2015半导体物理器件期末考试试题全
《半导体物理学》试题与及答案
练习1-课后习题7
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
锑化铟的禁带宽度E g = 0.18 e V ，相对介电常数 εr = 17 ，电子的 有效质量mn∗ = 0.015 m0， m 0为电子的惯性质量，求 ⅰ）施主杂质的电离能， ⅱ）施主的弱束缚电子基态轨道半径。
解：
练习2
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
所以样品的电导率为： q(n0 n p0 p )
代入数据得，电导率为2.62 ×1013S/cm 所以，电场强度 E J 1.996103 mA / cm
作业-课后习题2
第四章 半导体的导电性
试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1450cm2/V·S 和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电 导率。比本征Si 的电导率增大了多少倍？（ni=1.5×1010cm-3; Si原子浓度为 =5.0×1022cm-3,假定掺杂后电子迁移率为900cm2/V·S)
m0为电子惯性质量，k1=1/2a; a=0.314nm。试求： （1）禁带宽度； （2）导带底电子有效质量； （3）价带顶电子有效质量； （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
练习2-课后习题2
第一章 半导体中的电子状态
2.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和107V/m 的电 场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
所以，300k时，
nT 300
(1.05 1019
5.7
1018 )
exp(
0.67 1.61019 21.381023 300)
1.961013cm3
77k时，
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。
半导体物理与器件考核试卷
B.硅化
C.硼化
D.镍化
17.在半导体工艺中，以下哪些步骤属于前道工艺？（）
A.光刻
B.蚀刻
C.离子注入
D.镀膜
18.以下哪些材料常用于半导体器件的互连？（）
A.铝
B.铜导线
C.镓
D.硅
19.在半导体物理中，以下哪些现象与载流子的复合有关？（）
A.发射
B.复合
C.陷阱
D.所有上述现象
20.以下哪些因素会影响半导体激光器的阈值电流？（）
半导体物理与器件考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，主要因为其（）
C. Nitrogen（氮的）
D. Excess electrons（过剩电子）
5. P-N结在反向偏置时，其内部的电场强度（）
A.减小
B.增大
C.消失
D.不变
6.以下哪个不是太阳能电池的工作原理？（）
A.光电效应
B.热电效应
C.光生伏特效应
D.量子效应
7.在MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）中，MOS电容的C-V特性曲线中，积累区对应于（）
18. A, B
19. D
20. D
三、填空题
1.禁带
2.电子
3.降低
4.金属-氧化物-半导体
5.温度
6.栅氧化层质量
7.紫外光
8.能级
9.玻尔兹曼分布
10.温度
半导体物理试题及答案
半导体物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，这是由于（）。
A. 半导体的原子结构B. 半导体的电子结构C. 半导体的能带结构D. 半导体的晶格结构答案：C2. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带需要（）。
A. 吸收能量B. 释放能量C. 吸收光子D. 释放光子答案：A3. PN结形成的基础是（）。
A. 杂质掺杂B. 温度变化C. 压力变化D. 磁场变化答案：A4. 半导体器件中的载流子主要是指（）。
A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 光子答案：C5. 半导体的掺杂浓度越高，其导电性能（）。
A. 越好B. 越差C. 不变D. 先变好再变差答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体的导电性能可以通过改变其________来调节。
答案：掺杂浓度2. 半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为________。
答案：带隙3. 在半导体中，电子和空穴的复合现象称为________。
答案：复合4. 半导体器件中的二极管具有单向导电性，其导通方向是从________到________。
答案：阳极阴极5. 半导体的PN结在外加正向电压时，其内部电场会________。
答案：减弱三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述半导体的掺杂原理。
