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 1×010/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)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？
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？
（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。
19 3 19 3
4．室温下硅的有效态密度N c 2.8 1019 cm 3，N v 1.1 1019 cm 3，k B T 0.026 eV ，禁带宽度E g 1.12 eV ，如果忽略禁带宽度随温度的变化
（a）计算77 K,300 K,473 K 三个不同温度下的本征载流子浓度；
（b）300 K 纯硅电子和空穴迁移率是1350 cm 2 /（V s）和500 cm 2 /（V s），计算此时的电
阻率；
（c）473 K纯硅电子和空穴迁移率是420 cm2 /（V s）和150 cm 2 /（V s），计算此时的样
品电阻率。
5．若硅中的施主杂质浓度是 1 1017 cm 3、施主杂质电离能E D 0.012 eV 时，求施主杂质3/4 电离时所需要的温度是多少？
16 3
6．现有一块掺磷（P）浓度为 6 1016 cm 3的N 型Si，已知P在Si中的电离能E D 0.044 eV，如果某一温度下样品的费米能级E F 与施主能级重合，此时的导带电子浓度是多少，对
应的温度又是多少？
7．对于掺Sb 的半导体Si，若E c E F k B T 为简并化条件，试计算在室温下发生简并化的掺杂浓度是多少？
8．半导体电子和空穴迁移率分别是n和p ，证明当空穴浓度为p0 n i（n p ）1 2时，电导率最小且min 2 i（n p）12（n p）, i为本征电导率。
9．掺有 3 1015 cm 3硼原子和 1.3 1016 cm 3磷原子的硅，室温下计算：
（a）热平衡态下多子、少子浓度，费米能级位置（E i 为参考）。
（b）样品的电导率0 。
（c）光注入n p 3 1012 cm 3的非平衡载流子，是否小注入，为什么?
（d）附加光电导。
（e）光注入下的准费米能级E FN和E FP （E i为参考）。
（f）画出平衡态下的能带图，标出E c、E v、E F、E i 等能级的位置，在此基础上再画出
光注入时的E FN和E FP ，说明为什么E FN和E FP偏离E F的程度是不同的。
（g）光注入时的样品电导率。
10．用h ⋯E g的光分别照射两块N 型半导体，假定两个样品的空穴产生率都是g p ，空穴寿命都是p 。如果其中一块样品均匀地吸收照射光，而另一块样品则在光照表面的极薄区域内照射光就被全部吸收，写出这两个样品在光照稳定时非平衡载流子所满足的方程并指出它们的区别。
（一）名词解释题
平衡PN 结：就是指没有外加电压、光照和辐射等的PN 结。
单边突变结：PN 结一侧的掺杂浓度比另外一侧高很多，表示为P+N 或PN+。
空间势垒区：也称耗尽区，是指在PN结的形成过程中，电子从N 区向P区扩散，从而在N 区侧留下不能移动的电离施主，在P 区留下不能移动的电离受主，载流子的分布按指数变
化，该区域称空间势垒区。
隧道击穿：当PN 结两边掺入高浓度的杂质时, 其耗尽层宽度很小, 即使外加反向电压不太高, 在PN 结内就可形成很强的电场, 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电流急剧增加, 出现击穿现象。
势垒电容：PN 结空间电荷区的宽度随外加电压变化而变化，即正、负电荷的增减靠外加电压的改变而改变；当外加电压不变时，空间电荷的冲、放电停止，类似一个电容，常称之为PN 结势垒电容。
欧姆接触：金属和半导体之间形成反阻挡层，称之为欧姆接触。
（二）填空题
1．PN 结的主要制备工艺有：、扩散法和和中子嬗变法。
2．在PN 结的理论分析中，常假设空间电荷区中电子和空穴完全被耗尽，即正、负空间电荷密度分别等于浓度和浓度，这种假设称为耗尽层近似。
3．PN 结电容包括和。
4．PN 结的反向恢复时间包括和。
5．二次击穿主要包括二次击穿和二次击穿。
6．耗尽层的宽度与掺杂浓度成关系，空间势垒区宽度取决于掺
杂浓度的一侧。
7．PN 结正向偏压时的电流为，反向偏压时的电流为。
8．目前，已提出的PN 结击穿机理有：、隧道击穿和
三种。
9．在PN 结中，容易发生雪崩击穿；容易发生隧道
击穿。
1．什么叫PN 结的动态平衡和PN 结空间电荷区？
2．试画出正向PN 结的能带图，并进行简要说明。
3．试画出正向PN 结少子浓度分布示意图。其少子分布表达式是什么？4．试解释正、反向PN 结的电流转换和传输机理。
5．大注入时PN+结正向电流公式是什么？试比较大注入与小注入的不同之处。
6．什么是PN 结的正向注入和反向抽取？
7．什么叫PN 结的反向抽取作用？试画出反向PN 结少子浓度分布示意图。少子分布的表达式是什么?
8．PN 结正、反向电流电压关系表达式是什么？PN 结的单向导电性的含义是什么？
9．PN 结在正向和反向偏置的情况下，势垒区和载流子运动是如何变化的？
10．简述PN 结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理．
11．什么叫二极管的反向恢复时间，提高二极管开关速度的主要途径有那些？
12．如图1所示，请问本PN 结的偏压为正向，还是反向？准费米能级形成的主要原因? PN 结空间电荷区宽度取决的什么因素，对本PN 结那边空间电荷区更宽？
图 1 PN 结的少子分布和准费米能级
13．求出硅突变PN 结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。
14．求出硅缓变PN 结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。
1．什么叫PN 结的击穿及击穿电压？试叙述PN 结雪崩击穿和隧道击穿的机理，并说明其不同之处。
2．硅突变结雪崩击穿电压与原材料杂质浓度（或电阻率）及半导体层厚度有何关系?
