简答题答案：
1.空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。
答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。因此在交界面附近，p区留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。
PN结零偏时的能带图：PN结反偏时的能带图：
2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是别离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发生相应的变化，这样PN结就有了电容的充放电效应。对于大的正向偏压，有大量载流子通过空间电荷区,耗尽层近似不再成立，势垒电容效应不凸显。所以，只有在反偏状态下的PN结存在电容。
②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降。
3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？
答：①对于一个半导体，当其P区的掺杂浓度远大于N区（即N d>>Na〕时，我们称这种
结为P+N；当其N区的掺杂浓度远大于N区（即Na >>岫）时，我们称这种结为N+P。这
两类特殊的结就是单边突变结。
②由于PN结空间电荷区内P区的受主离子所带负电荷量与N区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。所以，对于空间电荷区内的低掺杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。因此，PN结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。
4.对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图：
答：①热平衡状态时：
突变p+-n结的电场分布曲线：
突变p+-n 结的能带图:
注：画的时候把两条虚线对齐。
7 .解释pn 结二极管扩散电容形成的机制；解释产生电流和复合电流的形成机制。
答：①在扩散区中存在有等量的非平衡电子和空穴的电荷，在直流电压下的少子浓度会随其 中的交流成分的改变而改变。随着外加电压的变化，由于少子浓度变化而形成的少子电荷 存储量的变化4Q 不断地被交替充电与放电，从而表现为电容效应，少子电荷存储量的变 化与电压变化量的比值即为扩散电容。
②反偏产生电流的形成机制：反偏电压下，空间电荷区产生了新的电子一空穴对，由于 反偏空间电荷区的电子浓度与空穴浓度为零，这些新产生的电子—空穴对会重新建立新的 热平衡。电子—空穴对一经产生，就会被电场扫出空间电荷区。这些被扫出电荷流动产生 的电流即为反偏产生电流。
正偏复合电流的形成机制：当PN 结外加正偏电压时，电子与空穴会穿过空间电荷区注 入到相应的区域，电子与空穴在穿越空间电荷区时有可能会发生复合，这局部复合的电子 与空穴的相对运动形成的电流即为复合电流。
8 .什么是存储时间？
答：P 区与N 区均存在过剩载流子。空间电荷区边缘的过剩载流子由正偏PN 结电压维持。 当外加电压由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘处的少子浓度就不能再维持，于是就会慢 慢衰减，如下列图所示。
5.画出正偏时pn 结的稳态少子浓度分布图。 （正向偏置）
答：
6.画出正偏pn 结二极管电子和空穴电流
空间电荷区边缘少子浓度到达热平衡值时所经历的时间ts即为存储时间。存储时间内，反向电流大小是根本不变的。
9.为什么随着掺杂浓度的增大，击穿电压反而下降？
答：随着掺杂浓度的增大，杂质原子之间彼此靠的很近而发生相互影响，别离能级就会扩展成微带，会使原来的导带底下移，造成禁带宽度变窄，不加外加电压时，能带的倾斜处隧道长度A x变得更短，当A x短到一定程度，当加微小电压时，就会使P区价带中的电
子通过隧道效应穿过窄窄的禁带而到达N区导带，使得反向电流急剧增大而发生隧道击穿。所以，掺杂浓度越大，禁带宽度越窄，也就越容易发生隧穿，击穿电压也就越小。10.画出有偏压时理想金属半导体结的能带图，在图上标出肖特基势垒。
答：
注：左边是N型金属半导体结能带图，右边是P型金属半导体能带图，肖特基势垒图中已标出。
11.比拟肖特基二极管和pn结二极管正偏时的I-V特性。
答：
1. I-V关系式形式相同，由于电流输
运机制不同，肖特基二极管的电流要比pn结
的大几个数量级。
2.相应的肖特基二极管的导通压降也比拟
低。
3.因为肖特基二极管是单极性器件，只有多
子，少子很少，可认为无少子存储电荷，高频
特性好，开关时间短，一般在ps数量级。pn结
开关时间在ns数量级。
12.什么是异质结？
答：用两种不同材料组成的一个结叫做异质结，它可以按照不同的分类标准又分为由导电类型相同的两种不同材料所形成的同型异质结和由导电类型相反的两种不同材料所形成的反型异质结，以及突变异质结和缓变异质结。
13.对于n+pn晶体管(基区宽度＜＜少数载流子扩散长度)，分别示意画出其中各个区域中的少数载流子浓度的分布曲线：
注：该图C区的少子电子的浓度应维持在平衡浓度上，临界饱和的条件就是
(Vbe＞0,Vbc=0).
