半导体器件作业-有答案
半导体物理学作业及参考答案2
作业6：1．一块半导体材料的寿命μs 13=τ，受到光照产生非平衡载流子，此时光照突然停止，问52μs 后材料中的非平衡载流子浓度将衰减为原来的百分之几？2．室温下有一块n 型硅材料，掺杂浓度为-314cm 107⨯=D N ，由于光照产生的非平衡载流子浓度为-314cm 102.1⨯=∆=∆p n ，试计算此时准费米能级的位置（可以禁带中线E i 作为基准），并与热平衡态的费米能级做比较。
已知本征载流子浓度310cm 1012.1-⨯=i n ，室温下eV 026.0=T k B 。
【参考解答】1．由τt e p t p -∆=∆0)()(，其中μs 13=τ 可得：%83.1e )()65(13520≈=∆∆-p p 即光照停止μs 52后，非子将衰减到原来的1.83%（需要注意的问题是：此题比较简单，直接代入公式计算即可，目的在于加深大家对于寿命的感性认识。
此外寿命的物理意义由此也可见一斑。
）2．由于掺杂浓度不是很高，因此室温下杂质应可全部电离即：3140cm 107-⨯==D N n则热平衡态时的费米能级位置为：eV 2871.01012.1107ln 026.0ln ln 10140+=⨯⨯+=+=+=i i i D B i iB i F E E n N T k E n n T k E E 光注入非平衡载流子后：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆+=T k E E n T k E E n n n n B Fn i i B Fn F exp exp 00⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆≈∆+=∆+=T k E E n T k E E p p p n n p p p B i Fp i B F Fp i exp exp 0020 故准费米能级位置分别为：eV 2912.01012.1102.1107ln 026.0ln 101414+=⨯⨯+⨯+=+=i i i B i FnE E n n T k E E eV 2413.01012.1102.1ln 026.0ln 1014-=⨯⨯-=-=i i i B i Fp E E n p T k E E 可见：eV 0041.0=-F Fn E E ，eV 5284.0=-Fp F E E即结论是：对于n 型半导体，导带电子的准费米能级只比热平衡态的费米能级稍高一点，而价带空穴的准费米能级则比热平衡态的费米能级要低很多。
半导体器件工艺试题(answer)
半导体器件工艺试题及答案1．N 型单晶硅片，载流子浓度为N D =1×1014/cm 3，现注入能量E=40keV 的B 离子（Rp=1300Å，ΔRp=440Å），剂量D=1×1014/cm 2，采用高斯分布，求：（1）P 型区掺杂浓度峰值N max（2）结深X j（3）P 型区的平均浓度解：（1）采用高斯分布()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=222exp 2p p p ΔR R x ΔR πD x N 在平均投影射程x=Rp 处浓度最大3188214max /1007.9104402/1012cm cm cm ΔR πDN p ⨯=⨯⨯==-π（2）结深Xjx=Xj 时，()x N =N D 根据()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=222exp 2p p j p D ΔR R x ΔR πDN 求得Xj=3402Å（3）平均浓度=D/Xj=1×1014/cm 2 /3402×10-8cm =2.94×1018/cm 32．氧化温度为1000℃，N 型硅片先干氧20分钟（A=0.165um ，B=0.0117um 2/hr ，τ = 0.37hr ），再湿氧（A=0.226um ，B =0.287um 2/hr ）90分钟。
用Deal-Grove 模型计算氧化层的最终厚度。
解：干氧A=0.165um, B=0.0117um 2/hr τ = 0.37hr,t=20min=033hr干氧20分钟氧化层厚度湿氧=0X 0.04um ，A=0.226um ，B =0.287um 2/hr ，t=90min=1.5hr,湿氧90分钟后，氧化层的最终厚度3．实现欧姆接触的方式有哪几种？说明Si-Al 系统中加入阻挡层的原因？答：实现欧姆接触的方式：1）低势垒金属-半导体欧姆接触：由于金属-半导体功函数的差异，在金属与半导体接触时使界面耗尽层中势垒高度降低。
半导体器件物理施敏答案
半导体器件物理施敏答案【篇一：施敏院士北京交通大学讲学】t>——《半导体器件物理》施敏 s.m.sze,男，美国籍，1936年出生。
台湾交通大学电子工程学系毫微米元件实验室教授，美国工程院院士，台湾中研院院士，中国工程院外籍院士，三次获诺贝尔奖提名。
学历：美国史坦福大学电机系博士（1963），美国华盛顿大学电机系硕士（1960），台湾大学电机系学士（1957）。
经历：美国贝尔实验室研究（1963-1989），交通大学电子工程系教授（1990-），交通大学电子与资讯研究中心主任（1990-1996），国科会国家毫微米元件实验室主任（1998-），中山学术奖（1969），ieee j.j.ebers奖（1993），美国国家工程院院士（1995）, 中国工程院外籍院士 (1998)。
现崩溃电压与能隙的关系，建立了微电子元件最高电场的指标等。
施敏院士在微电子科学技术方面的著作举世闻名，对半导体元件的发展和人才培养方面作出了重要贡献。
他的三本专著已在我国翻译出版，其中《physics of semiconductor devices》已翻译成六国文字，发行量逾百万册；他的著作广泛用作教科书与参考书。
由于他在微电子器件及在人才培养方面的杰出成就,1991年他得到了ieee 电子器件的最高荣誉奖（ebers奖），称他在电子元件领域做出了基础性及前瞻性贡献。
