半導體器件物理A卷答案

1、 5/5半導體器件物理A卷答案 1在半導體材料中， Si 、Ge 屬于第一代半導體材料的，它們的晶格結構是典型的 金剛 石 結構，能帶結構屬于 間接 帶隙型的； GaAs 屬于第二代半導體材料的，它們的晶格 結構是典型的 閃鋅礦 結構，能帶結構屬于 直接 帶隙型的（直接或間接）。 2一般情況下，在純凈的半導體中摻 磷 使它成為型半導體，在純凈的半導體中摻 硼 ，使它形成型半導體。通常把形成型半導體的雜質稱為 施主雜質 ，把形成型半導體的雜質稱為 受主雜質 。 3 費米能級 是衡量電子填充能級的水平，平衡結的標志是有統(tǒng)一的費米能 級 。 4結擊穿共有三種： 雪崩擊穿 、 隧道擊穿 、 熱擊穿 ，

2、擊穿現(xiàn)象中，電流增大的基本原因不是由于遷移率增大，而是由于載流子濃度增加，一般摻雜濃度下， 雪 崩 擊穿機構是主要的，當雜質濃度較高，且反向電壓不高時，易發(fā)生 隧道 擊穿。 5MIS 結構外加柵壓時，半導體表面共有三種狀態(tài)： 積累 、 耗盡 、 反型 。 二、 選擇題：（共20分 每空1分） 1硅單晶中的空位屬于（ A ） 點缺陷 線缺陷 面缺陷 2半導體晶體中原子結合的性質主要是（ A ）。 A 共價鍵結合 B 金屬鍵結合 C 離子鍵結合 3下列能起有效復合中心作用的物質是（ B ） A 硼（ B ） B 金（Au ） C 磷（P ） D 鋁（Al ） 4載流子的遷移率是描述載流子( A )

3、的一個物理量；載流子的擴散系數(shù)是描述載流子( B )的一個物理量。 A 在電場作用下的運動快慢 B 在濃度梯度作用下的運動快慢 5載流子的擴散運動產(chǎn)生（ C ）電流，漂移運動產(chǎn)生（ A ）電流。 A 漂移 B 隧道 C 擴散 6實際生產(chǎn)中，制作歐姆接觸最常用的方法是（ A ） 重摻雜的半導體與金屬接觸 輕摻雜的半導體與金屬接觸 7MIS 結構半導體表面出現(xiàn)強反型的臨界條件是（ B ）。（V S 為半導體表面電勢；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 8pn 結反偏狀態(tài)下，空間電荷層的寬度隨外加電壓數(shù)值增加而（ A ）。 A 展寬 B

4、變窄 C 不變 9在開關器件及與之相關的電路制造中，（ C ）已作為縮短少數(shù)載流子壽命的有效手段。 A 鈍化工藝 B 退火工藝 C 摻金工藝 10真空能級和費米能級的能值差稱為（ A ） A 功函數(shù) B 親和能 C 電離電勢 11平面擴散型雙極晶體管中摻雜濃度最低的是（ C ） A 發(fā)射區(qū) B 基區(qū) C 集電區(qū) 12下列對鈉離子有阻擋作用的鈍化膜為（ B ） A 二氧化硅 B 氮化硅 13室溫下，半導體Si 中摻硼的濃度為1014cm 3，同時摻有濃度為1.11015cm 3的磷，則電子 濃度約為（ B ），空穴濃度為（ D ），費米能級（ G ）；將該半導體升溫至570K ，則多子濃度約為（

5、 F ），少子濃度為（ F ），費米能級（ I ）。（已知：室溫下，ni 1.51010cm 3，570K 時，ni 21017 cm 3） A 1014cm 3 B 1015cm 3 C 1.11015cm 3 D 2.25105cm 3 E 1.21015cm 3 F 21017cm 3 G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei 三、 判斷題（共20分 每題分） 1. （ ）半導體材料的導電性能介于導體和絕緣體之間。 2. （ ）晶體中內層電子有效質量小于外層電子的有效質量。 3. （ ）半導體中雜質越多，晶格缺陷越多，非平衡載流子的壽命就越短。 4. （ ）半導體中的電子濃度越大，則空穴

6、濃度越小。 5. （ ）同一種材料中，電子和空穴的遷移率是相同的。 6. （ ）半導體中載流子低溫下發(fā)生的散射主要是晶格振動的散射。 7. （ ）非平衡載流子的注入方式有電注入和光注入兩種，結在外加正向偏壓的作用下發(fā)生的非平衡載流子的注入是電注入。 8. （ ）MOSFET 只有一種載流子（電子或空穴）傳輸電流。 9. （ ）反向電流和擊穿電壓是表征晶體管性能的主要參數(shù)。 10. （ ）在某些氣體中退火可以降低硅-二氧化硅系統(tǒng)的固態(tài)電荷和界面態(tài)。 11. （ ）高頻下，pn 結失去整流特性的因素是pn 結電容 12. （ ）pn 結的雪崩擊穿電壓主要取決于高摻雜一側的雜質濃度。 13. （ ）

