利用此方法测得 n 型锗的掺杂浓度为 __________ ，这种测量方法 来估计纯度的局限性是 __________ 。 10. 金属的费米能级位于导带之上， n 型半导体与金属接触形成整流接触，那么半导体与 金属的功函数哪个大？ __________ 。由于半导体与金属之间存在整体载流子水平差 异，所以会产生载流子（电子）的扩散，形成内建电场；内建电场几乎全部建立在半 导体一侧的原因是 __________ 。具有整流接触的金-半接触称为肖特基接触，肖特基 结相比普通 pn 结， 在高频高速器件具有更重要的作用， 其原因在于肖特基接触不存在 电荷存储现象。肖特基接触不存在电荷存储现象的原因是 __________ 。制造 pn 结 可选用的技术主要有合金、扩散、外延生长、 __________ 等，用掺杂制作 pn 结克 服了金-半接触的一大缺点： __________ 。 11. 下图是 p 型半导体的能带图。三图中哪些图表明半导体存在电流？ __________ 。图
东南大学2011电工基础真题回忆版
11年的专业课我感觉比较简单，基本没有难题。
可能这与10年试卷较难有关系，个人觉得难度与09年持平，所以今年电气的分数线。
填空题10X6，计算题有13，17两种分值各六道。
填空题第一道为已知某支路电流为0，求电路中一个电阻的值，用戴维南即可。
第二道求等效电压，用等电位法以及加压求流法。
第三道利用电容的电流电压关系以及kcl，kvl
额，后面具体顺序记不清楚了。
有一道求含运放电路的时间常数，
还有一题用最大功率定理做。
还有考察电路串并联谐振以及向量法的，都为基础题。
还有求满足衰减振荡的二阶电路中某一参数的条件
最后一道填空题为对称三相电路，已知二瓦计法中2个功率表的读数，反求电路阻抗z
大题第一道为结点电压法计算复杂电阻网络、
第二道为含理想变压器的电路中求解最大功率问题
三道为非正玄电路求电路中电阻电容等参数，注意电路的谐振
四道为求一阶响应，是老题，貌似邱关源书后习题原题。
五道为拉氏变换求二阶电路响应
六道为小信号分析法。
总体计算难度都不大。
没有往年那种要死算的复数运算。
over。
半导体物理真题
第一章1、Si、GaAs半导体材料的导带底、价带顶分别在k空间什么位置？其晶体结构和解理面分别是什么？哪个是直接带隙，哪个是间接带隙？(2006)2、对于金刚石结构的硅Si和闪锌矿结构的砷化镓GaAs，在（111）晶面上，其原子面密度和面间距都是最大，为什么Si的解理面是（111），而GaAs不是？(2007)3、半导体材料的禁带宽度Eg、N型半导体杂质激活能△Ed以及亲和势X分别表示半导体电子的什么状态特性？（2009年简答题7分）4、与真空电子运动相比，半导体中电子的运动有何不同？（2009年简答题7分）（1-9题63分，每小题7分(2010)）Array 5、如图是一个半导体能带结构的E–k关系；1）哪个能带具有x方向更小的有效质量？2）考虑两个电子分别位于两个能带中的十字线处，哪个电子的速度更大些？6、写出硅(Si)和砷化镓(GaAs)的晶体结构、禁带宽度和解理面。
？（2011年简答题6分）第二章3、高阻的本征半导体材料和高阻的高度补偿的半导体材料的区别是什么？(2006)• 1 深能级杂质和浅能级杂质概念（西交大）•1以硅为例，举例说明掺入浅能级和深能级杂质的目的和作用？（西电）• 2.什么是浅能级杂质？什么是深能级杂质？列举出半导体硅中各一种杂质元素的例子。
半导体中掺入这些杂质分别起什么作用? (2011)• 11、定性画出N 型半导体样品，载流子浓度n 随温度变化的曲线（全温区），讨论各段的物理意义，并标出本征激发随温度的曲线。
设该样品的掺杂浓度为ND 。
比较两曲线，论述宽带隙半导体材料器件工作温度范围更宽。
(2006-20分)• ４、室温下，一N 型样品掺杂浓度为Nd ，全部电离。
当温度升高后，其费米能级如何变化？为什么？一本征半导体，其费米能级随温度升高如何变化？为什么？（2007）• 4、一块N 型半导体，随温度升高，载流子浓度如何变化？费米能级如何变化？（2009）• 7、定性说明掺杂半导体费米能级与掺杂浓度和温度的关系是怎样的？（2010）• 10、（20分）设某一种半导体材料室温下（300 K ）本征载流子浓度为1.0 × 1010cm−3，价带和导带有效状态密度N V = N C = 1019 cm−3， • 1） 求禁带宽度；• 2） 如果掺入施主杂质N D = 1016 cm−3，求300 K 下，热平衡下的电子和空穴浓度；• 3） 对于上面的样品，在又掺入N A = 2 × 1016 cm−3的受主杂质后，求新的热平衡电子和空穴浓度（300 K ）。
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共 10 页 第 1 页东 南 大 学 考 试 卷（卷）课程名称 半导体物理 考试学期 11-12-2得分适用专业 电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 1932.810c N cm -=⨯1931.110v N cm -=⨯，电子电量191.610e C -=⨯。