①正向放大工作状态;
②截止状态；
③临界饱和状态；
14共基极电流增益的三个限制因素〔发射极注入效率系数、基区输运系数和复合系数〕的定义和对共基极电流增益的影响。
答：
交流共基极电流增益： a _ £J_ J nC
S J E J E + J R + J pE.
发射根注入效率系数
旱区幡运系数
境合系敏
发射极注入效率系数：考虑了发射区中的少子空穴扩散电流对电流增益的影响。该电流是发射极的一局部，但它对晶体管的工作没有作用，因为J pE不是集电极电流的一局部，它的存在会降低共基极电流的增益。
基区输运系数：考虑了基区过剩少子电子的复合作用的影响。理想情况下，我们是希望基区中没有复合的，不过复合是不可防止的，所以复合的存在使基区输运系数小于1，也就降低了共基极电流的增益。
复合系数：考虑了正偏B-E结中的复合的影响。电流J R对发射极电流有奉献，但对集电极电流没有奉献，所以它的存在也降低了共基极电流的增益。
15.什么是基区宽度调制效应？该效应的另一个称呼是什么？
答：事实上，晶体管的基区宽度是B-C结电压的函数，因为随着结电压的变化，B-C结空间电荷区会扩展进基区。随着B-C结反偏电压的增加，B-C结空间电荷区宽度增加，使得
基区宽度减小。中性基区宽度的变化使得集电极电流发生变化，基区宽度的减小使得少子浓度梯度增加，这种效应称为基区宽度调制效应，又称厄尔利(Early)效应。
16.什么是大注入效应？
答：我们确定少子分布时所用的双极传输方程默认采用了小注入。但随着V BE的增加，注
入的少子浓度开始接近，甚至变得比多子浓度还要大。如果我们假定准电荷中性，那么 p 型基区中在靠近发射区的那一侧由于过剩空穴的存在，多子空穴浓度将会增加。此时发生大注入，促使晶体管发生两种效应①发射极注入效率降低(Webster效应)；②集电极电流
增大速率变慢。这种效应就是大注入效应。
17.晶体管的截止频率是如何定义的？限制双极型晶体管的频率响应的延时因素有那些？答：①.a截止频率f :共基极电流放大系数减小到低频值的1/V2时所对应的频率.
。截止频率f P :共发射极电流放大系数减小到低频值的1/V2时所对应的频率.
②.晶体管的频率参数与晶体管的载流子渡越时间有关，它包括电子从发射极到集电极的有效渡越时间、发射结充电时间、发射极扩散电容充电时间、集电结耗尽区渡越时间等。18.大致绘出p沟道pnJFET的截面图，标明器件工作时的电压极性。
答:
注：这是n沟道的，类似的p沟道可画出，并标明工作电压极性。
19.定性阐述n沟道耗尽型pnJFET的根本工作原理。
答：
根本工作原理：如上图1,显示了一个当栅极零偏时的n沟道pnJFET。如果源极接地，并在漏极上加一个小的正电压，这漏极产生一个漏电流I D。n沟道实质上是个电阻，因此，对于小的VDS, ID与VDS的曲线接近于线性变化，如上图1所示。当我们给pnJFET的栅极与源极之间加一个电压后，沟道电导系数就会发生变化，如上图2所示，当在栅极加一个负压时，栅极与沟道形成pn结反偏，其空间电荷区增宽，沟道宽度变窄，沟道电阻增
加。当反偏电压到达一定程度时，空间电荷区会将沟道完全填满，这种情况称为沟道夹断，
此时漏电流几乎为零，因为耗尽层隔离了源端与漏端。
当栅电压为零，漏电压变化时，如上图，随着漏源电压的增大（正值），栅与沟道形成的P n结反偏，空间电荷区向沟道区扩展。随着空间电荷区的扩展，有效沟道电阻增大。此时沿沟道长度方向，沟道电阻随位置的不同而变化，而沟道电流是一个常数，所以沟道压降将随位置的不同发生相应的变化。如果漏极电压进一步升高，沟道将在漏极处夹断。漏电压继续增大，漏电流将保持不变，此时晶体管工作在饱和区，漏电流与V DS无关，将表达为栅压控制。
20.分别绘出工作在堆积、耗尽和反型模式下的n型衬底MOS电容的能带图。
答：堆积模式：
耗尽模式：
反型模式：
21.为什么当反型层形成时MOS电容器的空间电荷区认为到达最大宽度?