3．硅缓变PN 结击穿电压与原材料杂质浓度有何关系?
5．什么叫PN 结的势垒电容？分析势垒电容的主要的影响因素及各因素导致垒电容大小变化的趋势。
4．什么叫PN 结的电容效应？什么是PN 结势垒电容？写出单边突变结和线性缓变结的势垒电容与偏压的关系式。
5．什么是PN 结的静态、动态特性？什么叫反向恢复过程、反向恢复时间？产生反向恢复过程的实质是什么？提高PN 结二极管开关速度的途径是什么？
6．什么叫金属半导体的整流接触和欧姆接触？形成欧姆接触的方法主要有哪些?
7．为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接触？
（五）计算题
1．已知硅PN 结的N 区和P 区的杂质浓度均为1×1015 cm 3，试求平衡时的PN 结接触电位差。已知室温下，硅的n i=1.5 ×1016 cm 3。
2．已知硅P+N 结的N 区杂质浓度为1×1016 cm 3'，试求当正向电流为0.1 mA 时该P+N 结的导通电压。若N 区的杂质浓度提高到1×1018 cm 3，其导通电压又是多少？已知：D p=13 cm 2/s，L p=2 ×10 3 cm，A=10 -5 cm2，q=1.6 ×10 19 C，n i =1.4 1×010 cm 3。
3．一个硅P+N 结的N 区杂质浓度为1×1016 cm 3。在反向电压为10 V，50 V 时，分别求势垒区的宽度和单位面积势垒电容。
4．一个硅P+N 结，P区的N A=1×l019 cm 3，N 区的N D=1×1016 cm 3，求在反向电压300 V 时的最大电场强度。
（一）名词解释题
集边效应：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增
大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。
基区宽变效应：由于外加电压变化，引起有效基区宽度变化的现象。特征频率：晶体管共射极时，放大系数随频率增加呈现下降的趋势，当放大系数下降为直流放大系数的0.707 倍时所对应的频率。
基区扩展效应：
（二）填空题
1．根据晶体管基区的杂质分布情况，将晶体管分为基区晶体管和基区晶体管。
2．双极型晶体管共基极连接具有放大作用，共射极连接具有
放大作用。
3．基区扩展效应包括扩展和扩展两种效应。
4 ．工作频率对晶体管的电流放大系数主要取决于四个过程，主要有过
程、、集电结势垒区渡越过程和集电区传输过程。
5．晶体管的二次击穿主要包括二次击穿和二次击穿。
（三）简答题
1．双极型晶体管中重掺杂发射区目的?
2．试画出处于正常偏置的NPN 晶体管的少子分布及载流子输运过程示意图。
3．解释NPN 晶体管的电流传输和转换机理，并画出示意图。
4．什么叫发射效率和基区输运系数？
5．什么叫晶体管共基极直流电流放大系数0和共发射极直流电流放大系数0？0、0与之间有什么关系？
6．什么叫均匀基区晶体管？均匀基区晶体管的、、0 的表达式是什么？
7．什么叫缓变基区晶体管？缓变基区晶体管的、、0 的表达式是什么？
8．写出考虑了发射结空间电荷区复合和基区表面复合后均匀基区晶体管的, , 0 , 0 的表达式，并简要说明0 公式的物理意义。
9．何谓基区宽变效应？
10．晶体管具有放大能力需具备哪些条件？11．怎样提高双极型晶体管的开关速度？
答案：晶体管的开关速度取决于开关时间，它包括开启时间和关断时间，综合考虑，提高速度的主要措施有：（1）采用掺金工艺，以增加复合中心，加速载流子的耗散，降低存储时间；（2）降低外延层的电阻率，以降低t s ；（3）减小基区宽度，降低基区渡越时间；（4）减小发射结结面积，以减小C TE和C TC ，从而减小延迟时间；（5）适当控制并选择合适的工作条件。
12．双极型晶体管的二次击穿机理是什么？
13．详细分析PN 结的自建电场、缓变基区自建电场和大注入自建电场的异同点。
14．晶体管的方向电流I CBO 、I CEO 是如何定义的？二者之间有什么关系？15．高频时，晶体管电流放大系数下降的原因是什么？
16．什么叫晶体管集电极最大耗散功率P CM ？它与哪些因素有关？
17．如何扩大晶体管的安全工作区范围？
18．什么叫晶体管的热阻R T ？内热阻、外热阻指的是什么？如何减少晶体管的热阻？
19．什么是晶体管共发射极正向压降U BES 和饱和压降U CES ？
（四）问答题
1．如图 2 所示，请问双极型晶体管的直流特性曲线可分为哪些区域，对应图中的什么位置？
各自的特点是什么?从图中特性曲线的疏密程度，总结电流放大系数的变化趋势，为什
么？
图 2 双极型晶体管共发射极直流输出特性曲线
2、如图 3 所示，对于一个N+PN-N+结构的双极晶体管，随着集电极电流的增大出现了那种
效应？请详细描述图3（a-c）曲线K的ir形k成的e过ff程e。ct
3．什么叫晶体管的二次击穿，晶体管二次扩击穿展的机并理（偏电流移集中二次击穿和雪崩注入二次击穿）是什么？什么是二次击穿临界线和安全工作区？
4．什么叫晶体管的饱和状态和截止状态？什么叫临界饱和和深饱和？
5．在晶体管开关波形图中注明延迟时间t d 、上升时间t r 、贮存时间t s 、下降时间t f ，并说明其物理意义。
6．BJT 共基极与共射极输出特性曲线的比较。
答案：（1）输出电流增益共射极要远远高于共基极，即；（2）共射极输出特性曲线的末端上翘，是由于Early 效应的缘故缘故；（3）因为共机共基极输出特性曲线的
斜率比共射极的小，所以其输出电阻要大于共射极接法的输出电阻；（4）由于共射极接法的电压落在两个结上，即V CE V CB V BE ，则V CE还未减小到零时，I C 已经开始下
降，而共基极揭发时V CB下降到零以后，I C 才开始下降。
7．改善晶体管频率特性的主要措施。
答案：（1）降低基区渡越时间 b ，如减小基区宽度等；（2）降低发射区渡越时间e
如减小W E ，增加发射区少子的扩散长度，作较陡的杂质分布，以减小减速场的作用；