施敏院士多次来国内讲学，参加我国微电子器件研讨会；他对台湾微电子产业的发展，曾提出过有份量的建议。
主要论著：1. physics of semiconductor devices, 812 pages, wiley interscience, new york, 1969.2. physics of semiconductor devices, 2nd ed., 868 pages, wiley interscience, new york,1981.3. semiconductor devices: physics and technology, 523 pages, wiley, new york, 1985.4. semiconductor devices: physics and technology, 2nd ed., 564 pages, wiley, new york,2002.5. fundamentals of semiconductor fabrication, with g. may,305 pages, wiley, new york,20036. semiconductor devices: pioneering papers, 1003 pages, world scientific, singapore,1991.7. semiconductor sensors, 550 pages, wiley interscience, new york, 1994.8. ulsi technology, with c.y. chang,726 pages, mcgraw hill, new york, 1996.9. modern semiconductor device physics, 555 pages, wiley interscience, new york, 1998. 10. ulsi devices, with c.y. chang, 729 pages, wiley interscience, new york, 2000.课程内容及参考书：施敏教授此次来北京交通大学讲学的主要内容为《physics ofsemiconductor device》中的一、四、六章内容，具体内容如下：chapter 1: physics and properties of semiconductors1.1 introduction 1.2 crystal structure1.3 energy bands and energy gap1.4 carrier concentration at thermal equilibrium 1.5 carrier-transport phenomena1.6 phonon, optical, and thermal properties 1.7 heterojunctions and nanostructures 1.8 basic equations and exampleschapter 4: metal-insulator-semiconductor capacitors4.1 introduction4.2 ideal mis capacitor 4.3 silicon mos capacitorchapter 6: mosfets6.1 introduction6.2 basic device characteristics6.3 nonuniform doping and buried-channel device 6.4 device scaling and short-channel effects 6.5 mosfet structures 6.6 circuit applications6.7 nonvolatile memory devices 6.8 single-electron transistor iedm，iscc, symp. vlsi tech.等学术会议和期刊上的关于器件方面的最新文章教材：? s.m.sze, kwok k.ng《physics of semiconductordevice》,third edition参考书：? 半导体器件物理(第3版)(国外名校最新教材精选)(physics of semiconductordevices) 作者:(美国)(s.m.sze)施敏 (美国)(kwok k.ng)伍国珏译者:耿莉张瑞智施敏老师半导体器件物理课程时间安排半导体器件物理课程为期三周，每周六学时，上课时间和安排见课程表：北京交通大学联系人：李修函手机：138******** 邮件：lixiuhan@案2013~2014学年第一学期院系名称：电子信息工程学院课程名称：微电子器件基础教学时数： 48授课班级： 111092a,111092b主讲教师：徐荣辉三江学院教案编写规范教案是教师在钻研教材、了解学生、设计教学法等前期工作的基础上，经过周密策划而编制的关于课程教学活动的具体实施方案。
常用半导体器件练习题
一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
（1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
（√）
（2）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
×
二、选择正确答案填入空内。
（1）PN结加正向电压时，空间电荷区将。
A. 变窄
B. 基本不变
C. 变宽
（2）稳压管的稳压区是其工作在。
A. 正向导通
B.反向截止
C.反向击穿
（3）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为。
A. 前者反偏、后者也反偏
B. 前者正偏、后者反偏
C. 前者正偏、后者也正偏
