东南大学2004年期末考试《半导体物理学》试题
半导体物理学试题库完整
半导体物理学试题库完整1.能够传导电荷的有效质量与能量函数对于波矢的二阶导数成反比。
有效质量的引入反映了晶体材料内部势场的作用。
2.半导体导带中的电子浓度取决于状态密度（即量子态按能量如何分布）和费米分布函数（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。
3.当两种不同半导体接触后，费米能级较高的半导体界面一侧带正电。
在达到热平衡后，两者的费米能级相等。
4.半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于[100]方向上距布里渊区边界约0.85倍处。
因此，它属于间接带隙半导体。
5.形成间隙原子和空位成对的点缺陷称为弗仑克耳缺陷。
形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为肖特基缺陷。
6.在一定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为1/2.高于费米能级2kT能级处的占据概率为1/1+exp(2)。
7.从能带角度来看，锗、硅属于间接带隙半导体，而砷化稼属于直接带隙半导体。
后者有利于光子的吸收和发射。
8.通常将服从XXX分布的电子系统称为非简并性系统，将服从费米分布的电子系统称为简并性系统。
9.对于同一种半导体材料，其电子浓度和空穴浓度的乘积与温度有关。
而对于不同的半导体材料，其浓度积在一定的温度下将取决于禁带宽度的大小。
10.半导体的晶格结构形式多种多样。
常见的Ge和Si材料，其原子均通过共价键四面体相互结合，属于金刚石结构；与Ge和Si晶格结构类似，两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成闪锌矿和纤锌矿等两种晶格结构。
11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时XXX不发生变化，则具有这种能带结构的半导体称为直接禁带半导体。
否则称为间接禁带半导体。
A。
在质量较大的原子组成的半导体中，存在着空穴。
B。
空穴主要存在于价带顶附近曲率较大的等能面上。
C。
同样，空穴也可以存在于价带顶附近曲率较小的等能面上。
D。
空穴也可以出现在自旋-轨道耦合分裂出来的能带上。
12.电子在导带能级中分布的概率表达式是exp(-E-Ec)/(kT)，其中E为能级，Ec为导带底能级，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
级半导体器件物理期末试题(A
np (−xp ) = np0eV VT
（ 3）
与此类似，可以得到
pn (xn ) = pn0eV VT
（4）
（ 3）、（ 4） 两 式 即 为 所 要 证 明 的 边 界 条 件 。
2〔 15 分 〕 共基极连接双极结型晶体管（BJT）：
（ 1）〔 5 分 〕 画出电流分量示意图。
（2）〔 5 分 〕 写出各个极电流表达式。
（ 1）〔 5 分 〕 画出电流分量示意图。
（2）〔 5 分 〕 写出各个极电流表达式。
（3）〔 5 分 〕 写出各个极电流之间满足的关系式。
3〔 15 分 〕 对于金属和 N 型半导体构成的肖特基势垒：
（1）〔 5 分 〕画出热平衡能带图。根据能带图写出内建电势差 qψ 0 和 肖特基势 垒 高 度 qφb 。
6〔 15 分 〕 根 据 外 量 子 效 率 公 式
( ) ( ) −1
−1
ηe = ηi 1+ αV AT = ηi 1+ α x j T
（ 1）〔 8 分 〕 指 出 提 高 外 量 子 效 率 的 途 径 。 （2）〔 7 分 〕 说明光学窗口的作用。
答 ：（ 1）公 式 说 明 可 以 通 过 增 加 ηi 减 少 α 、 x j 或 通 过 增 加 T 来 提 高 外 量 子 效 率 。
厚度 a。
解：（1）空间电荷区宽度
W
(x)
=
⎧ ⎨
2kε
0
[V
(x) +ψ
0
− VG
]1
⎫2 ⎬
⎩
qN d
⎭
在 夹 断 点 ， 令 W = a ，（ 沟道厚度）以 及 VG −V = VTH ， 有 ：
《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，
半导体物理学试题及答案
半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度，则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度，则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度，则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B )，施主杂质电离后向半导体提供( C )，本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时，它是( B )能级，在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时，它是( C )能级，在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、MIS结构发生多子积累时，表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中，当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大，变小;B、变小，变大;C、变小，变小;D、变大，变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D )，当温度大于热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中，AB段代表( A)，CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为：( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料，光照在材料中会产生非平衡载流子，若光照忽然停止t??后，其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
半导体物理期末试题
Semiconductor Physics[60 pts total, 6 pts each]1, Give out three examples of zinc blende structure semiconductor materials.2, Please write down the relation between effiective mass *m and ()E k.3, Please describe the role of phonons in the transiton of indirect bandgap materials.4, What is a donor level (describe with characters and figure)? What elements can be as donor impurities for Si.5, Please write down the Fermi distribution function and indicate the applicable case.K , Please describe the physical meaning of Fermi distribution function.6, At 07, Please tell us there are how many kinds of recombinations. What are they? And please figure them out.8, Please figure out the I-V curve of the tunneling diode and analyze it in d etail.9, Please draw a sketch of a metal and a semiconductor before contact. Work function, electron affinity, etc. Shoul d be indicated in the figure.10, Please draw the bandgap of an Ohmic contact which formed by metal-n type semiconductor.