答：当反型层形成时，外表处的的少子浓度等于半导体体内多子的浓度，此时所加电压称为阈值电压。如果栅压大于这个阈值，导带会轻微向费米能级弯曲，外表处导带的变化只是栅压的函数。然而外表少子的浓度是外表势的指数函数。外表势增加数伏特(KT/e), 将使电子浓度以10的幂次方增加，但是空间电荷区的宽度的变换却非常微弱，这种情况下，空间电荷区已经到达了最大值。
22.绘出低频时n型衬底MOS电容器的C-V特性曲线。当高频时曲线如何变化？答：低频时：
高频时：
23.定性阐述MOSFET的根本工作原理。
答：
对于较小的V DS，当V GS VV T时，漏电流为零。当V GS>V T时，反型层的厚度会定性
的说明相对电荷密度，这时的相对电荷密度在沟道长度方向上为一常数，相应的特征曲线如左上角图所示。随着漏电压的增大，漏端附近的反型层电荷密度也将减小，漏端的沟道电导减小，I D-V DS特性曲线的斜率也将减小，如右上角图所示。当V DS增大到漏端的氧化层压降等于丫1时，漏端的反型层电荷密度为零，此时漏端的电导为零，即％-V DS特性曲线的斜
率也为零，如左下角图所示。当V DS继续增大，使其大于V DS〔sat〕时，沟道中的反型电荷为零的点移向源端。这时，电子从源端进入沟道，通过沟道流向漏端。在电荷为零的点处，电子被注入空间电荷区，并被电场扫向漏端。如果假设沟道长度的变化△L相对于初始沟道长度L而言很小，那么V DS>V DS(sat)时漏电流为一常数，如右下角图所示。24.衬底加偏置电压会对器件工作造成怎样的影响？
答：当在衬底加偏置电压时，氧化层下面的空间电荷区宽度将从初始值X dT开始增加，对于n沟道MOSFET,当有V SB>0时，将会有更多的电荷与此区有关。考虑到MOS电中性的条件，金属栅上的正电荷必须增多，以补偿负空间电荷的增多，从而到达阈值反型点。对于p沟道MOSFET有同样的效果，所以当衬底加偏置电压时，会使MOSFET的阈值电压增加(p沟道为阈值电压绝对值增大)。
25.什么是MOSFET的亚阈特性？对电路工作有何影响？
答：①MOSFET的亚阈特性就是指在IV GS IWV T时，漏源电流I D并不为零，也就是晶体管不能准确进入关断状态。
②如果MOSFET被偏置在等于或稍低于阈值电压时，漏电流并不为零。在含有数以百万计的大规模集成电路中，亚阈值电流可以造成很大的功耗。
26.为什么通常情况下反型层中载流子的迁移率不是常数？
答：一是由于迁移率随栅压会发生改变；二是随着载流子接近饱和速度这个极限，有效载流子迁移率将减小。这两个原因导致反型层中的载流子的迁移率不会是常数。
27.什么是速度饱和现象？它对MOSFET的I-V特性有何影响？
答：①在增大电场时，载流子的漂移速度不会无限地增大，当电场强度到达一定程度时，载流子的速度会出现饱和，这种现象叫做速度饱和现象。
②由于垂直电场与外表散射的影响，饱和速度会随着所见栅压而减小一些。速度饱和会导致ID(sat)和VDS(sat)的值比理想关系中的小些。ID(sat)大约是VGS的线性函数，而不是理想的平方律关系。
"(制)=懵WJ^sal
式中％为饱和速度(对干体硅中的电子约为107 C血/
28.什么是MOSFET的恒定电场(CE)缩小规那么？它的应用限制是什么？答：①MOSFET的恒定电场〔CE〕缩小规那么是指器件尺寸和电压等比例地缩小，而电场（水平和垂直〕保持不变，让器件内的电场的分布和强度与长沟道MOSFET的相同，减短了沟道长度而又保持了原来的长沟道特性。
②对于亚阈工作的MOSFETCE缩小规那么将使电流密度增大2倍，而栅电压大于V T时的总电流却减小@倍，导致器件的开关特效变坏，此外，电源电压也不能按CE规那么减小。
对亚阈工作的数字电路，不宜采用CE缩小规那么。
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/cm3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn=1350 cm2/V ?s μp=500 cm2/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。
8.载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。 9.在Si-SiO2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E D与费米能级E F之差为 1.5k B T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm-3，由此计算： （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n0= 4.5 ?104 cm-3，N D= 5 ?1015 cm-3， （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？ 为参考的费米能级位置。 （d）计算该样品以本征费米能级E i