（4）在本征半导体中加入A元素可形成N型半导体，加
入 C 元素可形成P型半导体。
A. 五价
B. 四价
C. 三价
（5）工作在放大区的某三极管，如果当I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为。
A. 83
B. 91
C. 100
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。
图T1.3
四、能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什
么？
五、电路如图P1.4所示，已知u i＝5sinωt(V)，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出u i与u O的波形，并标出幅值。
六、已知两只晶体管的电流放大系数β分别为50和100，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图P1.14所示。
分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。
半导体物理学作业及参考答案1
为： ND 4.5 /1.2 1022 106 3.751016 /cm3
已知杂质全部电离，且明显有 ND ni ，可判断为饱和电离区，即：
n0
ND
3.751016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 3560 cm2/V s
3.75 10 5 10.8
6.02 1023
/
343.3
0.611016
/
cm3
已知杂质全部电离，且明显有 N A ni ，可判断为饱和电离区，即：
p0
NA
0.611016 /cm3 ， n0
ni2 p0
p0 ，即少子电子导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 p 580 cm2/V s ，
n0
ND
5.31016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 1470 cm2/V s
（实际上，即使题设中没有该假设，也可以做如下判断：
由于 Ni ND 5.31016 /cm3 1017 / cm3 ，因此可近似认为迁移率不随 杂质浓度变化）
2. 已知室温下本征锗的电阻率为 50 cm ，假设电子和空穴的迁移率分别为 n 3560 cm2/(V s) ， p 1556 cm2/(V s) ， 且 可 认 为 不 随 掺 杂 浓 度 而 变 化。计算： 1）本征载流子浓度 ni。 2）若掺入杂质锑，使每1.2106 个锗原子中含有一个杂质原子，假设杂质全 部电离，且迁移率不随杂质浓度变化，求该掺杂锗材料的电阻率。已知 锗的原子密度为 4.51022 / cm3 。
半导体器件物理习题答案
1、简要的回答并说明理由：①p+-n结的势垒宽度主要决定于n型一边、还是p型一边的掺杂浓度？②p+-n结的势垒宽度与温度的关系怎样？③p+-n结的势垒宽度与外加电压的关系怎样？④Schottky势垒的宽度与半导体掺杂浓度和温度分别有关吗？【解答】①p+-n结是单边突变结，其势垒厚度主要是在n型半导体一边，所以p+-n结的势垒宽度主要决定于n型一边的掺杂浓度；而与p型一边的掺杂浓度关系不大。
因为势垒区中的空间电荷主要是电离杂质中心所提供的电荷（耗尽层近似），则掺杂浓度越大，空间电荷的密度就越大，所以势垒厚度就越薄。
②因为在掺杂浓度一定时，势垒宽度与势垒高度成正比，而势垒高度随着温度的升高是降低的，所以p+-n结的势垒宽度将随着温度的升高而减薄；当温度升高到本征激发起作用时，p-n结即不复存在，则势垒高度和势垒宽度就都将变为0。
③外加正向电压时，势垒区中的电场减弱，则势垒高度降低，相应地势垒宽度也减薄；外加反向电压时，势垒区中的电场增强，则势垒高度升高，相应地势垒宽度也增大。
④Schottky势垒区主要是在半导体一边，所以其势垒宽度与半导体掺杂浓度和温度都有关（掺杂浓度越大，势垒宽度越小；温度越高，势垒宽度也越小）。
2、简要的回答并说明理由：①p-n结的势垒高度与掺杂浓度的关系怎样？②p-n结的势垒高度与温度的关系怎样？③p-n结的势垒高度与外加电压的关系怎样？【解答】①因为平衡时p-n结势垒（内建电场区）是起着阻挡多数载流子往对方扩散的作用，势垒高度就反映了这种阻挡作用的强弱，即势垒高度表征着内建电场的大小；当掺杂浓度提高时，多数载流子浓度增大，则往对方扩散的作用增强，从而为了达到平衡，就需要更强的内建电场、即需要更高的势垒，所以势垒高度随着掺杂浓度的提高而升高（从Fermi 能级的概念出发也可说明这种关系：因为平衡时p-n结的势垒高度等于两边半导体的Fermi 能级的差，当掺杂浓度提高时，则Fermi能级更加靠近能带极值[n型半导体的更靠近导带底，p型半导体的更靠近价带顶]，使得两边Fermi能级的差变得更大，所以势垒高度增大）。
半导体物理与器件第四版课后习题答案(完整教资)