7、要提高雙極晶體管的直流電流放大系數(shù)、值，就必須提高發(fā)射結的注入系數(shù)和基區(qū)輸運系數(shù)。 14. （ ）二氧化硅層中對器件穩(wěn)定性影響最大的可動離子是鈉離子。 15. （ ）場效應晶體管的源極和漏極可以互換，但雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極是不可以互換的。 16. （ ）強n 型半導體的費米能級位置最高，強p 型半導體的費米能級位置最低。 17. （ ）金是硅中的深能級雜質，在硅中能形成雙重能級（受主和施主能級），所以金是有效的復合中心。 18. （ ）PN 結勢壘區(qū)主要向雜質濃度高一側擴展。 19. （ ）制造MOS 器件常常選用110晶向的硅單晶。 20. （ ）金屬與半導體接觸可形成肖特基接觸和歐

8、姆接觸。 四、名詞解釋 (共12分 每題3分) 1平衡狀態(tài)、非平衡狀態(tài) 在一定溫度下，產(chǎn)生和復合處于相對平衡，單位時間內產(chǎn)生的電子和空穴對數(shù)目和復合掉 裝 訂 班級 姓名 學號 成績 常 州信息職業(yè)技術學院 2009 2010 業(yè)技術學院 2009 2010 學年第 一 2009 2010 學 的數(shù)目相等，保證載流子濃度不變，這種狀態(tài)就稱為“平衡狀態(tài)”；由于外界的影響而使半導體材料處在與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，這種狀態(tài)就稱為“非平衡狀態(tài)”。 2雪崩擊穿 答：隨著PN 外加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場不斷增強，當超過某臨界值時，載流子受電場加速獲得很高的動能，與晶格點陣原子發(fā)生碰撞使之電離

9、，產(chǎn)生新的電子空穴對，再被電場加速，再產(chǎn)生更多的電子空穴對，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為雪崩擊穿。 3勢壘電容 答：PN 結的空間電荷層中的電荷量隨著外加電壓變化而表現(xiàn)出來的電容效應稱為勢壘電容，電容量隨外加電壓而變化，所以是微分電容。 4霍爾效應 答：若給流過電流的導體施加一個與電流方向垂直的磁場，那么在與磁場及電流均垂直的方向將產(chǎn)生電場，該電場就稱為霍耳電場，這種現(xiàn)象就稱霍耳效應。 五、問答題（18分） 1解釋結的電流電壓特性曲線中各段的含義？（8分） PN 結外加正向偏壓時，電流和電壓的關系式可表示為 J exp(qv/mkT) 它由兩部

10、分電流組成：擴散電流和 復合電流，在很低的電壓下，m=2, 勢壘區(qū)的復合電流起 主要作用在圖中為曲線a 段；正向偏壓較大時，m=1，擴散 電流起主要作用，為曲線b 段；大注入時，m=2，為曲線c 段，主要原因是一部分電壓降落到擴散區(qū)的緣故。曲線 d 段，是考慮了體電阻上的電壓降，PN 正向電流增加更緩慢了。在反向電壓下，計入了勢壘區(qū)的產(chǎn)生電流，雖然擴散電流是一常數(shù)（反向飽和電流），但產(chǎn)生電流 不飽和，為曲線e 段。（每段3分，至少寫出4段） 2畫出平衡狀態(tài)及標準偏置條件下的晶體管的能帶圖（以npn 管為例），并分析其工作原理。（0分） 平衡狀態(tài)能帶圖 （2分） 標準偏壓下能帶圖 （2分） 標準

11、偏置條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。 （1分） 外加正向偏壓下，勢壘高度降低，發(fā)射極電子注入到基區(qū)，通過擴散運動向集電結方向移動，由于基區(qū)制得很薄，注入 的電子幾乎都到達集電結，由于集電結反偏，耗盡區(qū)的右端為電子運動的吸入口，大部分電子進入集電區(qū)，從而形成集電極電流，且直接受發(fā)射極基極電壓控制。 （4分） 為保證注入到基區(qū)的少數(shù)載流子盡可能多地擴散到集電結，要求基區(qū)寬度遠遠小于少數(shù)載流子的擴散長度。 （1分） 六、計算題（共10分） 1300K 時，n 型半導體Ge 的電阻率為47cm ，若電子遷移率為3900cm 2/VS ，試求半導體Ge 的載流子濃度？已知q=1.610-19C ，n i =21010 個/cm 3 （6分） 解： （3分） （3分） 2設空穴濃度是線性分布，在3um 內濃度差為1015 cm -3,p=1