广东工业大学半导体物理试卷
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(10310-⨯cm
广东工业大学考试试卷
课程名称: 考试时间题 号 一
评卷得分 评卷签名
复核得分 复核签名
一、（20分）名词解释（每题布喇菲格子，离子晶体，费仑克尔缺陷，施主能级，间接复合。
二、（10分）硅晶体为金刚石结构，晶格常数为位面积上的原子数。
三、（10分）已知一维晶体的电子能带可以写成 )(2
2a m h k E o =其中a 为晶格常数。
求能带的宽度。
四、（10分）晶格常数为场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
五、（10分）设E 计算电子占据该能级的概率。
由此可以计算出单位面积上的原子数为
四、晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，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。
[解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk
=q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk
∴t=⎰t dt 0
=
⎰a qE h 21
dk =a qE h 21
代入数据得：
1、金刚石型结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。
2、闪锌矿型结构：闪锌矿型结构的晶胞，它是由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
3、有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场
的作用。
有效质量表达式为： 4、迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。
迁移率的表达式为：μ=q τ/m* 。
可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。
5、施主能级：通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被子施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。
9、受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。
6、费米面：将自由电子的能量E 等于费米能级Ef 的等能面称为费米面。
7、点缺陷：是最简单的晶体缺陷，它是在 结点上 或 邻近的微观区域内 偏离晶体结构的正常排列 的一种缺陷。
包括：间隙原子和空位是成对出现的弗仓克耳缺陷 和只在晶体内形成空位而无间隙原子的肖特基缺陷。
8、状态密度：就是在能带中能量E 附近每单位能量间隔内的量子态数。
11、空穴：在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。
12、费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。
费米分布函数为： 13、载流子的漂移：在外加电压时，导体或半导体内的载流子受电场力的作2
22*dk E
d h m n =dE
dZ
E g =)(T
k E E F
e E
f 011
)(-+=
用，做定向运动。
14、本征载流子：就是本征半导体中的载流子（电子和空穴），即不是由掺杂所产生出来的。
15、热载流子：比零电场下的载流子具有更高平均动能的载流子。
16、爱因斯坦关系：对电子D n/μn =k0T/q 对空穴D p/μp =k0T/q它表明非简并情况下载流子的迁移率和扩散系数之间的关系。
17、陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。
18、回旋共振：一些物质如半导体中的载流子在一定的恒定磁场和高频磁场同时作用
10、直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合
下会发生抗磁共振。
19、间接复合：导带中的电子通过禁带的复合中心能级与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为间接复合。
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．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）。
广东工业大学半导体物理试卷(精)
⨯1010(cm-3)1、金刚石型结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。
2、闪锌矿型结构：闪锌矿型结构的晶胞，它是由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
3、有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场h2*的作用。
有效质量表达式为： mn=2dEdk24、迁移率：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。
迁移率的表达式为：μ=qτ/m* 。
可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。
5、施主能级：通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被子施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。
9、受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。
6、费米面：将自由电子的能量E等于费米能级Ef的等能面称为费米面。
7、点缺陷：是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。
包括：间隙原子和空位是成对出现的弗仓克耳缺陷和只在晶体内形成空位而无间隙原子的肖特基缺陷。
8、状态密度：就是在能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
g(E)=dZdE11、空穴：在电子挣脱价键的束缚成为自由电子，其价键中所留下来的空位。
12、费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。
费米分布函数为：f(E)=11+eE-EFk0T13、载流子的漂移：在外加电压时，导体或半导体内的载流子受电场力的作用，做定向运动。
14、本征载流子：就是本征半导体中的载流子（电子和空穴），即不是由掺杂所产生出来的。
15、热载流子：比零电场下的载流子具有更高平均动能的载流子。
广工 半导体物理与器件总复习2
半导体物理与器件复习2
复习内容
一、 基本概念
1 突变结，线性缓变结，单边突变结
突变结
线性缓变结
杂质分布 x<0, N(x)=NA x>0, N(x)=ND
N(x)= ax 0
单边突变结 线性缓变结 （耗尽近似）
eNd
-xp x
n
p+n结
pn+结
2. 空间耗尽区，耗尽层近似：
耗尽近似是对实际电荷分布 的理想近似，包含两个含义：
K s 0 A C W
4.二极管的存贮延迟时间和反向恢复时间及其物理根源 存贮延迟时间和反向恢复时间的定义？ 物理根源：正偏时，电子从n区注入到p区，空穴从p区注 入到 n区，在耗尽层边界有少子的积累。导致p-n结内有 等量的过剩电子和空穴-电荷的存储。突然反向时，这些存 储电荷不能立即去除，消除存储的电荷有两种途径：复合 和漂移。都需要经过一定时间ts, p-n结才能达到反偏状态。
Dn n p 0 Ln
Dp pn 0 LP
）
（4）pn结定律
qVA pn n e k0T
2 i
势垒电容C j：形成空间电荷区的电荷随外加电压变化
扩散电容Cd：p-n结两边扩散区中，当加正向偏压时，有少子
的注入，并积累电荷，它也随外 电压而变化.扩散区的电荷数 量随外加电 压的变化所产生的电容效应。
金属和p型半导体接触
Φm < Φ s
Φm Φs
Φm > Φs
Φs Φs
B E g m
1 Vbi B ( EF EV ) FB q
第十四章 习题14.3 判断MS接触的类型
二 画图题
1. 平衡态时pn结，nn结，pp结的能带图
《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
广东工业大学半导体物理试卷
F 0 广东工业大学考试试卷 ( B )课程名称:半导体物理学试卷总分值 分考试时间: 2022 年 1 月 3 日 (第 18 周 星期 四 )题 号一二三四五六七八九十总分评卷得分评卷签名复核得分复核签名一、名词解释〔每题 4 分〕晶面指数，分子晶体，肖脱基缺陷，受主能级，直接复合。
二、〔10 分〕硅晶体为金刚石构造，晶格常数为 5.43Å，计算〔111〕面内单位面积上的原子数。
三、〔10 分〕一维晶体的电子能带可以写成E (k ) = h 2 (7- cos 2πka + 1cos 6πka )m a 2 88 o其中 a 为晶格常数。
求带顶和带底电子的有效质量。
四、〔10 分〕晶格常数为 0.2nm 的一维晶格，当外加 103V/m ，106V/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。
五、〔10 分〕设 E －E 分别为 3k T ，分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。
DE 六、〔10 分〕室温时锗的本征载流子浓度n = 2.1⨯ 1013 cm -3i，均匀掺杂百万分之一的硼原子后，又均匀掺入 1.442×1017cm -3 的砷，计算掺杂锗室温时的多子浓度和少子浓度以及 E F 的位置。
七、〔10 分〕求室温下硅的电阻率。
八、〔10 分〕掺有 1.1×1016 cm -3 硼原子和 9×1015 cm -3 磷原子的 Si 样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。
九、〔10 分〕掺杂施主浓度为 N = 1016 cm -3 的 n 型硅，室温下光稳 定照耀产生非平衡载流子浓度为 ∆n = ∆p = 1014 cm -3 ，光照突然撤销后，经过20μ s ，假设非平衡空穴准费米能级 P 的能级位置偏F离平衡态时费米能级为 0.2eV ，求 n 型硅材料的寿命。
半导体物理试卷 B 解答一、名词解释：（1） 晶面指数：布拉格点阵可以看作一系列分布在相互平行的平面上的格 点组成, 这些平行平面称为晶面. 以原胞为基矢来描述晶面取向的一组互质整数称为晶面指数。
半导体物理试卷解答
物理学院《半导体物理》试卷一、名词解释（3’Ｘ10）1空穴：价带顶电子激发到导带底后带顶附近出现的空的量子态称为空穴。
波矢k态未被电子占据时，其它所有价带电子的导电行为，等效于一个带正电荷e，具有正有效质量m p 的准粒子的导电行为。
2间接带隙半导体：导带底与价带顶在不同k方向。
或间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在k空间中不同位置。
3. 施主杂质、施主能级：解：施主杂质：Ⅴ族原子向晶体提供多余不配对电子（电子可动），并同时成为带正电离子（不可动正电中心）的杂质。
或是在硅中掺入V族元素杂质（如磷P，砷As，锑Sb等）后，这些V族杂质替代了一部分硅原子的位置，但由于它们的外层有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子，这样一个V族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，把这种杂质称为施主杂质；若在硅中掺入III族元素杂质，（如硼B，铝Al，镓Ga，铟In等），这些III族杂质原子在晶体中替代了一部分硅原子的位置，由于它们的最外层只有3个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，这样一个III族杂质原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，把这种杂质称为受主杂质。
4缺陷能级杂质能级解：实际半导体材料晶格中，存在着偏离理想情况的各种现象。
(1) 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；(2)半导体材料并不是纯净的，而且含有若干杂质，即在半导体晶格存在着与组成半导体材料的元素不同的其它化学元素的原子；(3)实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷。
（a）点缺陷，如空位，间隙原子；（b）线缺陷，如位错；（c）面缺陷，如层错，多晶体中的晶粒间界等。
由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期性排列的原于所产生的周期性势场受到破坏，有可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态（即能级）--------杂质能级、缺陷能级。
半导体物理基础与器件原理考核试卷
4. 二极管的主要参数包括正向电压和________。
答案：
5. 晶体管的工作状态包括________、饱和和截止。
答案：
6. 场效应晶体管（FET）的输入阻抗比双极型晶体管（BJT）的输入阻抗________。
答案：
7. LED的发光颜色取决于其材料的________。
答案：
8. 太阳能电池的转换效率受到________、材料类型和环境温度等因素的影响。
3. BJT基于电子和空穴的复合与扩散，FET基于电场控制载流子流动。BJT适用于模拟放大，FET适用于数字开关和模拟放大，FET输入阻抗高，开关速度快。
4. 太阳能电池通过光生伏特效应将光能转换为电能。效率受材料类型、表面纹理、环境温度影响。提高效率可通过优化材料、设计表面纹理、使用太阳能跟踪系统等。
11. BD
12. ABCD
13. ABC
14. ABC
15. ABCD
16. ABCD
17. ABC
18. ABCD
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1. 本征
2. 掺杂浓度、温度
3. 反向；正向
4. 反向饱和电流
5. 放大
6. 高
7. 禁带宽度
8. 材料类型、结构设计
9. 光刻胶
10. 与
A. FET有一个栅极，BJT没有
B. BJT有一个基极，FET没有
C. FET的源极和漏极可以互换，BJT不行
D. BJT使用PN结，FET使用金属-半导体结
13. 在MOSFET中，当栅极电压低于阈值电压时，器件处于（ ）状态。
A. 导通
B. 截止
C. 饱和
D. 反向导通
半导体物理期末试卷
半导体期末试题可能用到的物理常数：电子电量q=1.602×10-19C，真空介电常数ε0=8.854×10-12F/m，室温（300K）的，SiO2相对介电常数=3.9，N C=2.8×1019cm-3，300K时，n i(GaAs)=1.1×107cm-3.一、多选题:在括号中填入正确答案（共30分，共19题，每空1分）受主是能增加（B）浓度的杂质原子，施主是能增加（A）浓度的杂质原子，A、电子B、空穴2.如果杂质在化合物半导体中既能作施主又能作受主的作用，则这种杂质称为（ B ）。
A、受主B、两性杂质C、施主3.对于掺杂浓度为N D的非简并半导体，0 K下，其电子浓度=（ D ）；在低温下，其电子浓度=（ B ）；在高温本征温度下，其电子浓度=（ C ）；A、N DB、n D+C、n iD、04.对于宽带隙的半导体，激发电子从价带进入导带需要更（A ）的能量，本征温度区的起始温度更（ A ）。
A、高 B. 低5.在一定温度下，非简并半导体的平衡载流子浓度的乘积（C）本征载流子浓度的平方。
该关系（ D ）于本征半导体，（ D ）于非本征半导体。
A、大于B、小于C、等于D、适用E、不适用6.电子是（A），其有效质量为（D）；空穴是（B），其有效质量为（C）。
A、粒子B、准粒子C、负D、正E、07. p型半导体中的非平衡载流子特指（C ），其空穴的准费米能级（I ）电子的准费米能级。
A、n0B、p0C、ΔnD、ΔpE、nF、pG、高于H、等于I、小于8. 在室温下，低掺杂Si的载流子散射机制主要是（ B D ）。
A、压电散射B、电离杂质散射 C. 载流子-载流子散射D.晶格振动散射9. 适用于（ B ）半导体。
A、简并B、非简并10. Ge和Si是（B ）能隙半导体，（D）是主要的复合过程。
而GaAs是（A）能隙半导体，（ C ）是主要的复合过程。
A、直接B、间接C、直接复合D、间接复合11. 在外加电场作用下，载流子的（C）运动是定向的。
半导体器件物理性能分析考核试卷
3. ABCD
4. ABC
5. ABCD
6. ABC
7. ABC
8. ABCD
9. ABD
10. ABC
11. ABC
12. ABCD
13. ABCD
14. ABCD
15. ABCD
16. ABCD
17. ABC
18. ABC
19. ABCD
20. AC
三、填空题
1.禁带宽度
2.空穴、电子
A.材料的禁带宽度
B.表面反射率
C.光照强度
D.电池面积
( )
7.以下哪些是场效应晶体管的优点？
A.输入阻抗高
B.开关速度快
C.热稳定性好
D.输出电流大
( )
8.下列哪些因素会影响LED的亮度？
A.电流大小
B.材料的发光效率
C.封装材料
D.环境温度
( )
9.关于JFET和双极型晶体管的描述，下列哪些是正确的？
A. JFET是N沟道或P沟道器件
B. MOSFET有一个绝缘层隔离的栅极
C. JFET的漏电流随温度升高而减少
D. MOSFET的阈值电压通常比JFET低
( )
8.在双极型晶体管中，当处于放大区时，集电极电流与基极电流的关系是？
A.集电极电流大于基极电流
B.集电极电流小于基极电流
C.集电极电流等于基极电流
4.太阳能电池通过光生伏特效应将光能转化为电能。影响转换效率的关键因素包括材料的禁带宽度、光照强度、表面反射率、电池的结构和温度等。
2.沟道调制效应是指当MOSFET中的沟道长度减小时，源漏电场增强，导致载流子迁移率下降，沟道长度越短，效应越明显。这会导致器件的阈值电压和亚阈值摆幅变化，影响开关速度和功耗。