Chapter 1Problem Solutions1.1 (a) fcc: 8 corner atoms 18/1=⨯atom 6 face atoms 32/1=⨯atomsTotal of 4 atoms per unit cell (b) bcc: 8 corner atoms 18/1=⨯atom1 enclosed atom =1 atomTotal of 2 atoms per unit cell (c) Diamond: 8 corner atoms 18/1=⨯atom 6 face atoms 32/1=⨯atoms4 enclosed atoms = 4 atomsTotal of 8 atoms per unit cell_______________________________________ 1.2 (a) Simple cubic lattice: r a 2=Unit cell vol ()33382r r a === 1 atom per cell, so atom vol ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛=3413r π ThenRatio %4.52%10083433=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=rr π (b) Face-centered cubic latticer da a r d ⋅==⇒==22224Unit cell vol ()33321622r r a ⋅=⋅==4 atoms per cell, so atom vol()⎪⎪⎭⎫⎝⎛=3443r π ThenRatio ()%74%10021634433=⨯⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛=r r π (c) Body-centered cubic latticer a a r d ⋅=⇒==3434 Unit cell vol 3334⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅==r a 2 atoms per cell, so atom vol()⎪⎪⎭⎫⎝⎛=3423r πThenRatio ()%68%1003434233=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=r r π (d) Diamond lattice Body diagonalr a a r d ⋅=⇒===3838Unit cell vol 3338⎪⎪⎭⎫⎝⎛==r a 8 atoms per cell, so atom vol ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛=3483r π ThenRatio ()%34%1003834833=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=r r π _______________________________________ 1.3(a)oA a 43.5=; From Problem 1.2d,r a ⋅=38Then ()o A a r 176.18343.583===Center of one silicon atom to center ofnearest neighbor oA r 35.22== (b) Number density()22381051043.58⨯=⨯=-cm 3-(c)Mass density()()()23221002.609.28105..⨯⨯===A N W t At N ρ 33.2=⇒ρ grams/cm 3_______________________________________ 1.4 (a) 4 Ga atoms per unit cellNumber density ()381065.54-⨯=⇒Density of Ga atoms221022.2⨯=cm 3-4 As atoms per unit cell ⇒Density of As atoms 221022.2⨯=cm 3- (b) 8 Ge atoms per unit cellNumber density ()381065.58-⨯=⇒Density of Ge atoms 221044.4⨯=cm 3-_______________________________________ 1.5From Figure 1.15(a)()a a d 4330.0232=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛= =()()oA d 447.265.54330.0=⇒ (b)()a a d 7071.022=⎪⎭⎫⎝⎛=()()oA d 995.365.57071.0=⇒= _______________________________________ 1.6︒=⇒==⎪⎭⎫ ⎝⎛74.5423232222sin θθa a︒=⇒5.109θ_______________________________________ 1.7(a) Simple cubic: oA r a 9.32== (b) fcc: oA r a 515.524==(c) bcc: oA ra 503.434==(d) diamond: ()oA r a 007.9342==_______________________________________ 1.8(a)()()B r 2035.122035.12+= oB A r 4287.0= (b) ()oA a 07.2035.12==(c)A-atoms: # of atoms 1818=⨯= Density ()381007.21-⨯=231013.1⨯=cm 3-B-atoms: # of atoms 3216=⨯=Density ()381007.23-⨯=231038.3⨯= cm 3- _______________________________________ 1.9 (a)oA r a 5.42==# of atoms 1818=⨯= Number density ()38105.41-⨯=2210097.1⨯=cm 3-Mass density ()AN W t At N ..