电科03级半导体物理A卷

西安邮电学院

2006～2007学年第一学期期末考试试卷

班级 ____________ 姓名 ____________ 学号 ______________

《半导体物理》试卷（A卷）

（本卷满分100分，考试时间 120分钟）

题号 一 得分 二 三 四 五 六 总得分 一、填空题：（每空2分，共20分）

1． 原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再局限在某个原子上，

可以从一个原子上转移到另一个原子上，电子将在整个晶体中运动，这种运动称为：共有化运动。

2． 空穴携带__正___电荷，具有___正__的有效质量。 3． 本证硅中掺入III价元素杂质，为__P___型半导体。

4． 当用适当波长的光照射半导体，产生的载流子称为__非平衡___载流子。 5． _爱因斯坦____方程是漂移运动和扩散运动同时存在时少数载流子所遵循的运动方程，是研究半导体器件原理的基本方程之一。

6． 常见的元素半导体有__硅____和___铬___，常见的化合物半导体有_砷化镓_____。

7． 半导体材料硅和锗的晶体结构为______金刚石______型结构。

8． 金属中导电的粒子是电子，半导体中导电的粒子是__电子______和

____空穴____。

9． 晶体中电子的能量状态是量子化的，电子在各状态上的分布遵守费米分

布规律，当E-EF>>k0T时，可近似为____波尔兹曼________分布。 10．

pn结具有电容特性，包括___势垒_____电容和____扩散____电容两

部分。

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二、单项选择题：（每题2分，共20分）

1、A 2、B 3、B 4、B 5、C 6、A 7、C 8、A 9、B 10、B

1．同一块半导体中，电子的有效质量小于空穴的有效质量，所以电子的迁

移率 空穴的迁移率。 A.大于 B.等于 C.小于

2．下列半导体材料中，属于N型半导体的是 。

A.硅中掺入硼 B.锗掺入磷 C. 锗掺入碳 3．pn结空间电荷区又称为 。

A.扩散区 B.耗尽区 C.中性区 D.漂移区 4．主要利用半导体的 制造欧姆接触。 A.整流效应 B.隧道效应 C.光电效应

5．光强度一定是，在半导体温度升高，非平衡载流子浓度 。 A.增大 B.减小 C.不变

6.温度一定时，半导体掺杂浓度增加其导电性 。 A.增大 B.减小 C.不变

7．下列半导体材料中，属于直接带隙半导体的是 。 A.硅 B.锗 C.砷化镓

8．N型半导体，随着掺杂浓度增加，费米能级 。 A.上升 B.下降 C.不变

9．非平衡载流子通过复合中心的复合称为 。 A.直接复合 B.间接复合 C.俄歇复合

10．制造半导体器件时，必须引出金属端子引脚，必然出现金属与半导体接触，此时需要采取 方法减少接触对器件特性影响。

A. 整流接触 B. 欧姆接触

三、判断题：（对打√，错打x，每题2分，共10分）

1、对 2、错 3、错 4、错 5、对

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1．砷化镓的禁带宽度比较大，制造的器件工作温度高。（ ） 2．电子有效质量等于空穴有效质量。（ ）

3通常所说的非平衡载流子都是指非平衡多数载流子。（ ）

4．MIS结构电容相当于绝缘层电容和半导体空间电荷区电容的并联。（ ） 5．肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，它是多子器件，没有少子积累导致的电荷存贮效应，所以有较高的工作速度。( )

四、简答题：(每题6分，共24分)

1． 画出N型半导体在杂质浓度一定时，导带电子浓度随温度变化曲线，

并作简要说明。

、答：画出曲线教材图3-11 （3分）

低温弱电离区，杂质电离随温度升高迅速增加，导带电子浓度随之增加

中温过度区，杂质完全电离，导带中电子浓度不再随温度升高而增加

高温本征激发区，本证激发其主导作用，导带电子浓度随温度升高而增加

2． 掺杂、改变温度和光照激发均能改变半导体的电导率，它们之间有何区

别？试从物理模型上予以说明。

答：电导率σ= nqμn+pqμp，由载流子浓度和迁移率决定。 （2分）

掺杂改变载流子浓度n或p； （1

分）

温度改变可以引起载流子浓度的变化，当杂质完全电离时载流子浓度不随温度变化，则主要是改变迁移率，温度升高晶格散射增强，迁移率μn或μp下降； （2分）

光照引入非平衡载流子，使载流子浓度n=n0+△p,引入附加光电导。

3． 画出硅的施主轻掺杂能带图，标出价带顶、导带低、杂质能级、费米能

级、禁带宽度及电离能大小。

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电离能大小导带Ed杂质能级Ef费米能级Ec导带底Eg禁带宽度Ev价带顶价带

4． 定性讨论pn结的单向导电性。

答：加正向电压时，外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场，

势垒区变窄，扩散运动＞漂移运动，多子扩散形成扩散电流。 （3 加反向电压时，外电场的方向与内电场方向相同，外电场加强内电场，势垒区变宽，漂移运动＞扩散运动，少子漂移形成反向电流I R。在室温下，少子浓度一定且很低，故IR很小且基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。

五、综合题

1 室温时，硅中掺杂形成杂质半导体，样品1：掺硼，杂质浓度1016cm-3；样品2：掺磷，杂质浓度1016 cm-3；

a. 请说出这二种样品的类型；

b. 在能带图中标出这二种样品的费米能级的大致位置； c. 在能带图中标出样品1与样品2的杂质能级。 (本题12分) 、答：

a. 样品1为p型半导体，样品2为n型半导体；（4分）

b.c. 见下图，其中Ec为导电底，Ev为价带顶，Ei为禁带中央，EF1、

EF2、分别为二种样品的费米能级，EA1、ED2为样品1和样品2的杂质能级。

（共8分，每画对一个得2分，画错不得分，可分别画，不一定在一幅图中，但相对关系要正确。）

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2. 计算机施主杂质浓度分别为1016cm-3，1018cm-3，1019cm-3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质全部电离。再用计算出的费米能级核对一下上述假定是否在每一种情况下都成立。（计算时，取施主能级在导带底下0.05eV，室温下：ni=1.3x1010cm-3 ，Nc=2.8x1019cm-3 ）( 本题14分)

nD??ND1?2exp(EF?EDk0T)

2、解：由于假定硅室温下杂质全部电离，由已知条件得：ND>> ni 所以

ni可以忽略不计。

? 依题意：全部电离时电中性条件为：nD?ND

故：ND?NCexp[(EF?EC/k0T)]

变换后得：EF?EC??k0Tln(ND/NC) （3分）

(1) 计算各浓度下的EF?EC值 （4分）

当ND?1016cm?3时，EF?EC??0.026ln(1016/2.8?1019?0.2064eV 当ND?1018cm?3时，EF?EC??0.026ln(1018/2.8?1019?0.0866eV 当ND?1019cm?3时，EF?EC??0.026ln(1019/2.8?1019?0.0267eV (2) 核对假设是否成立 （4分）

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NN n?D?D?D 1?2exEpF(?ED1)?2ex?pE(C?EF??EDk0Tk)0T由于△ED=0.05eV 所以：

当N16?3n?D1D?10cm时，

N?=0.995

D1?2exp(?EC?EF??EDk)0T?当N18?31D?10cm时，

nDN?=0.675

D1?2exp(?EC?EF??EDk)0T?当ND1D?1019cm?3时，

nN?=0.17

D1?2exp(?EC?EF??EDk0T)（3）对比分析 当ND?1016cm?3时，假设成立，电离度>90% 当ND?1018cm?3时，假设不成立 当ND?1019cm?3时，假设不成立

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(3分)

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