《半导体物理与器件》习题库
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半导体物理与器件课后练习题含答案1. 简答题1.1 什么是p型半导体?答案: p型半导体是指通过加入掺杂物(如硼、铝等)使得原本的n型半导体中含有空穴,从而形成的半导体材料。
具有p型性质的半导体材料被称为p型半导体。
1.2 什么是n型半导体?答案: n型半导体是指通过加入掺杂物(如磷、锑等)使得原本的p型半导体中含有更多的自由电子,从而形成的半导体材料。
具有n型性质的半导体材料被称为n型半导体。
1.3 什么是pn结?答案: pn结是指将p型半导体和n型半导体直接接触形成的结构。
在pn结的界面处,p型半导体中的空穴和n型半导体中的自由电子会相互扩散,形成空间电荷区,从而形成一定的电场。
当外加正向电压时,电子和空穴在空间电荷区中相遇,从而发生复合并产生少量电流;而当外加反向电压时,电场反向,空间电荷区扩大,从而形成一个高电阻的结,电流几乎无法通过。
2. 计算题2.1 若硅片的掺杂浓度为1e16/cm³,电子迁移率为1350 cm²/Vs,电离能为1.12 eV,则硅片的载流子浓度为多少?解题过程:根据硅片的掺杂浓度为1e16/cm³,可以判断硅片的类型为n型半导体。
因此易知载流子为自由电子。
根据电离能为1.12 eV,可以推算出自由电子的有效密度为:n = N * exp(-Eg / (2kT)) = 6.23e9/cm³其中,N为硅的密度,k为玻尔兹曼常数(1.38e-23 J/K),T为温度(假定为室温300K),Eg为硅的带隙(1.12 eV)。
因此,载流子浓度为1e16 + 6.23e9 ≈ 1e16 /cm³。
2.2 假设有一n+/p结的二极管,其中n+区的掺杂浓度为1e19/cm³,p区的掺杂浓度为1e16/cm³,假设该二极管在正向电压下的漏电流为1nA,求该二极管的有效面积。
解题过程:由于该二极管的正向电压下漏电流为1nA,因此可以利用肖特基方程计算出它的开启电压:I = I0 * (exp(qV / (nkT)) - 1)其中,I0为饱和漏电流(假定为0),q为电子电荷量,V为电压,n为调制系数(一般为1),k为玻尔兹曼常数,T为温度。
第一章 固体晶格结构1.如图是金刚石结构晶胞,若a 是其晶格常数,则其原子密度是 。
2.所有晶体都有的一类缺陷是:原子的热振动,另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3.半导体的电阻率为10-3~109Ωcm 。
4.什么是晶体?晶体主要分几类?5.什么是掺杂?常用的掺杂方法有哪些?答:为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6.什么是替位杂质?什么是填隙杂质? 7.什么是晶格?什么是原胞、晶胞?第二章 量子力学初步1.量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2.什么是概率密度函数?3.描述原子中的电子的四个量子数是: 、 、 、 。
第三章 固体量子理论初步1.能带的基本概念⏹ 能带(energy band )包括允带和禁带。
⏹ 允带(allowed band ):允许电子能量存在的能量范围。
⏹ 禁带(forbidden band ):不允许电子存在的能量范围。
⏹ 允带又分为空带、满带、导带、价带。
⏹ 空带(empty band ):不被电子占据的允带。
⏹满带(filled band ):允带中的能量状态(能级)均被电子占据。
导带:有电子能够参与导电的能带,但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带,但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
2.什么是漂移电流?漂移电流:漂移是指电子在电场的作用下的定向运动,电子的定向运动所产生的电流。
3.什么是电子的有效质量?晶格中运动的电子,在外力和内力作用下有: F总=F外+F内=ma, m 是粒子静止的质量。
F外=m*n a, m*n 称为电子的有效质量。
4.位于能带底的电子,其有效质量为正,位于能带顶电子,其有效质量为负。
5.在室温T=300K ,Si 的禁带宽度:Eg=1.12eV Ge 的禁带宽度:Eg=0.67eV GaAs 的禁带宽度:Eg=1.43eVEg 具有负温度系数,即T 越大,Eg 越小;Eg 反应了,在相同温度下,Eg 越大,电子跃迁到导带的能力越弱。