（3）降低发射结充放电时间te 和集电结充放电时间tc ，如减小发射结与集电结的面
积等；（4）降低 d ，如降低集电极电阻率，但会降低集电区的击穿电压；（5）降低eb ，如降低发射结面积；（6）降低c，如降低C TC 和r C等。
（五）计算题
1．某一锗低频小功率合金晶体管，其N 型Ge 基片电阻率为 1.5 ·cm，用铟合金在550℃下烧结，根据饱和溶解知发射区和集电区掺杂浓度约为3×1018 /cm 3，求。已知W b=50
m，L ne=5 m。
2．双扩散晶体管，X jc=3 m, X je=1.5 m, N B（0）= 5 ×1017 cm-3，N c = 5 ×1015 cm-3。
① 求基区杂质分布为指数分布时的基区自建电场；
X
② 计算基区中0.2 处扩散电流分量与漂移电流分量之比。
W b
3．已知某一均匀基区硅NPN 晶体管的= 0.99 ，BU CBO = 150 V ，W b=18.7 m以及基区中电子寿命nb=1 s，求0，，（忽略发射结空间电荷区复合和丛区表面复合）以及BU CEO 的数值。已知D n= 35 cm2/s。
4．NPN双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率 c =1.2 ·cm，集电区厚度W C =10 m，硼扩散表面浓度N BS=5×1018 cm-3，结深X jc=1.4 m。求集电极偏置电压分别为25V 和2V 时产生基区扩展效应的临界电流密度。
5．经理论计算，某一晶体管的集电结雪崩击穿电压U B =50 V ，但测量其U PT =20 V ，BU EBO = 6V，能否根据测量数据求出该晶体管BU CBO 的数值？
6．已知某一功率晶体管的管芯热阻为0.2 ℃/W ，管壳热阻为0.4 ℃/W，散热器到外界空气的热阻为0.4 ℃ /W ，其集电极电压为 5 V ，集电极电流为20A ，室温为20℃，求PN 结
的结温是多少。
7．① 证明在NPN 均匀基区晶体管中，正向放大晶体管注入基区的少子电荷
qU
BE
AqW b q k U B B T E
Q BF = 2n b（0） e B 1
② 设基区宽度W b=3 m，基区杂质浓度N B= 1017 cm-3，发射结面积A e=1×10-4 cm2,当发射
结偏置电压U BE分别为0.2 V 和0.5V 时，计算基区的积累电荷Q BF ，并对计算结果进行分析讨论。
（一）名词解释题
跨导：反映外加栅极电压（Input）变化量控制漏-源电流（Output）变化量的能力。阈值电压：在漏和源之间半导体表面处感应出导电沟道所需加在栅电极上的电压或栅下半导体表面出现强反型时所加的栅源电压。
沟道长度调变效应：由于漏-源电压的增大，漏端耗尽区不断增加导致漏-源电流随沟道长度的减小而增大的效应。
夹断特性：当电压继续增加到漏端栅绝缘层上的有效电压降低于表面强反型所需的阈值电压UT 时，漏端表面的反型层厚度减小到零，即漏端处沟道消失，只剩下耗尽区，这就是沟道夹断。
表面反型：热平衡态的半导体具有统一的费米能级，由于半导体表面能级的出现半导体的表面与体内出现载流子的交换，导致在表面层下面少子的浓度大于多子的浓度，即形成表面反型。
（二）填空题
1．MOS 场效应晶体管根据沟道的导电类型可分为和
两类。
2．MOS 场效应晶体管根据零栅压下是否导通可分为和
两类。
3．MOS 场效应晶体管根据栅压情况，导致衬底可出现状态、平带状态状态、表面耗尽状态和状态四类。
4．MOS 场效应管的二极效应主要包括：、、短沟道效应
和窄短沟道效应。
5．MOS 场效应管的平带电压的起因主要包括和
两部分。
（三）简答题
1．N 沟和P沟MOS 场效应晶体管有什么不同？
2．MOS 场效应晶体管的阈值电压U T受哪些因素的影响？其中最主要的是哪个？3．如何实现低阈值电压MOS 场效应晶体管？
4．MOS 场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区？每个区对应什么工作状态？
5．试论MOSFET 的工作原理和BJT 有何不同？
6．试述MOSFET 中Ｗ/L 的大小对其性能参数有何影响
7．为什么MOS 场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和？
8．MOS 场效应管结构电容随工作条件是如何变化的？
9．提高MOS 场效应晶体管的电流容量，结构参数如何考虑？
10．如何提高MOS 场效应晶体管的频率特性？
11．什么是MOSFET 的跨导？怎么提高跨导？
12．MOS 场效应晶体管跨导的物理意义是什么？
13．MOS 场效应管的二级效应有那些，详细分析其对MOS 场效应管I-V 特性的影响？14．分析MOS 场效应管短沟道效应产生的原因及可能产生的不良后果。
（四）问答题
1．金属－半导体功函数差是如何影响C-V 曲线的？
2．MOS 场效应晶体管中的MOS 电容随工作状态是如何变化的？
3．MOS 场效应晶体管的开关特性与什么有关？如何提高开关速度？
4．短沟道和窄沟道效应对MOS 场效应晶体管特性有什么影响？
5．定性说明在什么情况下MOS 场效应晶体管会出现短沟道效应？
6．为什么在沟道内靠近漏端处增加一个轻掺杂的漏区可以改善热电子效应？
（五）计算题
1．由浓度为N A =5 1015 cm 3的（111）晶向的P型Si衬底构成的N沟道MOS 场效应晶体管，栅极为金属铝，栅氧化层厚度为1500 ? ，SiO2中的正电荷面密度为Q SS =1 1022·q/cm2（q 为电子电荷），试求该管的阈值电压，并说明它是耗尽型还是增强型的？
2．如果一个MOS 场效应晶体管的U T =0，当U GS =4V，I DS =3mA 时，MOS 管是否工作在饱和区？为什么？
3．P 沟道MOS 场效应晶体管的参数为：N D =1015 cm 3，t OX = 1200 ? ，T = 300 K，N SS =5 1011 cm 2，试计算它的阈值电压。当t OX =13 500 ? 时，重新进行计算。