答案：半导体的掺杂原理是指通过向半导体材料中掺入少量的杂质元素，改变其电子结构，从而调节其导电性能。
掺入的杂质元素可以是施主杂质（如磷、砷等），它们会向半导体中引入额外的电子，形成N型半导体；也可以是受主杂质（如硼、铝等），它们会在半导体中形成空穴，形成P型半导体。
2. 描述PN结的工作原理。
答案：PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的结构。
在PN结中，P型半导体的空穴会向N型半导体扩散，而N型半导体的电子会向P型半导体扩散。
由于扩散作用，会在PN结的交界面形成一个内建电场，该电场会阻止更多的载流子通过PN结。
半导体器件物理与工艺期末考试题
半导体器件物理与工艺期末考试题一、简答题1.什么是半导体器件？半导体器件是利用半导体材料的电子特性来实现电流的控制与放大的电子元件。
常见的半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管等。
2.请简述PN结的工作原理。
PN结是由P型半导体和N型半导体连接而成的结构。
当外加正向偏置时，P端为正极，N端为负极，电子从N端向P端扩散，空穴从P 端向N端扩散，形成扩散电流；当外加反向偏置时，P端为负极，N端为正极，由于能带反向弯曲，形成电势垒，电子与空穴受到电势垒的阻拦，电流几乎为零。
3.简述晶体管的工作原理。
晶体管是一种三极管，由一块绝缘体将N型和P型半导体连接而成。
晶体管分为三个区域：基区、发射区和集电区。
在正常工作状态下，当基极与发射极之间施加一定电压时，发射极注入的电子会受到基区电流的控制，通过基区电流的调节，可以控制从集电区流出的电流，实现电流的放大作用。
4.请简述场效应管的工作原理。
场效应管是利用电场的作用来控制电流的一种半导体器件。
根据电场的不同作用方式，场效应管分为增强型和耗尽型两种。
在增强型场效应管中，通过控制栅极电压，可以调节漏极与源极之间的通导能力，实现电流的控制与放大。
5.简述MOSFET的结构和工作原理。
MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）是一种常用的场效应管。
它由金属栅极、氧化物层和P型或N型半导体构成。
MOSFET的工作原理是通过改变栅极电势来控制氧化物层下方的沟道区域的电阻，从而控制漏极与源极之间的电流。
6.什么是集电极电流放大系数？集电极电流放大系数（β）是指集电区电流（Ic）与发射区电流（Ie）之间的比值。
在晶体管中，β值越大，表示电流放大效果越好。
7.简述三极管的放大作用。
三极管作为一种电子元件，具有电流放大的功能。
通过控制基区电流，可以影响发射极与集电极之间的电流，从而实现电流的放大作用。
二、计算题1.已知一个PN结的硅材料的势垒高度为0.7V，求该PN结的电势垒宽度。
半导体物理期末试卷(含部分答案
半导体物理期末试卷(含部分答案半导体物理,考试,复习,试卷一、填空题1．纯净半导体Si中掺错误！未找到引用源。
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．nopo=ni2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nopo改变否？不变；当温度变化时，nopo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n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EF和EC的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么EC EF 2k0T为非简并条件；0 EC EF 2k0T为弱简并条件；EC EF 010．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）。
11．指出下图各表示的是什么类型半导体？12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn与温度的-3/2 次方成正比13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的载流子的浓度梯度。
半导体物理期末试卷四参考答案
半导体物理试卷四参考答案及评分标准一、选择题（每小题1分，共15分）二、填空题（每空1分，共10分）1. p A ；N A − p A2. 1/e3. N i T −32⁄4. 1qN D μn ⁄5. r n n (N t −n t )；r p pn t6. qN D ；−qN A7. d 2V (x )d 2x =−qN D εr ε0⁄⁄三、简答题（每小题6分，共30分）1. 从实际硅晶体角度和能带角度说明，什么叫本征激发？产生本征激发所需的能量必须符合什么条件？ 参考答案：从实际硅晶体角度来说，本征激发就是共价键上的电子被激发成为自由电子的过程。
（2分）从能带角度来说，本征激发就是价带电子被激发成为导带电子的过程。
（2分） 产生本征激发所需的能量必须大于等于带隙宽度。