半导体物理与器件英文版第四版课后练习题含答案Chapter 1: Crystal PropertiesMultiple Choice Questions1.Which of the following statements is correct? A. The latticestructure of a crystal can be described by three crystal axes that are normal to each other. B. For a crystal with a primitive cubic unit cell, the coordination number is 8. C. In a crystal lattice with a face-centered cubic (FCC) unit cell, each atom has only six nearest neighbors. D. The Miller indices of a crystal planeperpendicular to the x-axis and passing through point (1, 2, 3) are (1, 2, 3).Answer: A2.Which of the following statements is correct? A. The crystalstructure of diamond is face-centered cubic (FCC). B. The density of silicon is smaller than that of germanium. C. The coordination number of germanium is 4. D. The Miller indices of a crystal plane parallel to the x-axis and passing through point (1, 2, 3) are (1, 0, 0).Answer: DShort Answer Questions1.What is the difference between a lattice and a unit cell?2.Define the concept of coordination number and give anexample of a coordination number 6 crystal structure.3.Define the concept of a crystal plane and expln how Millerindices are used to describe crystal planes.Answers:1.A lattice is an infinitely repeating arrangement of pointsin space that defines the basic symmetry of a crystal, while aunit cell is the smallest repeating unit of a crystal lattice that can be used to reconstruct the entire crystal by translation.2.Coordination number is the number of nearest neighbors of anatom in a crystal lattice. An example of a coordination number 6 crystal structure is the hexagonal close-packed (HCP) structure.3.A crystal plane is an imaginary flat surface in a crystalthat can be used to define the orientation of the crystal in space.Miller indices are a set of integers that describe the orientation of a crystal plane relative to the crystal axes. The Millerindices of a plane are determined by finding the reciprocals of the intercepts of the plane with the crystal axes and thenreducing these reciprocals to the smallest set of integers that give a unique designation of the plane.。
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近,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。
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1.如图是金刚石结构晶胞,若a 是其晶格常数,则其原子密度是。
2.所有晶体都有的一类缺陷是:原子的热振动,另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3.半导体的电阻率为10-3~109Ωcm。
4.什么是晶体?晶体主要分几类?5.什么是掺杂?常用的掺杂方法有哪些?答:为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6.什么是替位杂质?什么是填隙杂质?7.什么是晶格?什么是原胞、晶胞?二、第二章量子力学初步1.量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2.什么是概率密度函数?3.描述原子中的电子的四个量子数是:、、、。
