2005半导体物理试题B参考答案和评分标准

二00四至二00五学年第一学期

一、选择填空（含多选题）（18分）

1、与半导体相比较，绝缘体的价带电子激发到导带所需的能量（ A ）；A、比半导体的大， B、比半导体的小，

C、与半导体的相等。

2、室温下，半导体Si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），费米能级为（G）；将该半导体由室温度升至570K，则多子浓度约为（F），少子浓度为（F），费米能级为（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

3、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。

4、对于一定的p型半导体材料，掺杂浓度降低将导致禁带宽度（B（A）），本征流子浓度（B（C）），功函数（ C ）；

A、增加， B、不变， C、减少。 5、对于一定的n型半导体材料，温度一定时，减少掺杂浓度，将导致（ D ）靠近Ei；

A、Ec， B、Ev， C、Eg， D、EF。

1

6、热平衡时，半导体中的电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与（ C D ）有关，而与（A B ）无关；

A、杂质浓度 B、杂质类型 C、禁带宽度， D、温度。 7、表面态中性能级位于费米能级以上时，该表面态为（A）； A、施主态 B、受主态 C、电中性 8、当施主能级ED与费米能级EF相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（ C ）倍；A、1， B、1/2， C、1/3， D、1/4。 9、最有效的复合中心能级位置在（D）附近；最有利陷阱作用的能级位置在（C）附近，常见的是E陷阱。

A、EA， B、ED， C、EF， D、Ei E、少子 F、多子。 10、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

11、MIS结构的表面发生强反型时，其表面的导电类型与体材料的（B），若增加掺杂浓度，其开启电压将（C）。

A、相同 B、不同 C、增加 D、减少 二、证明题：（8分）

p型半导体的费米能级在n型半导体的费米能级之下。（8分）

证明一： 由于 nn>np （或pp>pn） （2分）

Ecn?EFk0TEcp?EFk0T 即

Nc?e??Nc?e?

（2分） （2分）

Ev?Evnk0TEv?Evnk0T（或

Nv?e?Nv?e，in?eEin?EFnk0T?ni?eEin?EFnk0T）

对上面不等式两边同时求对数，即得 EFn> EFp （2分）

2

证明二： 对于p型半导体 pp>ni （或ni > np）

Ei?EFp即

ni?ek0T?ni （2.5分）

则有 Ei?EFp （1分） 同理 对于n型半导体 nn>ni （2.5分） 可得到 EFn?Ei （1分）

因此 EFn> EFp （1分）

三、简答题

1、下图为中等掺杂的Si的电阻率ρ随温度T的变化关系，分析其变化的原因。（3分）

ρ

C D A

B

T

答： 设半导体为n型，有

1??nq?n

AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，故电阻率ρ随温度T升高下降；（1分）

BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶

格振动散射导致迁移率下降，故电阻率ρ随温度T升高上升；（1分）

CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，

故电阻率ρ随温度T升高而下降；（1分）

2、试简述杂质在半导体中的几种作用，并分别在能带图上标志出其在半导体中的作用过程。（4分） 答：（1）使载流子浓度增加（即作为浅能级杂质起施主和受主，分别为半导体提供电子和空穴） （1分）使载流子浓度减少（即作为深能级杂质起复合中心和陷阱，俘获载流子） （1分）aassaaa

3

（2） 0.5分 0.5分 0.5分 0.5分

3、画出p型衬底构成的MIS结构在高频、低频以及深耗尽情况下的C-V特性曲线。（3分）

C 低频（1

分） 高频（1分） 深耗尽（1分）

V

4、对上题三种情况下的C-V曲线进行对比分析。（3分）

答：（1）低频：半导体表面进入强反型，C C0；（1分）

（2）高频：半导体表面的电荷变化跟不上外加电压信号的变化，

耗尽层宽度达到最大值，半导体表面电容达到最大，故总电容达到最小；（1分）

（3）深耗尽：脉冲信号变化太快，耗尽层不断展宽，导致半导

体表面电容逐渐变小，故总电容越来越小。（1分）

4

5、说明绝缘层中正电荷对n型衬底MIS结构的高频C-V特性曲线的影响。（3分）

答：（1）向负偏压方向平移动；（2分）

（2）由于在半导体表面感应负电荷所致（或平带电压公式）； 6、分别画出n型半导体表面发生弱反型和强反型时的能带图。（4分）

四、计算题 1、（8分）

室温下Ge中掺入锑的浓度为1015cm-3，设杂质全电离，且μ

22

n=3600cm/Vs，μp=1700cm/Vs，已知本征载流子浓度

ni=2.5×

1013cm-3，试求：

（1） 室温下电子和空穴浓度； （2） 室温下该材料的电阻率。

（计算时可能会用到的常数：q=1.6×10-19C，k0=1.38×10-23J/K，ε0=8.85×10-12F/m，ln10=2.3，ln2=0.69） 解：（1）n0≈1015cm-3 （1分）

5

nip0??????????6.25?1011(cm?3) n02 （2分） （0.5分）（0.5分）

1??????????1.7(??cm)

（2）nq?n （2分） （0.5分）（0.5分） 2、功率P=10mW的入射单色光（ hv=2eV）射在n-GaAs样品上，设其中80%的光被样品吸收了以产生电子-空穴，问：

（1）过剩载流子的产生率是多少？（1eV=1.6×10-19J）（3分） （2）如果少子寿命为1× 10-6s，问稳定时的过剩电子与空穴各为多少？（3分）

（3）设在t=t0时突然关闭光，经过10-6s后还剩下的电子与空穴各为多少？（4分）

P?80?3?1G?????????2.5?10(cm?s)

解：（1）0h? （2分） （0.5分） （0.5分） （2）?n??p?G0??????????2.5?10(cm)

10?3 （1分） （1分） （0.5分） （0.5分） (3)

?n(t)??p(t)??p?e??????????9.2?109(cm?3)

?t 6

nip0??????????6.25?1011(cm?3) n02 （2分） （0.5分）（0.5分）

1??????????1.7(??cm)

（2）nq?n （2分） （0.5分）（0.5分） 2、功率P=10mW的入射单色光（ hv=2eV）射在n-GaAs样品上，设其中80%的光被样品吸收了以产生电子-空穴，问：

（1）过剩载流子的产生率是多少？（1eV=1.6×10-19J）（3分） （2）如果少子寿命为1× 10-6s，问稳定时的过剩电子与空穴各为多少？（3分）

（3）设在t=t0时突然关闭光，经过10-6s后还剩下的电子与空穴各为多少？（4分）

P?80?3?1G?????????2.5?10(cm?s)

解：（1）0h? （2分） （0.5分） （0.5分） （2）?n??p?G0??????????2.5?10(cm)

10?3 （1分） （1分） （0.5分） （0.5分） (3)

?n(t)??p(t)??p?e??????????9.2?109(cm?3)

?t 6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pncv.html