[40 pts total, 10 pts each]1, Assuming a is the lattice constant of one dimentional crystal. The bootom of the conduction band and top of the vallance band are222100()()3c ћk k ћk E k m m -=+,22221003()6v ћk ћk E k m m =- respectively. Where 0m is the mass of electrons, 112k a =,0.314a nm =.Please calculate (1) the band gap(2) effective mass of electrons at the bottom of the conduction band(3) effective mass of electrons at the top of the valance band(4) the quasi-momentum when electrons transit from the top of balance band bottom of conduction band.2, The bandgap of GaP 2.26g E eV =, dielectric constant is 11.1r ε=, the effective massof holes *00.86p m m =. Please cal culate(1) the ionizing energy of acceptor impurities(2) orbit radius of the hole ground state bounded by acceptor impurities3, For an n-type Si ,16310D N cm -=.14310n p cm -∆=∆= because of illumination. Please calculate the conductivities of dark and illumination.4, Let 153510D N cm -=⨯,17310A N cm -=. Please cal culate D V of the abrupt Ge p-njunction at room temperature.。
最新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V 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 qnn 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） 。
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。
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，
（1） 写出样品在掺杂均匀条件下的方程表达式
（2）写出样品掺杂均匀、光照恒定且被样品均匀吸收条件下的方程表 达式
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试题编号：
试题名称：半导体物理
四、 计算（16 分）
1、 单晶硅中均匀地掺入两种杂质掺硼 1.51016cm-3, 5.010 cm 。试计算： （1）室温下载流子浓度（4 分）； （2）室温下费米能级位置（4 分）； （3）室温下电导率（4 分）；： （4）600K 下载流子浓度（4 分）。 已知：室温下 ni=1.51010cm-3, NV=1.01019cm-3, NC=2.81019cm-3, k0T=0.026eV；
1．（7 分）平衡 p-n 结的空间电荷区示意图如下，画出空间电荷区中 载流子漂移运动和扩散运动的方向（在下图右侧直线上添加尖头即 可）。并说明扩散电流和漂移电流之间的关系。
2．（10 分）n 型半导体的电阻率随温度的变化曲线如图所示，试 解释为什么会出现这样的变化规律。
3. （9 分）光照一块 n 型硅样品，t=0 时光照开始，非平衡载流子的 产生率为 G，空穴的寿命为τ，则光照条件下少数载流子所遵守的运动 方程为
8．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，那末， 为非简并条件； 为 弱简并条件； 为简并条件。
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试ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ编号：
试题名称：半导体物理
12．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 ，其种类为： 、 和 。 13．指出下图各表示的是什么类型半导体？
状态，当半导体掺入的杂质 ；当温度变化时，nopo 改
4．非平衡载流子通过 而消失， 做寿命τ，寿命τ与 在 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 。
叫 中
5． 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理 量， 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理 量，联系两者的关系式是 ，称为 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 和 。前者在 下起主要作用，后者在 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 深能级杂质所起的主要作用 ； 。
试题编号：
试题名称：半导体物理
半导体物理考试试卷（2004-11）
姓名 一、 填空（每空 1 分，共 34 分） 1．纯净半导体 Si 中掺V族元素的杂质，当杂质电离时释放 这种杂质称 杂质；相应的半导体称 型半导体。 运 运动。 。 学号
2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 3．nopo=ni2 标志着半导体处于 含量改变时，乘积 nopo 改变否？ 变否？ 。
15 -3
掺磷
n 500(cm 2 / V s ), p 1300(cm 2 / V s )
600K 时 ni=61015cm-3。
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二、 将下列英文名词翻译成中文，并解释之（每题 6 分，共 24 分）
（1）indiect recombination （3）hot carriers （2）diffusion length （4）space charge region
三、 简要回答（共 26 分）
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试题编号：
试题名称：半导体物理