半导体器件物理考试试卷

一．概念题
1.稳态：系统（半导体）能量处于最低，且各物理量如温度、载流子浓度等不随时间变化，则可称其处于稳态。

2.肖特基势垒：即Schottky Barrier，指一具有大的势垒高度（即势垒>>kT），以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属-半导体接触。

3.受激辐射：指处于激发态的半导体在一能量为hν的入射光照射下导带上的电子与价带上的空穴复合，发出与入射光具有相同能量、相位以及方向的光的过程。

4.自发辐射：指处于激发态的半导体，不需要外来的激发，导带中电子就与价带中的空穴复合，发出光子能量等于电子和空穴复合前所处能级能级差的光的过程。

5.非平衡状态：指系统（半导体）由于受光照、电注入等原因载流子浓度、电流密度等物理量不再稳定而随时间变化，变化最终达到稳定的状态。

6.对于共射组态双极型晶体管，理想情况下，当I b固定且V ec>0时，I c是不随变化的。

但实际上当V ec变化时，集电区空间电荷区宽度会随之变化，导致基区中载流子浓度随之变化，从而Ic随之变化。

具体表现为I c随V ec增加而增大，这种电流变化称为厄雷效应。

7.热电子：半导体中的电子可以吸收一定的能量（如光照射、电注入等）而被激发到更高的能级上，这些被激发到更高能级上的电子就称为热电子。

8.空穴：近满带中一些空的量子态被称为空穴。

由于电子的流动会导致这些空的量子态也流动，从而从其效果上可以把它当作一带有正单位电荷的与电子类似的载流子。

9.直接复合和间接复合：半导体的热平衡状态由于超量载流子的导入而被破坏时，会出现一些使系统回复平衡的机制称为复合。

在复合过程中，若电子从导带跃迁回价带过程中其动量不发生变化（即k不变）则称为直接复合，若其动量发生变化则称为间接复合。

二．问答题
1.什么是欧姆接触：当一金属-半导体接触的接触电阻相对于半导体的主体电阻或串联电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触。

降低接触电阻我们可以采取以下两个措施：（1）减小势垒高度。

即对于n型半导体，采用功函数小的金属；对于p型半导体，采用功函数大的金属。

（2）利用隧穿效应，提高隧穿电流，减小接触电阻，做法为提高掺杂浓度。

2.激光器激射的条件：（1）分布反转。

为了使受激辐射大于吸收，应当使得两准费米能级之间的载流子分布反转，即E fp到Ec之间为空状态，Ev到E fp之间都被电子填满。

（2）谐振腔。

为了能够得到单一频率和相位的激光，谐振腔结构是必备的。

（3）使增益至少等于损耗，即电流至少大于阈值电流。

辐射在谐振腔内来回反射时，由于缺陷散射、端面透射等原因会有能量损耗，为了使激光能够出射，必须使增益至少等于损耗。

三．论述题
1.pn结的单向导通性：（1）p型区的多子为空穴，少子为电子；n型区的多子为电子，少子为空穴。

当它们结合在一起时，由于载流子之间的浓度差会引起载流子的扩散，而扩散又导致了电场的出现，具体过程如下。

开始时，空穴由p型区跨过接触面扩散到n型区，并与n型区中的自由电子相遇而复合；而电子则由n型区扩过接触面扩散到p型区，并与p型区中的空穴相遇而复合。

这样，就在紧靠接触面区域的p侧留下带负电荷的受主离子，在n侧留下带正电荷的施主离子，且这两侧的正负离子电荷相等。

这样就产生了由n区指向p区的电场。

这个电场将阻止上述扩散的进行，同时它又使得n区中少子空穴漂移到p 区，p区中的少子电子漂移到n区。

随着上述多子扩散运动的进行，紧靠在接触面两侧的离子电荷量增多，电场增大，结果就是多子扩散减弱，少子漂移增强，最终二者达到动态平衡。

（2）外加电压时。

当外加正向电压，即p区电势高于n区电势时，外加的电场使得内建电场减弱了，打破了之前的平衡状态，使得多子扩散作用大于少子漂移作用，由于扩散的是多子，因此pn结中有较大的电流流过；当外加反向电压时，外加电场于内建电场同向，使得少子漂移作用大于多子的扩散作用，但因为少子浓度相对多子来说是很小的，因此pn结只有很小的反向电流流过。

从而pn结具有单向导通性。

3.发射区重掺，基区轻掺，小的基区宽度。

从共射组态放大系数β入手。

4. MES具有与MOS相似的电流电压特性。

然而在器件的删电极部分，MES利用金属-半导体的整流接触取代了MOSFET的MOS结构；另外，在源极与漏极部分，MESFET以欧姆接触取代MOSFET中的p-n结。

5．异质结应用：（1）异质结双极型晶体管（HBT）。

发射区采用宽Eg的材料，可以使得Nb>>Ne，从而可以保证在集电区重掺杂的情况下保证放大系数，这样空间电荷区宽度可以进一步减小，如此也减小了厄雷效应和基区渡越时间，器件的性能得以提升。

（2）调制掺杂场效应晶体管（MODFET），也叫异质结场效应管（HFET）。

如图的结构。

其明显地提高器件的速度。

其改进结构如下。

（3）异质结发光二极管。

利用异质结可以提高效率。

在复合区外用Eg较大的材料包围，可以对载流子起到很好的约束作用。

（4）异质结激光器，如DFB，量子阱激光等。

例如量子阱激光。

其导带和价带的态密度有抛物线被替换成阶梯状，因此有一群近乎相同能量的电子与一群近乎相同能量的空穴复合，使得激光器具有阈值电流减小、输出功率提高，速度得到提升等优点。

此外还有多重量子阱、分隔约束异质结构多重量子阱、渐变折射率分隔约束异质结构等，都可以有效地约束载流子即光场。

（5）异质结光电二极管。

在较小Eg的半导体上淀积一层较大Eg的材料形成。

优点是量子效率与结至表面距离的关系不明显。

此外还可以根据材料的组合，使得特定波长的光信号可以有最理想的量子效率和响应速度。

（6）在APD中的应用。

若材料的离化率之比趋近于1，可以采用如下的异质结构来使得α与β偏离，过剩噪声因子降低。

四．推导题
1.电流密度Jn=0推知Efn不变，Jp=0推知Efp不变。

2.吸收系数、空间电荷区宽度以及结至表面的距离。

……。