==ρ ()()23221002.65.12100974.1⨯⨯==228.0gm/cm 3(b)o A ra 196.534==# of atoms 21818=+⨯Number density ()3810196.52-⨯=22104257.1⨯=cm 3-Mass density ()()23221002.65.12104257.1⨯⨯==ρ296.0=gm/cm 3_______________________________________ 1.10From Problem 1.2, percent volume of fcc atoms is 74%; Therefore after coffee is ground,Volume = 0.74 cm 3_______________________________________ 1.11(b)oA a 8.20.18.1=+= (c)Na: Density ()()38108.22/1-⨯=221028.2⨯=cm 3-Cl: Density 221028.2⨯=cm 3- (d) Na: At. Wt. = 22.99Cl: At. Wt. = 35.45So, mass per unit cell ()()23231085.41002.645.352199.2221-⨯=⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛= Then mass density()21.2108.21085.43823=⨯⨯=--ρ grams/cm 3_______________________________________ 1.12 (a)()()oA a 88.122.223=+=Then oA a 62.4= Density of A:()22381001.11062.41⨯=⨯=-cm 3-Density of B: ()22381001.11062.41⨯=⨯=-cm 3-(b) Same as (a) (c) Same material_______________________________________ 1.13()()o A a 619.438.122.22=+=(a) For 1.12(a), A-atoms Surface density ()28210619.411-⨯==a 1410687.4⨯=cm 2-For 1.12(b), B-atoms: oA a 619.4= Surface density 14210687.41⨯==acm 2- For 1.12(a) and (b), Same material(b) For 1.12(a), A-atoms; o A a 619.4= Surface density212a =1410315.3⨯=cm 2-B-atoms;Surface density14210315.321⨯==a cm 2- For 1.12(b), A-atoms; o A a 619.4= Surface density212a =1410315.3⨯=cm 2-B-atoms;Surface density14210315.321⨯==a cm 2- For 1.12(a) and (b), Same material_______________________________________ 1.14(a) Vol. Density 31oa =Surface Density 212oa=(b) Same as (a)_______________________________________ 1.15 (i) (110) plane(see Figure 1.10(b))(ii) (111) plane(see Figure 1.10(c))(iii) (220) plane ⇒()0,1,1,21,21⇒⎪⎭⎫⎝⎛∞Same as (110) plane and [110] direction(iv) (321) plane ()6,3,211,21,31⇒⎪⎭⎫⎝⎛⇒Intercepts of plane at 6,3,2===s q p[321] direction is perpendicular to (321) plane_______________________________________ 1.16(a)()31311,31,11⇒⎪⎭⎫⎝⎛(b)()12141,21,41⇒⎪⎭⎫⎝⎛_______________________________________ 1.17Intercepts: 2, 4, 3 ⇒⎪⎭⎫⎝⎛⇒31,41,21(634) plane_______________________________________ 1.18(a) oA a d 28.5==(b) o A a d 734.322==(c) o A a d 048.333==_______________________________________ 1.19 (a) Simple cubic(i) (100) plane:Surface density ()2821073.411-⨯==a141047.4⨯=cm 2- (ii) (110) plane:Surface density 212a =141016.3⨯=cm 2- (iii) (111) plane:Area of plane bh 21=where oA a b 689.62== Now ()()2222243222a a a h =⎪⎪⎭⎫⎝⎛-= So ()o A h 793.573.426==Area of plane ()()881079304.51068923.621--⨯⨯= 16103755.19-⨯=cm 2Surface density 16103755.19613-⨯⨯=141058.2⨯=cm 2- (b) bcc(i) (100) plane:Surface density 1421047.41⨯==a cm 2- (ii) (110) plane:Surface density 222a =141032.6⨯=cm 2- (iii) (111) plane:Surface