《半导体物理与器件》习题库

《半导体物理与器件》习题库

目录

《半导体物理与器件》习题库 (1)

第1章思考题和习题 (2)

第2章思考题和习题 (3)

第3章思考题和习题 (6)

第4章思考题和习题 (10)

第5章半导体器件制备技术 (12)

第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)

第1章思考题和习题

1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？

2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。

3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。

4. 以硅为例，简述半导体能带的形成过程。

5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。

6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。

7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：

（a）计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。

（b） 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s，计算本征硅的电阻率是多少？

8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。

9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。

10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。

11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：

（a）光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子，是否为小注

入？为什么？

（b）附加光电导率△σ为多少？

（c）画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。

（d）画出平衡下的能带图，标出E C、E V、E FP、E i能级的位置，在此基础上再画出光注入时，E FP’和E FN’，并说明偏离E FP的程度是不同的。

12. 室温下施主杂质浓度N D=4×1015 cm-3的N型半导体，测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s，μp=400 cm2/V·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？

第2章思考题和习题

1．简述ＰＮ结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。

2．画出平衡ＰＮ结，正向ＰＮ结与反向ＰＮ结的能带图，并进行比较。

3．如图２-６９所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。

4．仍如图２-６９为例试分析PN结加反向偏压时，电子与空穴在５个区域中的运动情况。

5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及少子浓度分布式，并给予比较。

6. 用平衡PN结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差U D表达式。

7．简述正反向PN结的电流转换和传输机理。

8．何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。

9．写出正、反向电流_电压关系表达式，画出PN结的伏安特性曲线，并解释pN结的整流特性特性。

10．推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。

11．推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。

12．什么叫PN结的击穿与击穿电压，简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。

13．如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？

14．如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？

15．如何减小PN结的表面漏电流？

16．什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容？

17．什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？提高二极管开关速度的途径有哪些？

18．以N 型硅片为衬底扩硼制备PN 结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度N D =1×1015/cm 3，在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩

散系数D=1.5×10-12cm 2/s ，扩散时间t=30min ，扩散结深X j =2.7μm 。试求：①扩散层表面杂质浓度N s ？②结深处的浓度梯度a j ？③接触电

势差U D ？

19. 有两个硅PN 结，其中一个结的杂质浓度cm

N D 315105−⨯=,cm N A 317105−⨯=;另一个结的cm N D 319105−⨯=，cm N A 3

17105−⨯=，求室温下两个PN 结的接触电动势差。并解释为什么杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。

20. 计算一硅PN 结在300K 时的内建电场，cm N A 31810−=，cm N D 3

1510−=。

21. 已知硅PN 结：,10,105316316cm N cm N D A −−=⨯=cm D n 221=，

s cm D P 210=，,1057s n P −⨯==ττ截面积cm A 24102−⨯=，求 ①理想饱和电流J 0？

②外加正向电压为V 5.0时的正向电流密度J ？

③电子电流与空穴电流的比值？并给以解释。

22. 仍以上题的条件为例，假设,τττp n g ==计算V 4反向偏压时的产

生电流密度。

23.最大电场强度（T=300K ）？求反型电压300V 时的最大电场强度。

24. 对于一个浓度梯度为cm 42010−的硅线性缓变结，耗尽层宽度为

m μ5.0。计算最大电场强度和结的总电压降。