简答题答案： 1.空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。因此在交界面附近，p区留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。 PN结零偏时的能带图：PN结反偏时的能带图： 2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是别离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发生相应的变化，这样PN结就有了电容的充放电效应。对于大的正向偏压，有大量载流子通过空间电荷区,耗尽层近似不再成立，势垒电容效应不凸显。所以，只有在反偏状态下的PN结存在电容。 ②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降。 3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 答：①对于一个半导体，当其P区的掺杂浓度远大于N区（即N d>>Na〕时，我们称这种 结为P+N；当其N区的掺杂浓度远大于N区（即Na >>岫）时，我们称这种结为N+P。这 两类特殊的结就是单边突变结。 ②由于PN结空间电荷区内P区的受主离子所带负电荷量与N区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。所以，对于空间电荷区内的低掺杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。因此，PN结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。 4.对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图： 答：①热平衡状态时： 突变p+-n结的电场分布曲线：
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 = 1.510×10/cm3 电荷的电量 q= 1.6 ×10-19 C n2 /V s p2 /V s μ=1350 cmμ=500 cm ε0 ×10 -12 F/m =8.854 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。 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E D与费米能级E F之差为 1.5k B T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm-3，由此计算： （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n0 4.5 10 4 cm 3， N D51015 cm 3， （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E i为参考的费米能级位置。 193193 4．室温下硅的有效态密度，0.026 eV ，禁带 ， k T 宽度 E g 1.12 eV ，如果忽略禁带宽度随温度的变化
半导体器件物理与工艺期末考试题 一、简答题 1.什么是半导体器件？半导体器件是利用半导体材料的电子特性来实现电流的控制与放大的电子元件。常见的半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管等。 2.请简述PN结的工作原理。 PN结是由P型半导体和N型半导体连接而成的结构。当外加正向偏置时，P端为正极，N端为负极，电子从N端向P端扩散，空穴从P 端向N端扩散，形成扩散电流；当外加反向偏置时，P端为负极，N端为正极，由于能带反向弯曲，形成电势垒，电子与空穴受到电势垒的阻拦，电流几乎为零。 3.简述晶体管的工作原理。晶体管是一种三极管，由一块绝缘体将N型和P型半导体连接而成。晶体管分为三个区域：基区、发射区和集电区。在正常工作状态下，当基极与发射极之间施加一定电压时，发射极注入的电子会受到基区电流的控制，通过基区电流的调节，可以控制从集电区流出的电流，实现电流的放大作用。
4.请简述场效应管的工作原理。场效应管是利用电场的作用来控制电流的一种半导体器件。根据电场的不同作 用方式，场效应管分为增强型和耗尽型两种。在增强型场 效应管中，通过控制栅极电压，可以调节漏极与源极之间 的通导能力，实现电流的控制与放大。 5.简述MOSFET的结构和工作原理。 MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）是一种常用的场效应管。它由金属栅极、氧化物层和P型或N型半导体构成。MOSFET的工作原理是通过改变栅极电势来控制氧化物层下方的沟道 区域的电阻，从而控制漏极与源极之间的电流。 6.什么是集电极电流放大系数？集电极电流放大系数（β）是指集电区电流（Ic）与发射区电流（Ie）之间的比值。在晶体管中，β值越大，表示电流放大效果越好。 7.简述三极管的放大作用。三极管作为一种电子元件，具有电流放大的功能。通过控制基区电流，可以影响发射 极与集电极之间的电流，从而实现电流的放大作用。 二、计算题 1.已知一个PN结的硅材料的势垒高度为0.7V，求该PN结的电势垒宽度。
复习思考题与自测题 第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层 电子参与共有化运动有何不同。 答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。 2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。 答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量 3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？ 答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？ 答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系； 答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。 6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同；答：在能带底附近，电子的有效质量是正值，在能带顶附近，电子的有效质量是负值。在外电F 作用下，电子的波失K不断改变， dk f h dt ,其变化率与外力成正比，因为电子的速度与k有关，
