(完整版)半导体器件物理试题库

西安邮电大学 微电子学系 商世广

半导体器件试题库

常用单位：

在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3电荷的电量q= 1.6×10-19C µn =1350 µp =500 2

cm /V s ⋅2

cm /V s

⋅ε0=8.854×10-12 F/m

一、半导体物理基础部分

（一）名词解释题

杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵

消的作用，通常称为杂质的补偿作用。

非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓

度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。

迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。

晶向：晶面：

（二）填空题

1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为

、多晶和

三种。

2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为

杂质和 杂质两

种。

3．点缺陷主要分为

、

和反肖特基缺陷。

4．线缺陷，也称位错，包括

、

两种。

5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向

弯曲，获得空穴时，能带

向

弯曲。

6．能向半导体基体提供电子的杂质称为

杂质；能向半导体基体提供空穴的杂

质称为

杂质。

7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为

、弱

简并和

三种。

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8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。

9．在Si-SiO 2系统中，存在

、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基

本形式的电荷或能态。

10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半

导体，当温度升高时，费米能级向 移动。

（三）简答题

1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？

（四）问答题

1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？

要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？

（五）计算题

1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级与费米能级之差为

D E F E ，而测出该样品的电子浓度为2.0×1016cm -3，由此计算：

1.5B k T （a ）该样品的离化杂质浓度是多少？（b ）该样品的少子浓度是多少？（c ）未离化杂质浓度是多少？（d ）施主杂质浓度是多少？

3．室温下的Si ，实验测得，，

430 4.510 cm n -=⨯153510 cm D N -=⨯（a ）该半导体是N 型还是P 型的？（b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。（c ）样品的电导率是多少？

（d ）计算该样品以本征费米能级为参考的费米能级位置。

i E

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4．室温下硅的有效态密度，，，禁

1932.810 cm c N -=⨯1931.110 cm v N -=⨯0.026 eV B k T =带宽度，如果忽略禁带宽度随温度的变化

1.12 eV g E =（a ）计算三个不同温度下的本征载流子浓度；

77 K,300 K,473 K （b ）纯硅电子和空穴迁移率是和，计算此时的

300 K 21350 cm /(V s)⋅2500 cm /(V s)⋅电阻率；

（c ）纯硅电子和空穴迁移率是和，计算此时的样

473 K 2420 cm /(V s)⋅2150 cm /(V s)⋅品电阻率。

5．若硅中的施主杂质浓度是、施主杂质电离能时，求施主杂

173110 cm -⨯0.012 eV D E ∆=质3/4电离时所需要的温度是多少？

6．现有一块掺磷（P ）浓度为的N 型Si ，已知P 在Si 中的电离能

163610 cm -⨯，如果某一温度下样品的费米能级与施主能级重合，此时的导带电

0.044 eV D E ∆=F E 子浓度是多少，对应的温度又是多少？

7．对于掺Sb 的半导体Si ，若为简并化条件，试计算在室温下发生简并化的

c F B E E k T -=掺杂浓度是多少？

8．半导体电子和空穴迁移率分别是和，证明当空穴浓度为时，电导

n μp μ120()i n p p n μμ=率最小且,为本征电导率。

12min 2())i n p n p σσμμμμ=+i σ9．掺有硼原子和磷原子的硅，室温下计算：

153310 cm -⨯1631.310 cm -⨯（a ）热平衡态下多子、少子浓度，费米能级位置（为参考）。

i E （b ）样品的电导率。

0σ（c ）光注入的非平衡载流子，是否小注入，为什么?

123310 cm n p -∆=∆=⨯（d ）附加光电导。

σ∆（e ）光注入下的准费米能级和（为参考）。

FN E FP E i E （f ）画出平衡态下的能带图，标出等能级的位置，在此基础上再画出

c v F i E E E E 、、、

光注入时的和，说明为什么和偏离的程度是不同的。

FN E FP E FN E FP E F E （g ）光注入时的样品电导率。

σ10．用的光分别照射两块N 型半导体，假定两个样品的空穴产生率都是，空穴

g h E ν…p g 寿命都是。如果其中一块样品均匀地吸收照射光，而另一块样品则在光照表面的极

p τ