三、第三章固体量子理论初步1.能带的基本概念◼能带(energy band)包括允带和禁带。
◼允带(allowed band):允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带(forbidden band):不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带(empty band):不被电子占据的允带。
◼满带(filled band):允带中的能量状态(能级)均被电子占据。
导带:有电子能够参与导电的能带,但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带,但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
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 ×10-19Cn2/V sp2/V s μ=1350 cmμ=500 cmε0×10-12F/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。
半导体物理与器件第三版课后练习题含答案1. 对于p型半导体和n型半导体,请回答以下问题:a. 哪些原子的掺入能够形成p型半导体?掺入三价元素(如硼、铝等)能够形成p型半导体。
b. 哪些原子的掺入能够形成n型半导体?掺入五价元素(如磷、砷等)能够形成n型半导体。
c. 请说明掺杂浓度对于导电性有何影响?掺杂浓度越高,导电性越强。
因为高浓度的杂质能够带来更多的杂质离子和电子,从而提高了载流子浓度,增强了半导体的导电性。
d. 在p型半导体中,哪些能级是占据态,哪些是空的?在p型半导体中,价带能级是占据态,而导带能级是空的。
e. 在n型半导体中,哪些能级是占据态,哪些是空的?在n型半导体中,导带能级是占据态,而价带能级是空的。
2. 硅p-n结的温度系数是大于零还是小于零?请解释原因。
硅p-n结的温度系数是负的。
这是因为在给定的工作温度下,少子寿命的下降速率与载流子浓度的增长速率之间存在一个平衡。
当温度升高时,载流子浓度增长的速率加快,因而少子寿命下降的速率也会变大。
这一现象会导致整体导电性下降,即硅p-n结中的电流减少。
因此,硅p-n结的温度系数为负。
3. 在半导体器件中,为什么p-n结击穿电压很重要?请简要解释。
p-n结击穿电压是指在一个p-n结器件中施加的足以导致电流大幅增加的电压。
在普通的工作条件下,p-n结是一个非导电状态,而电流仅仅是由热激发和少数载流子扩散引起。
但是,当施加的电压超过了击穿电压时,大量的载流子会被电流激发和扩散,从而导致电流剧增,从而损坏器件或者破坏电路的运行。
因此,掌握p-n结的击穿电压非常重要,可以保证器件稳定和电路的可靠性。
半导体物理学试题及答案(总6页) --本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--半导体物理学试题及答案半导体物理学试题及答案(一) 一、选择题1、如果半导体中电子浓度等于空穴浓度,则该半导体以( A )导电为主;如果半导体中电子浓度大于空穴浓度,则该半导体以( E )导电为主;如果半导体中电子浓度小于空穴浓度,则该半导体以( C )导电为主。
A、本征B、受主C、空穴D、施主E、电子2、受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。
A、电子和空穴B、空穴C、电子3、电子是带( B )电的( E );空穴是带( A )电的( D )粒子。
A、正B、负C、零D、准粒子E、粒子4、当Au掺入Si中时,它是( B )能级,在半导体中起的是( D )的作用;当B掺入Si中时,它是( C )能级,在半导体中起的是( A )的作用。
A、受主B、深C、浅D、复合中心E、陷阱5、 MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型( A )。
A、相同B、不同C、无关6、杂质半导体中的载流子输运过程的散射机构中,当温度升高时,电离杂质散射的概率和晶格振动声子的散射概率的变化分别是( B )。
A、变大,变小 ;B、变小,变大;C、变小,变小;D、变大,变大。
7、砷有效的陷阱中心位置(B )A、靠近禁带中央B、靠近费米能级8、在热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比EF小的量子态被电子占据的概率为( A )。
A、大于1/2B、小于1/2C、等于1/2D、等于1E、等于09、如图所示的P型半导体MIS结构的C-V特性图中,AB段代表( A),CD段代表( B )。
A、多子积累B、多子耗尽C、少子反型D、平带状态10、金属和半导体接触分为:( B )。
A、整流的肖特基接触和整流的欧姆接触B、整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触C、非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触D、非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触11、一块半导体材料,光照在材料中会产生非平衡载流子,若光照忽然停止t?后,其中非平衡载流子将衰减为原来的( A )。