第一章 1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。当原子互相靠近结成固体时，各个原子的内层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而内层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。 2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量 3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？ 答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。 4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，内层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。 5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。 6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同； 答：在能带底附近，电子的有效质量是正值，在能带顶附近，电子的有效质量是负值。在外电F作用下，电子的波失K不断改变，f=h(dk/dt),其变化率与外力成正比，因为电子的速度与k有关，既然k状态不断变化，则电子的速度必然不断变化。 7.以硅的本征激发为例,说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系，为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度? 答：沿不同的晶向，能量带隙不一样。因为电子要摆脱束缚就能从价带跃迁到导带，这个时候的能量就是最小能量，也就是禁带宽度。 1.为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述? 答：空穴是一个假想带正电的粒子，在外加电场中，空穴在价带中的跃迁类比当水池中气泡从水池底部上升时，气泡上升相当于同体积的水随气泡的上升而下降。把气泡比作空穴，下降的水比作电子，因为在出现空穴的价带中，能量较低的电子经激发可以填充空穴，而填充了空穴的电子又留下了一个空穴。因此，空穴在电场中运动，实质是价带中多电子系统在电场中运动的另一种描述。因为人们发现，描述气泡上升比描述因气泡上升而水下降更为方便。所以在半导体的价带中，人们的注意力集中于空穴而不是电子。 2.有两块硅单晶,其中一块的重量是另一块重量的二倍.这两块晶体价带中的能级数是否相等，彼此有何联系？ 答：相等，没任何关系 3.为什么极值附近的等能面是球面的半导体,当改变磁场方向时只能观察到一个共振吸收峰。答：各向同性。 5.典型半导体的带隙。 一般把禁带宽度等于或者大于2.3ev的半导体材料归类为宽禁带半导体，主要包括金刚石，SiC，GaN,金刚石等。26族禁带较宽，46族的比较小，如碲化铅，硒化铅（0.3ev），35族的砷化镓（1.4ev）。 第二章 1.说明杂质能级以及电离能的物理意义。为什么受主、施主能级分别位于价带之上或导带之下,而且电离能的数值较小？答：被杂质束缚的电子或空穴的能量状态称为杂质能级，电子脱离杂质的原子的束缚成为导电电子的过程成为杂质电离，使这个多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量成为杂质电离能。杂质能级离价带或导带都很近，所以电离能数值小。 2.纯锗,硅中掺入III或Ⅴ族元素后,为什么使半导体电学性能有很大的改变？杂质半导体(p型或n型)应用很广,但为什么我们很强调对半导体材料的提纯? 答：因为掺入III或Ⅴ族后，杂质产生了电离，使得到导带中得电子或价带中得空穴增多，增强了半导体的导电能力。极微量的杂质和缺陷，能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，，当然，也严重影响着半导体器件的质量。 4.何谓深能级杂质，它们电离以后有什么特点？答：杂质电离能大，施主能级远离导带底，受主能级远离价
简答题答案： 1•空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。因此在交界面附近，p区留下了不能移 动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。 PN结零偏时的能带图：PN结反偏时的能带图： 2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？ 答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是分离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发生相应的变化，这样PN结就有了电容的充放电效应。对于大的正向偏压，有 大量载流子通过空间电荷区，耗尽层近似不再成立，势垒电容效应不凸显。