（2分）2. 以n 型半导体为例，与非简并半导体相比较，简述简并半导体及其特征，包括杂质浓度、费米能级位置、导带中电子服从的统计分布、杂质电离情况、杂质电离能和禁带宽度变化。
参考答案：简并半导体杂质浓度更大。
费米能级与导带底重合甚至进入导带。
导带中电子服从费米分布。
室温情况下杂质不能充分电离。
杂质电离能和禁带宽度都减小。
会出现杂质带导电。
（每要点1分）3. 简述最有效复合中心的特点及其对非平衡载流子寿命的影响。
若有杂质元素硼、铝、磷、砷、金、铜可供选择，在制造硅光电开关器件时，需选择哪些元素进行掺杂，并简要说明原因。
参考答案：最有效复合中心对电子和空穴的俘获系数相等（1分）。
能级位置接近禁带中线（1分）。
最有效复合中心的存在将缩短非平衡载流子寿命（1分）。
在制造硅光电开关器件时，通常选取金、铜进行掺杂，因为它们在硅的禁带中引入深能级，而其它杂质如硼、铝、磷、砷在禁带中产生浅能级（3分）。
4. 简述平衡p -n 结有哪些特征？参考答案：平衡p-n 结特征：流过p-n 结的净电流为零(1分)；这时空间电荷的数量一定(1分)；空间电荷区的厚度一定(1分)；内建电场大小一定(1分)；势垒高度一定(1分)；有统一的费米能级(1分)。
2015半导体物理器件期末考试试题(全)
半导体物理器件原理（期末试题大纲）指导老师: 陈建萍一、简答题（共6题, 每题4分）。
代表试卷已出的题目1、耗尽区: 半导体内部净正电荷与净负电荷区域, 因为它不存在任何可动的电荷, 为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。
2、势垒电容: 由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应, 即反偏Fpn结的电容。
3、Pn结击穿：在特定的反偏电压下, 反偏电流迅速增大的现象。
4、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低, 且在结两边都能形成电流的接触。
5、饱和电压: 栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。
6、阈值电压: 达到阈值反型点所需的栅压。
7、基区宽度调制效应：随C-E结电压或C-B结电压的变化, 中性基区宽度的变化。
8、截止频率: 共发射极电流增益的幅值为1时的频率。
9、厄利效应: 基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象）10、隧道效应: 粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。
11、爱因斯坦关系: 扩散系数和迁移率的关系:12、扩散电容: 正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。
13、空间电荷区: 冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。
14、单边突变结: 冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。
15、界面态: 氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。
16、平带电压: 平带条件发生时所加的栅压, 此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。
17、阈值反型点: 反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。
18、表面散射: 当载流子在源极和源漏极漂移时, 氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。
19、雪崩击穿: 由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大, 称为雪崩击穿。
20、内建电场: n区和p区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场, 方向由正电荷区指向负电荷区, 就是由n区指向p区。
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半导体物理器件原理（期末试题大纲）
指导老师：陈建萍
一、简答题（共6题，每题4分）。
代表试卷已出的题目
1、耗尽区：半导体内部净正电荷与净负电荷区域，因为它不存在任何可动的电荷，为耗尽区（空间电荷区的另一种称呼）。
2、势垒电容：由于耗尽区内的正负电荷在空间上分离而具有的电容充放电效应，即反偏Fpn结的电容。
3、Pn结击穿：在特定的反偏电压下，反偏电流迅速增大的现象。
、欧姆接触：金属半导体接触电阻很低，且在结两边都能形成电流
的接触。
5、饱和电压：栅结耗尽层在漏端刚好夹断时所加的漏源电压。
6、阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。
7、基区宽度调制效应：随C-E结电压或C-B结电压的变化，中性基
区宽度的变化。
8、截止频率：共发射极电流增益的幅值为1时的频率。
9、厄利效应：基带宽度调制的另一种称呼（晶体管有效基区宽度随集电结偏置电压的变化而变化的一种现象）