4．在掺杂浓度N A = 1015 cm 3的P型Si衬底上制作两个N 沟道MOS 管，其栅SiO2层的厚度分别为1000 ? 和2000 ?，若U GS U FB =15V，则U DS多少时，漏极电流达到饱和？
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/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /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-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D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k 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430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?， （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i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带 宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化
一．概念题 1.稳态：系统（半导体）能量处于最低，且各物理量如温度、载流子浓度等不随时间变化，则可称其处于稳态。 2.肖特基势垒：即Schottky Barrier，指一具有大的势垒高度（即势垒>>kT），以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属-半导体接触。 3.受激辐射：指处于激发态的半导体在一能量为hν的入射光照射下导带上的电子与价带上的空穴复合，发出与入射光具有相同能量、相位以及方向的光的过程。 4.自发辐射：指处于激发态的半导体，不需要外来的激发，导带中电子就与价带中的空穴复合，发出光子能量等于电子和空穴复合前所处能级能级差的光的过程。 5.非平衡状态：指系统（半导体）由于受光照、电注入等原因载流子浓度、电流密度等物理量不再稳定而随时间变化，变化最终达到稳定的状态。 6.对于共射组态双极型晶体管，理想情况下，当I b固定且V ec>0时，I c是不随变化的。但实际上当V ec变化时，集电区空间电荷区宽度会随之变化，导致基区中载流子浓度随之变化，从而Ic随之变化。具体表现为I c随V ec增加而增大，这种电流变化称为厄雷效应。 7.热电子：半导体中的电子可以吸收一定的能量（如光照射、电注入等）而被激发到更高的能级上，这些被激发到更高能级上的电子就称为热电子。 8.空穴：近满带中一些空的量子态被称为空穴。由于电子的流动会导致这些空的量子态也流动，从而从其效果上可以把它当作一带有正单位电荷的与电子类似的载流子。 9.直接复合和间接复合：半导体的热平衡状态由于超量载流子的导入而被破坏时，会出现一些使系统回复平衡的机制称为复合。在复合过程中，若电子从导带跃迁回价带过程中其动量不发生变化（即k不变）则称为直接复合，若其动量发生变化则称为间接复合。二．问答题 1.什么是欧姆接触：当一金属-半导体接触的接触电阻相对于半导体的主体电阻或串联电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触。降低接触电阻我们可以采取以下两个措施：（1）减小势垒高度。即对于n型半导体，采用功函数小的金属；对于p型半导体，采用功函数大的金属。（2）利用隧穿效应，提高隧穿电流，减小接触电阻，做法为提高掺杂浓度。 2.激光器激射的条件：（1）分布反转。为了使受激辐射大于吸收，应当使得两准费米能级之间的载流子分布反转，即E fp到Ec之间为空状态，Ev到E fp之间都被电子填满。（2）谐振腔。为了能够得到单一频率和相位的激光，谐振腔结构是必备的。（3）使增益至少等于损耗，即电流至少大于阈值电流。辐射在谐振腔内来回反射时，由于缺陷散射、端面透射等原因会有能量损耗，为了使激光能够出射，必须使增益至少等于损耗。 三．论述题
半导体器件物理知识 关于半导体器件物理知识三篇 半导体器件物理篇一：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？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
题库(一) 半导体物理基础部分 1、计算分析题 已知：在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? 半导体硅材料在室温的条件下，测得 n 0 = 4.5×104/cm 3， N D =5×1015/cm 3 问：⑴ 该半导体是n 型还是p 型？ ⑵ 分别求出多子和少子的浓度 ⑶ 样品的电导率是多少？ ⑷ 分析该半导体的是否在强电离区，为什么0D n N ≠？ 2、说明元素半导体Si 、Ge 中的主要掺杂杂质及其作用？ 3、什么叫金属-半导体的整流接触和欧姆接触，形成欧姆接触的主要方法有那些？ 4、为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接触？ P-N 部分 5、什么叫pn 结的势垒电容？分析势垒电容的主要的影响因素及各因素导致垒电容大小变化的趋势。 6、什么是pn 结的正向注入和反向抽取？ 7、pn 结在正向和反向偏置的情况下，势垒区和载流子运动是如何变化的？ 8、简述pn 结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理． 9、什么叫二极管的反向恢复时间，提高二极管开关速度的主要途径有那些？ 10、如图1所示，请问本PN 结的偏压为正向，还是反向？准费米能级形成的主要原因? PN 结空间电荷区宽度取决的什么因素，对本PN 结那边空间电荷区更宽？