一、 填空题（每空1分，共35分）1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体 散射起主要作用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时，______________散射起主要作用。
2.非平衡载流子的复合率 ，t N 代表__________，t E 代表__________，当2i np n -为___________时，半导体存在净复合，当2i np n -_______时，半导体处于热平衡状态。
杂质能级位于___________位置时，为最有效复合中心，此杂质称为____________杂质。
3.纯净的硅半导体掺入浓度为17310/cm 的磷，当杂质电离时能产生导电________，此时杂质为_________杂质，相应的半导体为________型。
如果再掺入浓度为16310/cm 的硼，半导体是_______型。
假定有掺入浓度为15310/cm 的金，则金原子带电状态为__________。
4.当PN 结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然__________开始的现象称为击穿，击穿分为___________和___________。
温度升高时，________击穿的击穿电压阈值变大。
5. 当半导体中载流子浓度存在_________时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与_______成正比，比例系数称为_________；半导体存在电势差时，载流子将做 运动，其运动速度正比于 ，比例系数称为 。
6.GaAs 样品两端加电压使内部产生电场，在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小，这区域称为________________，这是由GaAs 的_____________结构决定的。
20()2t it i i N C np n U E E n p n ch k T -=⎛⎫-++ ⎪⎝⎭共 10 页 第 2 页7.n 型半导体导带极值在[110]轴上，那么共有________个导带底。
已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m ，横向有效质量为0.920m ，重空穴的质量0.490m ，轻空穴的质量为0.160m ，则硅的导带底电子的状态有效质量为__________，价带顶空穴的状态有效质量为__________，硅的沿x 方向的电导有效质量为_______________。
8.对于Si 、Ge 和GaAs ，_________适合制作高温器件，其原因是______________________ ________________________________________________________________________。
9.PN 结电容主要有_________电容和__________电容，正向偏压越大，_________电容的作用越重要。
对于点接触型二极管和面接触型二极管，__________________更适合高频电路使用。
二、 简要回答（1-3题8分，4题6分，共30分）1．下图分别是半导体材料Si 、Ge 、 GaAs 的能带结构示意图。
（1） 请指出图a 、图b 、 图c 分别对应何种材料，您判断的依据是什么？（2）在三幅图中，价带对于同一个K ，E(K)可以有两个值，表明对应两种有效质量不同的空穴，即重空穴和轻空穴。
试指出曲线1、2分别对应哪种空穴，依据是什么？2.（1）画出轻掺杂半导体和重掺杂半导体的迁移率与温度的关系，并解释之。
（2）n型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试解释为什么会出现这样的变化规律。
3.（1）画出实现反阻挡的金属——半导体欧姆接触后的能带图；（2）实际加工中在对半导体进行电互连时，将半导体的接触区进行重掺杂后在与金属连接，而不是直接用金—半欧姆接触进行电互连，试解释之。
4.举一关于异质结应用的例子，并说明异质结相比于同质结有哪些优点。
共10 页第3 页共 10 页 第 4 页三、 计算题（35分）1.（5分）在室温下，当反向偏压等于0.13eV 时，流过PN 结二极管的电流为5A μ。
计算当二极管正向偏置同样大小的电压时，流过二极管的电流为多少？2.（6分）掺磷的n 型硅，已知磷的电离能为0.044eV ，求室温下杂质一半电离时费米能级的位置和磷的浓度。
3.（6分）单晶硅中均匀地掺入两种杂质，掺硼1631.510cm -⨯，掺磷153510cm -⨯。
已知221350/,500/n p cm V s cm V s μμ==，计算：（1）载流子的浓度；（2）费米能级相对禁带中央的位置；（3）电导率。
4.（8分）稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子，产生率为g p，且无外场作用，在t=0时刻，撤去光照。
（1）求t<0时半导体载流子的浓度；（2）求t>0时半导体载流子的浓度。
已知22p p p ppp p d p pD p g t x dx xεμεμτ∂∂∂∆=---+∂∂∂5．（10分）若在掺有受主杂质N A的p型衬底上采用扩散工艺又掺入一层浓度为N D施主杂质，且N D>>N A，本征载流子浓度为n i。