10、隧道效应：粒子穿透薄层势垒的量子力学现象。
11、爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系：
12、扩散电容：正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。
13、空间电荷区：冶金结两侧由于n区内施主电离和p区内受主电离
而形成的带净正电荷与净负电荷的区域。
14、单边突变结：冶金结的一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。
15、界面态：氧化层--半导体界面处禁带宽度中允许的电子能态。
16、平带电压：平带条件发生时所加的栅压，此时在氧化层下面的半导体中没有空间电荷区。
17、阈值反型点：反型电荷密度等于掺杂浓度时的情形。
18、表面散射：当载流子在源极和源漏极漂移时，氧化层--半导体界面处载流子的电场吸引作用和库伦排斥作用。
19、雪崩击穿：由雪崩倍增效应引起的反向电流的急剧增大，称为雪崩击穿。
20、内建电场：n区和p区的净正电荷和负电荷在冶金结附近感生出的电场叫内建电场，方向由正电荷区指向负电荷区，就是由n区指向p区。
21、齐纳击穿：在重掺杂pn结内，反偏条件下结两侧的导带与价带离得非常近，以至于电子可以由p区的价带直接隧穿到n区的导带的现象。
22、大注入效应：大注入下，晶体管内产生三种物理现象，既三个效应，分别称为：（1）基区电导调制效应；（2）有效基区扩展效应；
(3)发射结电流集边效应。
它们都将造成晶体管电流放大系数的下降。
这里将它们统称为大注入效应。
23、电流集边效应：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压
降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。
24、基区运输因子：共基极电流增益中的一个系数，体现了中性基区中载流子的复合（后面问答题出现了）
25、表面电场效应：半导体中的电导被垂直于半导体表面电场调制的现象。
26、肖特基势垒场效应：当半导体加正向偏压时，半导体—金属势垒高度增大，无电荷流动，形成反偏；在金属上加正向偏压时，半导—金属势垒高度减小，电子从半导体流向金属，形成正偏。
27、发射效率：有效注入电流占发射极总电流的比例。
（后面的问答
题出现了）
28、反型层：绝缘层和衬底界面上出现与衬底中多数载流子极性相反的电荷，称为反型层。
29、辐射复合：根据能量守恒原则，电子与空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合成为辐射复合。
30、光生伏特效应：指光照使不均匀半导体或者半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
二、画图题。
1、画出零偏、反偏、正偏状态下pn结的能带图
2、画出堆积、平带、耗尽、本征及反型状态下，MOS电容器的能带图，以P/N型，Si为衬底
3、画出平衡状态下金属与P/N型半导体接触图，其中Wm<Ws/Wm>Ws,并说明属于何种接触。
4、画出PN结的实际I-V特性图，并说明其与理想情况的区别。
5、画出共源N沟道MOSFET的小信号等效电路，并解释每个电容的物理来源。
参数Cds为漏-衬底Pn结电容，参数Cgst、Cgdt为总栅源电容和总栅漏电容。
三、问答题。
1、空间电荷区宽度与反偏电压的函数关系是什么？为什么空间电荷区宽度随着反偏电压的增大而增大？
原因：在给定的杂质掺杂浓度条件下，耗尽区内的正负电荷要想增加，空间电荷区的宽度W就必须增大，因此，空间电荷区随着外加反偏电压Vr的增加而展宽。
2、pn结处于正向偏置和反向偏置下，说明其少数载流子的运动规律。
答：pn结处于正向偏置下，电子向p区扩散，空穴向n区扩散（少子注入）；非平衡少子边扩散边与多子复合，并在扩散长度处基本被全部复合。
Pn结处于反向偏置下，空间电荷区及其边界少子浓度低于平衡值，扩散长度范围内少子向xm内扩散，并在电场作用下漂移进对方电极形成漂移电流。
3、详细说明肖特基二极管与普通二极管的区别。
答：1. I-V关系式形式相同，由于电流输运机制不同，肖特基二极管的电流要比pn结大几个数量级。
2. 相应的肖特基二极管的导通压降也比较低。
3. 因为肖特基二极管是单极性器件，只有多子，少子很少，可认为无少子存储电荷，高频特性好，开关时间短，一般在ps数量级。
pn结开关时间在ns数量级。
4、阈值电压的定义，并解释什么是阈值电压的表面势？
答：阈值电压：达到阈值反型点所需的栅压。
阈值反型点为对于P 型器件当表面势φs=2φfp时或对于n型器件当表面势φs=2φfn时的期间状态。
阈值电压的表面势：它是体内EFi与表面EFi的势垒高度。
5、说明MOS电容器中反型层电荷的产生过程。
6、写出实际MOS阈值电压表达式并说明试中各项的物理意义。
式中第一项是为消除半导体和金属的功函数差的影响，所需要的平带电压；第二项是为了消除绝缘层中正电荷的影响，所需要的平带电压；第三项是当半导体表面开始出现强反型时，半导体空间电荷区中的电荷BQ与金属电极的相应电荷在绝缘层上所产生的电压降，亦即支撑出现强反型时所需要的体电荷BQ所需要的外加电压；第四项是，开始出现强反型层时，半导体表面所需的表面势，也就是跨在空间电荷区上的电压降。