图1 pn结的少子分布和准费米能级 三极管部分 11、何谓基区宽变效应？ 12、晶体管具有放大能力需具备哪些条件？ 13、怎样提高双极型晶体管的开关速度？ 14、双极型晶体管的二次击穿机理是什么？ 15、如何扩大晶体管的安全工作区范围？ 16、详细分析PN结的自建电场、缓变基区自建电场和大注入自建电场的异同点。 17、晶体管的方向电流I CBO、I CEO是如何定义的？二者之间有什么关系？ 18、高频时，晶体管电流放大系数下降的原因是什么？ 19、如图2所示，请问双极型晶体管的直流特性曲线可分为哪些区域，对应图中的什么位置？ 各自的特点是什么?从图中特性曲线的疏密程度，总结电流放大系数的变化趋势，为什么？
半导体器件物理习题与参考文献 第一章习题1–1．设晶格常数为a的一维晶体，导带极小值附近能量为Ec(k)：?2k2?2(k?k1)2 Ec(k)??3mm?2k23?2k2?价带极大值附近的能量为：Ev(k)?式中m为电子能量，6mmk1??a?，试求：,a?禁带宽度；导带底电子的有效质量；价带顶空穴的有效质量。1–2．在一维情况下：利用周期性边界条件证明：表示独立状态的k值数目等于晶体的原胞数；?2k2设电子能量为E?，并考虑到电子的自旋可以有两种不同的取向，试*2mn*2mn证明在单位长度的晶体中单位能量间隔的状态数为N(E)?E?12。h1–3．设硅晶体电子中电子的纵向有效质量为mL，横向有效质量为mt 如果外加电场沿[100]方向，试分别写出在[100]和[001]方向能谷中电子的加速度；如果外加电场沿
[110]方向，试求出[100]方向能谷中电子的加速度和电场之间的夹角。?2k21–4．设导带底在布里渊中心，导带底Ec附近的电子能量可以表示为E(k)?Ec? *2mn*式中mn是电子的有效质量。试在二维和三维两种情况下，分别求出导带附近的状态密度。1–5．一块硅片掺磷10原子/cm。求室温下的载流子浓度和费米能级。1–6．若n 型半导体中Nd?ax，式中a为常数；Nd?N0e?ax推导出其中的电场。1–7．一块硅样品的Nd?1015cm?3，?p?1?s，GL?5?10cms，计算它的电导率和准费米能级。求产生10个空穴/cm的GL值，它的电导率和费米能级为若干？1–8．一半导体Na?1016cm?3,?n?10?s,ni?1010cm?3，以及GL?10cms，计算300K 时的准费米能级。1–9．一块半无限的n 型硅片受到产生率为GL的均匀光照，写出此条件下的空穴连续方程。若在x?0处表面复合速度为S，解新的连
第六章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 6-3．在受主浓度为3 16 10-cm 的P 型硅衬底上的理想MOS 电容具有0.1um 厚度的氧化层， 40=K ，在下列条件下电容值为若干？（a ）V V G 2+=和Hz f 1=，（b ） V V G 20=和Hz f 1=，（c ）V V G 20+=和MHz f 1=。 解答： （1）V V G 2+=，Hz f 1= 由 si B TH C Q V ψ+- =0 14 830004 048.8510 3.5410(/)0.110K C F cm x ε----??===?? )(70.010 5.110ln 02 6.02ln 2210 16 V n N V i a T f si =??===φψ si a s dm a B qN k x qN Q ψε02-=-= 7.010106.110854.8122161914???????-=-- )/(1088.42 8 cm C -?-= 则 )(08.270.01054.31088.48 8 0V C Q V si B TH =+??=+-=--ψ TH G V V < ，则 2 10 2 00 00) 21(εs a G s S k qN V C C C C C C C + = += 2 114 1619168 )1085.81210106.12 1054.321(1054.3---????????+?= )/(1078.128cm F -?= b) V V G 20=，Hz f 1= G TH V V >，低频
)/(1054.32 80cm F C C -?==∴ c) V V G 20+=,MHz f 1= G TH V V >，因为高频，总电容为0C 与S C 串联 820 min 3.4810(/)s s s dm k C C F cm x ε-== == =? 则 )/(1075.1280 cm F C C C C C s s -?=+= 6-4．采用叠加法证明当氧化层中电荷分布为)(x ρ时，相应的平带电压变化可用下式表示： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 解答：如右图所示， 消除电荷电荷片dx x q )(ρ的影响所需平带电压： 000 000)()()()(C x dx x xq x x x k dx x q x C dx x q dV FB ρερρ-=-=-= 由 00x →积分： () x FB q x x V dx C x ρ?=- ? 6-6．利用习题6-3中的结果对下列情形进行比较。 (a) 在MOS 结构的氧化层中均匀分布着2 12 105.1-?cm 的正电荷，若氧化层的厚度为150nm ，计算出这种电荷引起的平带电压。 (b) 若全部电荷都位于硅-氧化硅的界面上，重复(a)。 (c) 若电荷成三角分布，它的峰值在0=x ，在0x x =处为零，重复(a)。 解答：（1) 电荷分布 00 )(Q dx x x =? ρ， 因为电荷均匀分布，所以 FB V ?