求：（1）求接触电势差V D；（2）画出平衡时p-n结的能带图；（3）请问p区和n区哪边的势垒宽度宽，为什么？（4）分析说明外加正向偏置时，正向扩散电流的主要成分是电子电流还是空穴电流？（5）若外加正向电压为V f时，分别写出注入p区和n区的载流子浓度。
共10 页第5 页共 10 页 第 6 页东 南 大 学 考 试 卷（ 卷）课程名称 半导体物理 考试学期得分适用专业 电子科学与技术考试形式闭卷考试时间长度 120分钟室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==⨯ 1932.810c N cm -=⨯1931.110v N cm -=⨯，电子电量191.610e C -=⨯。
一． 填空（每空1分，共32分） 1. 半导体作为电子工程主角，具有可控性、___________________________和通道时延等特点。
在半导体中，决定载流子分布的两大基本法则为费米能级的调控作____________。
2．纯净半导体Si 中掺硼元素的杂质，当杂质电离时从Si 中夺取 ，在Si 晶体的共价键中产生了一个 ，这种杂质称 杂质。
3．p 型Ge 中掺入施主杂质，费米能级将____________(上升，下降或不变)。
若温度升高至本征激发起主导作用时费米能级所处位置为______________________。
4．n 型半导体硅导带极值在[110]轴上，则有________个导带底。
已知硅的导带电子纵向有效质量为0.1970m ，横向有效质量为0.920m ，重空穴的质量0.490m ，轻空穴的质量为0.160m ，则硅的价带顶空穴的状态有效质量为__________，当回旋共振试验中，磁场沿[100]方向时，测得共振吸收峰个数为_________。
5．半导体Si 属于 半导体（填“直接带隙”或“间接带隙”），砷化镓属于_________________半导体，直接带隙和间接带隙半导体的区别在于________________ ___________________________________________________________________________。
5．轻掺杂的目的是_____________________,深能级掺杂能起到_______________________的重要作用，而我们进行重掺杂主要是利用重掺杂的高电导性和______________的特点，尽管其可能给半导体器件带来不理想的结果，如_____________________________。
6．半导体中的载流子寿命不是取决于材料的基本性质，而是与半导体材料中的缺陷、___________或应力相关；在半导体材料中有一些缺陷能级，它们可以俘获载流子，并长时间把载流子束缚在这些能级上，这种现象称为_____________。
7．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是和______________。
前者在_______________________下起主要作用，后者在______________________________________下起主要作用。
8．改变半导体电导率最常见的方法是通过掺杂，除此之外还可以通过_________________、__________________________和__________________________等。
9.锗p-n结与硅p-n结的内建电势差V D相比，_____________内建电势差V D大，其原因是_____________________________________________________________。
10. p-n结的理想伏安特性与实际伏安特性的区别是________________________________ _______________________________，其原因是忽略了_____________________________和________________________________________________________。
11.爱因斯坦关系式___________________表征了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系。
二．简要回答（每题8分，共32分）1.（1）从能带论出发，简述半导体能带的基本特征；（2）利用能带论分析讨论为什么金属和半导体电导率具有不同的依赖性。
2.简述多能谷散射对半导体导电性的影响，举一例说明。
共10 页第7 页3.（1）试画出并解释载流子浓度随温度的变化关系，说明为什么高温下半导体器件无法工作；（2）试画出n型半导体的费米能级随温度变化规律，并解释之。
4.在半导体器件制造中，常遇到低掺杂半导体引线问题，一般采用在低掺杂上外延一层相同导电类型重掺杂半导体，请以金属—n+半导体—n为例，分别画出平衡时、正向偏置和反向偏置下的能带图，并说明其欧姆接触特性。
三．计算（共36分）10cm-的n型硅，室温下的功函数是多少？如果不考虑表面态的1．（8分）施主浓度为173影响，试画出它与金（Au）接触的能带图，并标出势垒高度和接触电势差的数值。