density 16103755.19613-⨯⨯=141058.2⨯=cm 2- (c) fcc(i) (100) plane:Surface density 1421094.82⨯==acm 2-(ii) (110) plane:Surface density 222a =141032.6⨯=cm 2- (iii) (111) plane:Surface density 16103755.19213613-⨯⨯+⨯=151003.1⨯=cm 2-_______________________________________ 1.20 (a) (100) plane: - similar to a fcc:Surface density ()281043.52-⨯=141078.6⨯=cm 2- (b) (110) plane:Surface density ()281043.524-⨯=141059.9⨯=cm 2- (c) (111) plane:Surface density ()()281043.5232-⨯= 141083.7⨯=cm 2-_______________________________________ 1.21()o A r a 703.6237.2424===(a) #/cm 3()38310703.64216818-⨯=⨯+⨯=a 2210328.1⨯=cm 3-(b) #/cm 222124142a ⨯+⨯= ()210703.6228-⨯=1410148.3⨯=cm 2- (c) ()o A a d 74.422703.622===(d)# of atoms 2213613=⨯+⨯=Area of plane: (see Problem 1.19)oA a b 4786.92==o A ah 2099.826==Area ()()88102099.8104786.92121--⨯⨯==bh 15108909.3-⨯=cm 2#/cm 215108909.32-⨯= =141014.5⨯ cm 2-()o A a d 87.333703.633===_______________________________________ 1.22Density of silicon atoms 22105⨯=cm 3- and4 valence electrons per atom, so Density of valence electrons 23102⨯=cm 3-_______________________________________ 1.23Density of GaAs atoms()22381044.41065.58⨯=⨯=-cm 3- An average of 4 valence electrons per atom,SoDensity of valence electrons231077.1⨯=cm 3-_______________________________________ 1.24(a) %10%10010510532217-=⨯⨯⨯ (b) %104%10010510262215-⨯=⨯⨯⨯ _______________________________________ 1.25 (a) Fraction by weight()()()()7221610542.106.2810582.10102-⨯=⨯⨯≅ (b) Fraction by weight()()()()5221810208.206.2810598.3010-⨯=⨯≅ _______________________________________ 1.26Volume density 1631021⨯==dcm 3-So 610684.3-⨯=d cm oA d 4.368=⇒ We have oo A a 43.5=Then85.6743.54.368==o a d _______________________________________ 1.27Volume density 1531041⨯==dcm 3-So 61030.6-⨯=d cm oA d 630=⇒ We have oo A a 43.5= Then11643.5630==o a d _______________________________________。
半导体器件物理试卷及答案2套
《半导体器件物理》试卷（一）一、填空（共32分，每空2分）1、PN结电容可分为和两种，它们之间的主要区别。
2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对VT的影响为，对于窄沟道器件对VT的影响为。
3、在NPN型BJT中其集电极电流IC受电压控制，其基极电流IB受电压控制。
4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是。
5、PN结击穿的机制主要有等几种，其中发生雪崩击穿的条件为。
6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有，和。
二、简述（共18分，每小题6分）1、Early电压V A。
2、截止频率f T。
3、耗尽层宽度W。
三、分析（共20分，每小题10分）1、对于PNP型BJT工作在正向有源区时载流子的输运情况；2、热平衡时突变PN结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相应的I-V特性曲线。
（每个图2分）四、计算推导（共30分，每小题15分）1、MOSFET工作在非饱和区时的Sah方程推导，并求解跨导g m和沟道电导g D，说明提高gm的具体措施；（每步2分，电导计算4分，措施3分）2、在NPN双极型晶体管正向有源区工作时，，，试求该器件正向电流增益，并说明提高的几种途径。
其中，，。