（）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。 （）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。 （）非简并半导体处于热平衡状态的判据是n0p0=n i2。 （）PN结空间电荷区宽度随反偏电压的增大而减小。 （）MOSFET只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。 （）平衡PN结中费米能级处处相等。 （）双极性晶体管的放大作用是在工作在饱和区。 （）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。 （）金属与N型半导体接触，如果金属的功函数大于半导体的功函数则形成欧姆接触，反之形成肖特基势垒接触。 （）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，双极型晶体管的发射极和集电极也是可以互换的。 1．下列固体中，禁带宽度Eg最大的是（） A金属 B 半导体 C 绝缘体D超导体 2．受主杂质电离后向半导体提供（） A 空穴 B 电子C质子D中子 3．硅中非平衡载流子的复合主要依靠（） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合D直接和间接复合 4．衡量电子填充能级水平的是（） A 施主能级 B 费米能级C受主能级 D 缺陷能级 5．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，则空穴浓度约为（）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm-3，570K时，ni≈2×1017cm-3） A 1014cm-3 B 1015cm-3 C 1010cm-3 D 105cm-3
6．MIS 结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ ）。（V S 为半导体表面电 势；qV B =E i -E F ） A V S =V B B V S =2V B C V S =0 7．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（ ） A ．较厚 B ．较薄 C ．很薄 8． 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 ．展宽 B ．变窄 C ．不变 9．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（ ） A 发射区 B 基区 C 集电区 10．栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成电子沟道，该MOSFET 为（ ） 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 三、简答（每题5分，共30分） *半导体中的电荷输运机理？ 半导体中存在两种基本的电荷输运机理，一种称谓载流子的漂移，漂移引起的载流子流动与外加电场有关；另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散，它是由杂质浓度梯度引起的（或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运）。 *费米能级随掺杂浓度是如何变化的？ 如果掺杂浓度a i N n >>，且a d N N >>利用（5）式得到，0a p N ≈；
第一章习题 1–1．设晶格常数为a 的一维晶体，导带极小值附近能量为)(k E c ： m k k m k k E c 2 1222)(3)(-+ = 价带极大值附近的能量为：m k m k k E v 2 22236)( -=式中m 为电子能量，A 14.3,1 == a a k π ，试求： （1）禁带宽度； （2）导带底电子的有效质量； （3）价带顶空穴的有效质量。 1–2．在一维情况下： （1）利用周期性边界条件证明：表示独立状态的k 值数目等于晶体的原胞数； （2）设电子能量为* 2 22n m k E =，并考虑到电子的自旋可以有两种不同的取向，试证明在单位长度的晶体中单位能量间隔的状态数为1*2)(-=E h m E N n 。 1–3．设硅晶体电子中电子的纵向有效质量为L m ，横向有效质量为t m （1）如果外加电场沿[100]方向，试分别写出在[100]和[001]方向能谷中电子的加速度； （2）如果外加电场沿[110]方向，试求出[100]方向能谷中电子的加速度和电场之 间的夹角。 1–4．设导带底在布里渊中心，导带底c E 附近的电子能量可以表示为* 2 22)(n c m k E k E += 式中* n m 是电子的有效质量。试在二维和三维两种情况下，分别求出导带附近的状
态密度。 1–5．一块硅片掺磷15 10原子3 /cm 。求室温下（300K ）的载流子浓度和费米能级。 1–6．若n 型半导体中（a ）ax N d =，式中a 为常数；（b ）ax d e N N -=0推导出其中的电场。 1–7．（1）一块硅样品的31510-=cm N d ，s p μτ1=，1 319105--⨯=s cm G L ，计算它的 电导率和准费米能级。 （2）求产生15 10个空穴3 /-cm 的L G 值，它的电导率和费米能级为若干？ 1–8． 一半导体31031610,10,10--===cm n s cm N i n a μτ，以及1 318 10--=s cm G L ，计算 300K 时（室温）的准费米能级。 1–9．（1）一块半无限的n 型硅片受到产生率为L G 的均匀光照，写出此条件下的空穴连 续方程。 （2）若在0=x 处表面复合速度为S ，解新的连续方程证明稳定态的空穴分布可用 下式表示 )1()(/0p p L x p L p n n S L Se G p x p p τττ+- +=- 1–10．由于在一般的半导体中电子和空穴的迁移率不同的，所以在电子和空穴数目恰好 相等的本征半导体中不显示最高的电阻率。在这种情况下，最高的电阻率是本征半导体电阻率的多少倍？如果p n μμ>，最高电阻率的半导体是N 型还是P 型？ 1–11．用光照射N 型半导体样品（小注入），假设光被均匀的吸收，电子-空穴对的产生 率为G ，空穴的寿命为τ，光照开始时，即0,0=∆=p t ，试求出： （1）光照开始后任意时刻t 的过剩空穴浓度)(t p ∆； （2）在光照下，达到稳定态时的过剩空穴浓度。 1–12．施主浓度3 15 10-=cm N d 的N 型硅。由于光的照射产生了非平衡载流子
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
西安电子科技大学 考试时间120 分钟 《半导体物理2》试题 考试形式：闭卷；考试日期：年月日本试卷共二大题，满分100分。 班级学号姓名任课教师 一、问答题（80分） 1.什么是N型半导体？什么是P型半导体？如何获得？ 答：①依靠导带电子导电的半导体叫N型半导体，主要通过掺诸如P、Sb等施主杂质获得；②依靠价带空穴导电的半导体叫P型半导体，主要通过掺诸如B、In等受主杂质获得；③掺杂方式主要有扩散和离子注入两种；经杂质补偿半导体的导电类型取决于其掺杂浓度高者。 2.简述晶体管的直流工作原理（以NPN晶体管为例） 答：根据晶体管的两个PN结的偏置情况晶体管可工作在正向放大、饱和、截止和反向放大模式。实际运用中主要是正向放大模式，此时发射结正偏，集电结反偏，以NPN晶体管为例说明载流子运动过程； ①射区向基区注入电子；正偏的发射结上以多子扩散为主，发射区向基区注入电子，基区向发射区注入空穴，电子流远大于空穴流； ②基区中自由电子边扩散边复合。电子注入基区后成为非平衡少子，故存在载流子复合，但因基区很薄且不是重掺杂，所以大部分电子能到达集电结边缘； ③集电区收集自由电子：由于集电结反偏，从而将基区扩散来的电子扫入集电区形成电子电流，另外还存在反向饱和电流，主要由集电区空穴组成，但很小，可以忽略。 第1页共6页
