半导体物理与器件习题

半导体物理与器件习题

目录

半导体物理与器件习题 (1)

一、第一章固体晶格结构 (2)

二、第二章量子力学初步 (2)

三、第三章固体量子理论初步 (2)

四、第四章平衡半导体 (3)

五、第五章载流子输运现象 (5)

六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)

七、第七章pn结 (6)

八、第八章pn结二极管 (6)

九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)

十、第十章双极晶体管 (7)

十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)

十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)

十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)

一、第一章固体晶格结构

1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。

2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。

3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。

4．什么是晶体？晶体主要分几类？

5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？

答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。常用的掺杂方法有扩散和离子注入。

6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？

7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？

二、第二章量子力学初步

1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。

2．什么是概率密度函数？

3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。

三、第三章固体量子理论初步

1．能带的基本概念

◼能带（energy band）包括允带和禁带。

◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。

◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。

◼允带又分为空带、满带、导带、价带。

◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。

◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。

导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。

价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。

2．什么是漂移电流？

漂移电流：漂移是指电子在电场的作用下的定向运动，电子的定向运动所产生的电流。

3．什么是电子的有效质量？

晶格中运动的电子，在外力和内力作用下有：

Ｆ总＝Ｆ外＋Ｆ内=ma, m是粒子静止的质量。

Ｆ外=m*n a, m*n称为电子的有效质量。

4．位于能带底的电子，其有效质量为正，位于能带顶电子，其有效质量为负。

5．在室温T=300K，

Si的禁带宽度：Eg=1.12eV

Ge的禁带宽度：Eg=0.67eV

GaAs的禁带宽度：Eg=1.43eV

Eg具有负温度系数，即T越大，Eg越小；

Eg反应了，在相同温度下，Eg越大，电子跃迁到导带的能力越弱。

6．在热平衡状态下，晶体中的电子在不同能量的量子态上统计分布几率是一定的，电子遵循费米统计律，电子的费米分布函数是：

费米能级E F 和温度、半导体材料的导电类型、杂质的含量有关。处于热平衡状态的系统有统一的费米能级。

因此，在温度不很高时，能量大于费米能级的量子态基本没有被电子占据，而能量小于费米能级的量子态基本上为电子所占据；而电子占据费米能级的几率在各种温度下总是１/2.

费米能级标志了电子填充能级的水平，比E F 高的量子态，基本为空，而比E F 底的量子态基本上全被电子所占满.这样费米能级 E F 就成为量子态是否被电子占据的分界线：

1) 能量高于费米能级的量子态基本是空的； 2) 能量低于费米能级的量子态基本是满的；

3) 能量等于费米能级的量子态被电子占据的几率是50%。 4）费米能级越高，说明有较多的能量较高的量子态上有电子. 7．什么是非简并半导体？什么是简并半导体？

通常将服从玻耳兹曼统计规律的半导体称为非简并半导体； 而将服从费米统计分布规律的半导体称为简并半导体。 8．什么是空穴，空穴是怎样形成的？

当一个价电子跃入导带后，就会留下一个带正电的“空状态”； 价电子在空状态中的移动等价为那些带正电的空状态的自身运动；带正电的空状态移动可以看成一个正电荷在价带中运动；这种可以形成电流的正电荷载流子———空穴。 9．什么是直接带隙半导体？什么是间接带隙半导体？ 10．锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。

A. 金刚石型和直接禁带型

B. 闪锌矿型和直接禁带型

C. 金刚石型和间接禁带型

D. 闪锌矿型和间接禁带型

11.在某半导体掺入硼的浓度为1014cm -3, 磷为1015cm -3，则该半导体为（ B ）半导体。

A.本征

B.n 型

C.p 型

D.不确定

12．当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ）。

A.变化量

B.常数

C.受主杂质浓度

D.施主杂质类型

13．在一定温度下，对一非简并n 型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i 。

A ．E c B.E v C.E F D.Ec-E F

四、 第四章 平衡半导体

（本章重点学习本征半导本、费米能级、载流子的分布等相半概念结论。） 1.什么是本征半导体？

答：征半导体是指纯净的没有杂质原子和缺陷的纯净晶体。 2．本征半导体是指（ A ）的半导体。

A. 不含杂质和晶格缺陷

B. 电阻率最高

C. 电子密度和空穴密度相等

D. 电子密度与本征载流子密度相等 3．热平衡状态下，非简并半导体的导带的电子浓度是 4．热平衡状态下，非简并半导体的价带的空穴浓度是

5．什么叫本征激发？其特点是什么？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。

解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。本征激发的特点：成对的产生导带电子和价带空穴。本征激发结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。如果温度升高，禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。

6．本征载流子的浓度与什么有关？与温度有什么关关系？

)exp(00T

k E E N p v

F v −−

=