（计算推导9分，措施6分）《半导体器件物理》试卷（二）一、填空（共24分，每空2分）1、PN结电击穿的产生机构两种；2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的；3、晶体管特征频率定义；4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号；5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因；6、BV CEO含义；7、MOSFET短沟道效应种类；8、扩散电容与过渡区电容区别。
二、简述（共20分，每小题5分）1、内建电场；2、发射极电流集边效应；3、MOSFET本征电容；4、截止频率。
三、论述（共24分，每小题8分）1、如何提高晶体管的开关速度？2、BJT共基极与共射极输出特性曲线的比较。
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1． 半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2． 下列固体中，禁带宽度 Eg 最大的是（ C ） Ａ 金属 Ｂ 半导体 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 ）。 A 空穴 B 电子 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 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 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 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 ） 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 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 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 ） 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。 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 崩击穿。
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．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）
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。 答： 要使NPN晶体管起放大作用，发射结要加正向偏压，集电结反向偏压。放大工作时的能带图如下 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 么电子 n0 和空穴浓度 p0 又为多少？ 一、填空题（共25分 每空１分） １、硼、铝、镓等 三族元素掺入到硅中，所形成的能级是 受主 （施主能级或受主能级）；砷、磷等五族元素掺入到硅中，所形成的能级是 施主 （同上）。 ２、平衡状态下，我们用统一的费米能级ＥＦ来标志电子填充能级的水平，在非平衡状态下，导带中的电子填充能级的水平是用 导带费米能级 （ＥＦn）来衡量，价带中电子填充能级的水平是用 价带费米能级 （ＥＦp）来衡量。 ３、载流子的散射机构主要有 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。 ５、ＰＮ结击穿共有三种： 雪崩击穿 、 齐纳击穿 、 热击穿 ６、晶体管的品种繁多，按其结构分可分为 双极型 、 MOS 晶体管。 在电子电路应用中，主要有两种接法即： 共基极 和 共射极 ，其 标准偏置条件为： 发射极 正向偏置、 集电极 反向偏置。 ７、P型半导体的MIS结构外加栅压时，共有三种状态： 积累 、 耗尽 、 反型 。 ８、 真空能级和费米能级的能量差称为 功函数 ，真空能级和半导体导带底的能量差称为 亲和能 。
9、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 击穿电压 。 10、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 较薄 （较厚或较薄）。 11、载流子的扩散运动产生 扩散 电流，漂移运动产生 漂移 电流。 12、在开关器件及与之相关的电路制造中， 掺金工艺 已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。 二、判断题（共10分，每题1分） 1、位错是半导体材料中的一种常见的线缺陷。 （ R ） 2、在高温本征激发时，本征激发所产生的载流子数将远多于杂质电离所产生的载流子数。 （ R ） 3、电离杂质散射与半导体中杂质浓度成正比。 （R ） 4、由注入所引入的非平衡载流子数，一定少于平衡时的载流子数，不管是多子还是少子。 （ F ） 5、非平衡少子浓度衰减到产生时的1/e时的时间，称为非平衡载流子的寿命。 （R ） 6、俄歇复合是一种辐射复合。 （ F ） 7、爱因斯坦关系式表明了非简并情况下载流子的迁移率和扩散系数直接的关系。 （R ） 8、在大的正向偏压时，扩散电容起主要的作用。 （R ） 9、齐纳击穿是一种软击穿。 ( F ) 10、半导体的电导率随掺杂浓度的增加而增加。 （ R ） 二、选择题：（单选多选均有 共２０分 每题２分） １．下列对纯净半导体材料特性叙述正确的是 A、D Ａ 半导体的电阻率在导体和绝缘体之间 Ｂ 半导体的电阻率随温度的上升而升高。 Ｃ 半导体的电阻率随温度的上升而减小。