3.简述MOS场效应管的工作特性（以N沟增强型MOS为例） 答：把MOS管的源漏和衬底接地，在栅极上加一足够高的正电压，从静电学的观点来看，这一正的栅极电压将要排斥栅下的P 型衬底中的可动的空穴电荷而吸引电子。电子在表面聚集到一定浓度时，栅下的P 型层将变成N 型层，即呈现反型。N 反型层与源漏两端的N 型扩散层连通，就形成以电子为载流子的导电沟道。如果漏源之间有电位差，将有电流流过。而且外加在栅极上的正电压越高，沟道区的电子浓度也越高，导电情况也越好。如果加在栅极上的正电压比较小，不足以引起沟道区反型，则器件仍处在不导通状态。引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压，称为阀值电压。 4.画出MOS场效应管的工作曲线，并用文字说明各区域（以N沟增强型MOS为例） 线性区：V GS取一定的正电压，形成导电沟道。此时I DS与 V DS成正比，对应曲线OA范围，即线性区。 过渡区：V DS增大到一定程度时，沟道变窄，沟道电阻增大， I DS随V DS增加趋势变缓，对应曲线BC范围。 饱和区：V DS继续增大到一定值使沟道夹断，此时V DS继续 增大I DS基本保持不变，即达到饱和。 击穿区：如果V DS再继续增加，使漏端PN结反偏电压过大， 导致PN结击穿，使MOS晶体管进入击穿区。 5.晶体管的基极宽度会影响那些参数？为什么？ 答：①影响电流增益，定性分析W b越小，基区输运系数越大，从而电流增益越大； ②影响基区穿通电压，W b越小，越容易发生基区穿通现象；③影响特征频率f T，W b 越小，基区渡越时间越小，从而可提高特征频率；④影响基区串联电阻R b，W b越小， 基区串联电阻R b越大，另外宽基区晶体管不易引起电流集边效应。 第2页共6页
施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题 1. （a ）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b ）求硅中（111）平面内在300K 温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四 个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向 取这些向量的合成。） 3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a 3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2）， (0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc 元胞的体积。 4. （a ）推导金刚石晶格的键长d 以晶格常数a 的表达式。 （b ）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A ，16.29A ， 和21.72A ，求该平面的密勒指数。 5. 指出（a ）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及 （b ）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。 6. 指出具有晶格常数a 的体心立方（bcc ）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a 的面心立方（fcc ）晶格。[提示：用bcc 矢量组的对称性： )(2x z y a a -+=，)(2y x z a b -+=，)(2 z y x a c -+= 这里a 是常规元胞的晶格常数，而x ，y ，z 是fcc 笛卡尔坐标的单位矢量： )(2z y a a +=，)(2x z a b +=，)(2 y x a c +=。] 7. 靠近导带最小值处的能量可表达为 .2*2*2*22 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=z z y y x x m k m k m k E 在Si 中沿[100]有6个雪茄形状的极小值。如果能量椭球轴的比例为5:1是常数，求纵向有效质量m*l 与横向有效质量m*t 的比值。 8. 在半导体的导带中，有一个较低的能谷在布里渊区的中心，和6个较高的能 谷在沿[100] 布里渊区的边界，如果对于较低能谷的有效质量是0.1m0而对 于较高能谷的有效质量是1.0m0，求较高能谷对较低能谷态密度的比值。 9. 推导由式（14）给出的导带中的态密度表达式。（提示：驻波波长λ与半导体
半导体器件物理复习题 1．简述Schrodinger波动方程的物理意义及求解边界条件。 2．简述隧道效应的基本原理。 3．什么是半导体的直接带隙和间接带隙。 4．什么是Fermi-Dirac 概率函数和Fermi 能级，写出n(E)、p(E)与态密度和Fermi 概率函数的关系。 5．什么是本征Ferm能级？在什么条件下，本征Ferm能级处于中间能带上。 6．简述硅半导体中电子漂移速度与外加电场的关系。 7．简述Hall效应基本原理。解释为什么Hall电压极性跟半导体类型（N型或P型）有关。 8．定性解释低注入下的剩余载流子寿命。 9．一个剩余电子和空穴脉冲在外加电场下会如何运动，为什么？ 10．当半导体中一种类型的剩余载流子浓度突然产生时，半导体内的净电荷密度如何变化？为什么？ 11．什么是内建电势？它是如何保持热平衡的？ 12．解释p-n结内空间电荷区的形成机理及空间电荷区宽度与外施电压的关系。 13．什么是突变结和线性剃度结。 14．分别写出p-n结内剩余少子在正偏和反偏下的边界条件。 15．简述扩散电容的物理机理。 16．叙述产生电流和复合电流产生的物理机制。 17．什么理想肖特基势垒？用能带图说明肖特基势垒降低效应。 18．画出隧道结的能带图。说明为什么是欧姆接触。 19．描述npn三极管在前向有源模式偏置下的载流子输运过程。 20．描述双极晶体管在饱和与截止之间开关时的响应情况。 21．画出一个n-型衬底的MOS电容在积聚、耗尽和反型模式下的能带图。 22．什么是平带电压和阈值电压 23．简要说明p-沟道器件的增强和耗尽型模式。 24．概述MESFET的工作原理。 25．结合隧道二极管的I-V特性，简述其负微分电阻区的产生机理。 26．什么是短沟道效应？阐述短沟道效应产生的原因及减少短沟道效应的方法。 短沟道效应（shortchanneleffect）：当金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的沟道长度L缩短到可与源和漏耗尽层宽度之和(WS WD)相比拟时，器件将发生偏离长沟道（也即L远大于WS WD）的行为，这种因沟道长度缩短而发生的对器件特性的影响，通常称为短沟道效应。由于短沟道效应使MOSFET的性能变坏且工作复杂化，所以人们希望消除或减小这个效应，力图实现在物理上是短沟道的器件，而在电学上仍有长沟道器件的特性。 当器件尺寸缩减时,必须将短沟道效应降至最低程度,以确保正常的器件特性及电路工作.在器件按比例缩小设计时需要一些准则，一个简要维持长沟道特性的方法为将所有的尺寸及电压，除上一按比例缩小因素К (＞1)，如此内部电场将保持如同长沟道MOSFET一般，此方法称为定电场按比例缩小(constant-field scaling)[ 随器件尺寸的缩减，其电路性能(速度以及导通时的功率损耗)得到加强§．然而，在实际的IC制作中，较小器件的内部电场往往被迫增加而很难保持固定．这主要是因为一些电压因子(如电源供
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。
半导体器件物理复习题 第二章： 1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低 2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。 3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 6 本征半导体价带中的空穴浓度： 7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8） 本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同,即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。 10) 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为: p 型半导体多子和少子的浓度分别为: 第三章： 1）迁移率：是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁移率越大。定义为： 2）漂移电流: 载流子在热运动的同时，由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动。所构成的电流为漂移电流。定向运动的平均速度叫做漂移速度。在弱电场下，载流子的漂移速度v 与电场强度E 成正比, 定义为： m q c τμ=