所以，只有在反偏状态下的PN结存在电容。 ②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降。 3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 答：①对于一个半导体，当其P区的掺杂浓度远大于N区（即N d>>Na）时，我们称这种 结为P+N;当其N区的掺杂浓度远大于N区（即Na >> N d）时，我们称这种结为N+P。这两类特殊的结就是单边突变结。 ②由于PN结空间电荷区内P区的受主离子所带负电荷量与N区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。所以，对于空间电荷区内的低掺杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。因此，PN结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。 4•对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图： 答：①热平衡状态时：
半导体器件物理简答题
简答题答案： 1.空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。 答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。因此在交界面附近，p区留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。 PN结零偏时的能带图： PN结反偏时的能带图： 2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是分离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发
产生电流和复合电流的形成机制。 答：①在扩散区中存在有等量的非平衡电子和空穴的电荷,在直流电压下的少子浓度会随其中的交流成分的改变而改变。随着外加电压的变化，由于少子浓度变化而形成的少子电荷存储量的变化△Ｑ不断地被交替充电与放电，从而表现为电容效应，少子电荷存储量的变化与电压变化量的比值即为扩散电容。 ②反偏产生电流的形成机制：反偏电压下，空间电荷区产生了新的电子—空穴对，由于反偏空间电荷区的电子浓度与空穴浓度为零，这些新产生的电子—空穴对会重新建立新的热平衡。电子—空穴对一经产生，就会被电场扫出空间电荷区。这些被扫出电荷流动产生的电流即为反偏产生电流。 正偏复合电流的形成机制：当PN结外加正偏电压时，电子与空穴会穿过空间电荷区注入到相应的区域，电子与空穴在穿越空间电荷区时有可能会发生复合，这部分复合的电子与空穴的相对运动形成的电流即为复合电流。 8.什么是存储时间？
简答题答案: 1•空间电荷区是怎样形成的。画出零偏与反偏状态下 pn 结的能带图。 答：当p 型半导体和n 型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它 将引起p 区空穴向n 区扩散，n 区电子向p 区扩散。因此在交界面附近，p 区留下了不能移 动的带负电的电离受主， n 区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。 2•为什么反偏状态下的 pn 结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？ 答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。空间电荷区 内的正电荷与负电荷在空间上又是分离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷 数会跟随其发生相应的变化， 这样PN 结就有了电容的充放 电效应。 对于大的正向偏压，有 大量载流子通过空间电荷区，耗尽层近似不再成立， 势垒电容效应不凸显。所以，只有在反 偏状态下的PN 结存在电容。 ②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽 度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下 降。 3•什么是单边突变结？为什么 pn 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？ 答：①对于一个半导体，当其 P 区的掺杂浓度远大于 N 区（即Nd »Na ）时，我们称这种 结为P+N ;当其N 区的掺杂浓度远大于 N 区（即Na >> N d ）时，我们称这种结为 N+P 。这 两类特殊的结就是单边突变结。 ②由于PN 结空间电荷区内P 区的受主离子所带负电荷量与N 区的施主离子所带正电 荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。所以，对于空间电荷区内的低掺 杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只 有增加低掺杂一侧的宽度。因此，PN 结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。 4•对于突变p+-n 结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图： 答：①热平衡状态时: PN 结零偏时的能带图 : PN 结反偏时的能带图: 突变p+-n 结的电场分布曲线: