半导体器件物理试卷答案

则
no N D N A 11015 5 1014 5 1014个/cm 3
PO
ni 2 no
2 1010 2 5 1014
8 105 个/cm 3
（2 分） （2 分）
（ 3）因为施 主和受 主相互 完全补 偿，杂 质的掺 杂不起 作用。因此该 半导体 可看作 是本征 半导体（实
际上不是）。（1 分）
卷
1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ）
A 金刚石
B 闪锌矿
2．下列固体中，禁带宽度 Eg 最大的是（
Ａ 金属
Ｂ 半导体
C 纤锌矿 C）
Ｃ 绝缘体
3．硅单晶中的层错属于（ C ）
Ａ 点缺陷
Ｂ 线缺陷
Ｃ 面缺陷
4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后
向半导体提供（ A B ）。
三、 名词解释 (共 15 分，每题 5 分，给出关键词得 3 分)
1．雪崩击穿 随着 PN 外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电
场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更 多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ）
A 直接复合
B 间接复合
C 俄歇复合
6．衡量电子填充能级水平的是（ B ）
Ａ 施主能级
Ｂ 费米能级
Ｃ 受主能级 D 缺陷能级
7．载流子的迁移率是描述载流子( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )
的一个物理量。
A 在电场作用下的运动快慢
班级
常州信息职业技术学院 2010 －2011
姓名
装
业技术学院 2010 －2011 学年第 一
学号
订
成绩
2010 －2011 学年第 一 学期 半导
课程期末试卷
体器件物理 课程期末试卷
学期 半导体器件物理 课程期末试
学年第 一 学期 半导体器件物理
项目
一
二
三
四
五
总分
满分
100
得分
一、 选择题：（含多项选择， 共 30 分，每空 1 分，错选、漏选、多选 均不得分）
B 在浓度梯度作用下的运动快慢
8．室温下，半导体 Si 中掺硼的浓度为 1014cm－3，同时掺有浓度为 1.1×1015cm－3 的磷，则电子浓度
约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至 570K，则多子浓度
约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm－3，570K
Ａ 重掺杂的半导体与金属接触
Ｂ 轻掺杂的半导体与金属接触
13．在下列平面扩散型双极晶体管击穿电压中数值最小的是 （ C ）
A BVCEO
B BVCBO
C BVEBO
14．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ B ）。（VS 为半导体表面电势；qVB=Ei-EF）
A VS=VB
B VS=2VB
A P 沟道增强型 B P 沟道耗尽型 C N 沟道增强型 D N 沟道耗尽型
二、判断题（共 20 分，每题１分）
１．（ √ ）半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。 ２．（ √ ）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。 ３．（ × ）半导体中载流子低温下发生的散射主要是晶格振动的散射。 ４．（ × ）杂质半导体的电阻率随着温度的增加而下降。 ５．（ √ ）半导体中杂质越多，晶格缺陷越多，非平衡载流子的寿命就越短。 ６．（ √ ）非简并半导体处于热平衡状态的判据是 n0p0=ni2。 ７．（ √ ）MOSFET 只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。 ８．（ √ ）反向电流和击穿电压是表征晶体管性能的主要参数。 ９．（ × ）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。 １０． （ √ ）MOS 型的集成电路是当今集成电路的主流产品。 １１． （ √ ）平衡 PN 结中费米能级处处相等。 １２． （ √ ）能够产生隧道效应的 PN 结二极管通常结的两边掺杂都很重，杂质分布很陡。 １３． （ √ ）位错就是由范性形变造成的，它可以使晶体内的一原子或离子脱离规则的周期 而位移一段距离。 １４． （ √ ）在某些气体中退火可以降低硅-二氧化硅系统的固态电荷和界面态。 １５． （ √ ）高频下，pn 结失去整流特性的因素是 pn 结电容 １６． （ × ）pn 结的雪崩击穿电压主要取决于高掺杂一侧的杂质浓度。 １７． （ √ ）要提高双极晶体管的直流电流放大系数α 、β 值，就必须提高发射结的注入系数 和基区输运系数。 １８． （ √ ）二氧化硅层中对器件稳定性影响最大的可动离子是钠离子。 １９． （ × ）制造 MOS 器件常常选用[111]晶向的硅单晶。 ２０． （ √ ）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，但双极型晶体管的发射极和集电极是不可 以互换的。
2．非平衡载流子 由于外界原因，迫使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态，其载流子浓度可以比平衡状 态时多出了一部分，比平衡时多出了的这部分载流子称为非平衡载流子。
3．如何加电压才能使 NPN 晶体管起放大作用。请画出平衡时和放大工作时的能带图。（10 分， 回答 4 分，其中每一点各 2 分；图 6 分，其中无偏压能带 2 分，加偏压能带 2 分，标注势垒高 度 2 分） 答：要使 NPN 晶体管起放大作用，发射结要加正向偏压（2 分），集电结反向偏压。（2 分） 放 大工作 时的能 带图 如下：
时，ni≈2×1017cm－3）
A 1014cm－3
B 1015cm－3
C 1.1×1015cm－3
D 2.25×105cm－3 E 1.2×1015cm－3
F 2×1017cm－3
G 高于 Ei
H 低于 Ei
I 等于 Ei
线
9．载流子的扩散运动产生（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）电流。
A 漂移
B 隧道
C 扩散
10．下列器件属于多子器件的是（ B D ）
Ａ 稳压二极管
Ｂ 肖特基二极管
Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管
11．平衡状态下半导体中载流子浓度 n0p0=ni2，载流子的产生率等于复合率，而当 np<ni2 时，载流
子的复合率（ C ）产生率
Ａ 大于
Ｂ 等于
Ｃ 小于
12．实际生产中，制作欧姆接触最常用的方法是（ A ）
则 no pO ni 2 1010个/cm3 （2 分）
18．在二极管中，外加反向电压超过某一数值后，反向电流突然增大，这个电压叫（ B ）。
A 饱和电压 B 击穿电压 C 开启电压
19．真空能级和费米能级的能值差称为（ A ）
A 功函数
B 亲和能
C 电离电势
20．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（ A ）
A 发射区
B 基区
C 集电区
21．栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成 P 沟道，该 MOSFET 为（ A ）
C VS=0
15．晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得
（ C）
A．较厚
B．较薄
C．很薄
16．pn 结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（ A ）。
A．展宽
B．变窄
C．不变
17．在开关器件及与之相关的电路制造中，（ C ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。
A 钝化工艺 B 退火工艺 C 掺金工艺
么电子 n0 和空穴浓度 p0 又为多少？ 解：（1） 300K 时可认为施主杂质全部电离。（1 分）
则
no N D 11015个/cm3
（2 分）
PO
ni 2 no
2 1010 2 11015
4 105 个/cm3
（2 分）
（2）掺入了 NA=5×1014 个/cm3 的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。（1 分）
3．共有化运动 当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外层交叠
最多，内壳层交叠较少。原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一 个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
四、 问答题（22 分）
1．简述肖特基二极管的优缺点。（6 分，每小点 1 分）
优点： （1） 正向压降低
（2） 温度系数小
（3）工作频率高。
（ 4）噪声系数小
缺点： （1）反向漏电流较大
（2）耐压低
2．MIS 结构中，以金属—绝缘体—P 型半导体为例，半导体表面在什么情况下成为积累层？什么情况下出现耗 尽层和反型层？ （6 分，每小点 2 分） 积 累状态： 当金 属与半 导体之 间加负 电压时， 表面 势为负 值，表面 处能带 向上 弯曲，表 面层内 就会出 现空穴 的堆 积。 （2 分） 耗 尽状 态： 当金 属与 半导 体之 间加正 电压 时， 表面 势为 正值 ，表 面处能 带向 下弯 曲， 表面 处的 空穴 浓度较 体内 的低 得多，这种状态就叫做耗尽状态。（2 分） 反型状态：当正电压进一步增加时，能带进一步向下弯曲，使表面 处的费米能级高于中央能级 E i，这意味着表面的 电子浓度将超过空穴浓度，形成反型层。（2 分）
五、 计算题（共 13 分，其中第一小题 5 分，第二小题 5 分，第三小题 3 分）
1. 计算（1）掺入 ND 为 1×1015 个/cm3 的施主硅，在室温（300K）时的电子 n0 和空穴浓度 p0， 其中本征载流子浓度 n i=2×1010 个/cm3。（2）如果在（1）中掺入 NA=5×1014 个/cm3 的受主， 那么电子 n0 和空穴浓度 p0 分别为多少？（3）若在（1）中掺入 NA=1×1015 个/cm3 的受主，那