《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则 一、填空（共 24 分，每空 2 分） 1、 PN 结电击穿的产活力构两种； 答案：雪崩击穿、地道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重混杂发射区目的； 答案：发射区重混杂会致使禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的 为提升发射效率，以获得高的电流增益。 3、晶体管特点频次定义； 答案：跟着工作频次 f 的上涨，晶体管共射极电流放大系数降落为1时所对应的频次f T，称作特点频次。 4、P 沟道耗尽型 MOSFET 阈值电压符号； 答案： V T0。 5、 MOS 管饱和区漏极电流不饱和原由； 答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反应效应。 6、 BV CEO含义； 答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、 MOSFET 短沟道效应种类； 答案：短窄沟道效应、迁徙率调制效应、漏场感觉势垒降落效应。 8、扩散电容与过渡区电容差别。 答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充 放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 二、简述（共 20 分，每题 5 分） 1、内建电场； 答案： P 型资料和 N 型资料接触后形成 PN 结，因为存在浓度差， N 区的电子会扩散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，而在 N 区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，相同 P 区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发 生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界扰乱的情 况下，最后将达到动向均衡，至此形成内建电场，方向由N 区指向 P区。 2、发射极电流集边效应； 答案：在大电流下，基极的串连电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边 沿到中心的电场减小，进而电流密度从中心到边沿逐渐增大，出现了发射极 电流在凑近基区的边沿渐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区
半导体器件物理复习题 一． 平衡半导体： 概念题： 1. 平衡半导体的特征〔或称谓平衡半导体的定义 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体,是指无外界〔如电压、电场、磁场或温度梯度等作用影响的半导体。在这种情况下,材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体： 本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主〔杂质原子： 形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子〔一般为元素周期表中的Ⅲ族元素。 4. 施主〔杂质原子： 形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子〔一般为元素周期表中的Ⅴ族元素。 5. 杂质补偿半导体： 半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体： 对N 型掺杂的半导体而言,电子浓度大于导带的有效状态密度, 费米能级高于导带底〔0F c E E ->；对P 型掺杂的半导体而言,空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶〔0F v E E -<。 7. 有效状态密度： 穴的有效状态密度。 8. 以导带底能量c E 为参考,导带中的平衡电子浓度：
其含义是：导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考,价带中的平衡空穴浓度： 其含义是：价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ： 是本征半导体的费米能级；本征半导体费米能级的位置位于禁带中 央附 g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ： 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度00i n p n ==。硅半导体,在 300T K =时,1031.510i n cm -=⨯。 16. 杂质完全电离状态： 当温度高于某个温度时,掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质；掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质,称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态： 在绝对零度时,半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时,半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征：
半导体器件物理试题 1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 5.以NPN型晶体管为例，试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分 布特征及与晶体管输出特性间的关系 6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工 作状态和输出特性 7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程，并描述影响非平衡载流子寿命的因素8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征 10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率，请叙述共发射极短路电流放大系数与 频率间的关系 11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线，并叙述曲线在不同外加电信号作
用下的曲线特征及原因 13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些？它们是如何影响C-V曲线的 14.MOS中硅-二氧化硅，二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素15.介绍MIS结构及其特点，并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压时半导体表面特征 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别（各自有缺点）是什么18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管 的输入输 出曲线并描述其特征 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应27.画出共 基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线