半导体物理与器件_常熟理工学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.半导体的四类产品中,规模最大的是()答案:集成电路2.()是联系微观粒子波粒二象性的桥梁答案:普朗克常数3.考虑一种面心立方单晶材料,其晶格常数为a,则该晶体的原子体浓度为()答案:4.闪锌矿结构包含几种原子()答案:5.布洛赫定理是描述()中电子的运动行为?答案:晶体6.以下关于半导体能带特征描述正确的是()答案:室温下,硅的禁带宽度约为1.12eV,是间接带隙半导体7.关于施主掺杂,下列说法不正确的是()答案:施主杂质是一种间隙式杂质8.半导体晶体导带底附近的量子态密度与能量之间符合什么关系()答案:抛物线9.时,空穴占据量子态的概率()。
答案:>50%10.对于给定的半导体,随着温度升高,本征载流子的浓度()答案:增大11.掺杂浓度相同时,下列半导体器件极限工作温度大小关系正确的是()答案:砷化镓>硅>锗12.电离杂质散射概率与温度关系正确的是()答案:13.有效复合中心的能级通常都靠近()答案:14.已知半导体的费米能级位于禁带内,且距离导带底约1/3禁带宽度,则平衡电子浓度和空穴浓度的大小关系约为()答案:15.小注入条件下,对于n型半导体的直接复合,若电子-空穴复合概率为,则非平衡载流子的寿命为()答案:16.若浓度为的复合中心掺入本征硅,设其能级位于禁带中央,且电子和空穴的俘获系数分别为和,则小注入寿命为答案:17.假设掺杂浓度为的p型Si,其少子扩散长度约为1mm,那么,当掺杂浓度为时,其少子扩散长度可能为()答案:218.施主掺杂浓度为,受主掺杂浓度为的合金结,可以表示为()答案:,突变结19.下列哪个条件不是理想pn结模型的假设条件()答案:耗尽层有载流子的产生与复合20.实际处于反偏状态下的pn结,其载流子的产生率与复合率之间的关系为()答案:产生率大于复合率21.pn结雪崩击穿的的机理是()答案:载流子的倍增效应22.室温下,下列哪个硅半导体的功函数最大()答案:硼掺杂浓度为23.考虑理想的金属半导体接触,若金属的功函数为4eV,则下列哪种n型半导体可以与之形成反阻挡层()答案:功函数为4.2eV的半导体24.下列哪个结构的金半接触可以形成欧姆接触()答案:金属-25.已知一半导体异质结为,说明()答案:A为p型窄禁带半导体,B为n型宽禁带半导体26.若半导体的禁带宽度为3eV,下面哪种光可以产生本征吸收()答案:波长为300的光27.半导体LED是工作于()下的发光的二极管答案:正向偏压28.pn结型太阳能电池的工作原理是()答案:光生伏特效应29.为了减少固定电荷密度和快界面态的影响,制作MOS器件通常选择硅单晶的方向为()答案:[100]30.MOS器件绝缘层中的可动电荷是()答案:钠离子31.关于半导体硅晶体结构的描述,正确的有()答案:每个硅晶胞中包含8个硅原子半导体硅具有金刚石型结构位于硅晶胞8个顶角的硅原子与晶胞6个面心的硅原子等价32.关于半导体空穴,描述正确的有()答案:p型掺杂将在半导体中引入更多的空穴空穴带有正电荷,且具有正的有效质量空穴运动的本质是价带中电子的运动33.关于离子注入掺杂,说法正确的有()答案:将半导体晶片偏转一定的角度可以避免离子注入遇到的沟道效应离子注入利用电场来控制离子的注入深度离子注入利用磁场来筛选注入的离子34.关于费米能级,下列说法正确的有()答案:半导体费米能级位置与掺杂浓度紧密相关半导体费米能级位置会随温度的变化而变化费米能级的位置标志着半导体中电子填充能级的水平35.半导体重掺杂,可能会导致下列哪些现象()答案:半导体费米能级进入导带或价带中引起半导体杂质原子的电子共有化运动半导体载流子统计分布需要用费米分布函数来描述36.半导体散射机制有()答案:中性杂质散射晶格振动散射等同的能谷间散射电离杂质散射37.关于热载流子的说法,正确的有()答案:热载流子可以通过发射光学波声子来释放从电场中获得的能量热载流子的有效温度大于晶格温度38.间接复合包含哪些微观过程()答案:发射电子过程俘获空穴过程俘获电子过程发射空穴过程39.半导体pn结空间电荷区又可以称为()答案:势垒区高阻区耗尽区40.半导体pn结型激光器的工作的条件有()答案:共振腔注入电流大于阈值电流密度分布反转41.半导体重空穴是指价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴答案:错误42.高度补偿的半导体等同于纯净的半导体答案:错误43.对于杂质半导体而言,载流子可以来源于杂质电离和本征激发答案:正确44.电子准费米能级与空穴准费米能级之间的距离,可以说明半导体偏离平衡状态的程度答案:正确45.实际应用中,可以在硅中掺入少量的金,来缩小少数载流子的寿命,但不会严重影响半导体硅的电阻率答案:正确46.突变pn结势垒区中的电场强度是位置x的线性函数答案:正确47.pn结隧道二极管是用重掺杂的简并半导体制成的,是一量子跃迁过程,电子穿越势垒迅速,可以工作在极高的频率下答案:正确48.半导体表面态密度很高时,可以屏蔽金属接触的作用,使半导体内的势垒高度和金属功函数几乎无关答案:正确49.半导体中产生激子吸收后,激子会停留在产生部位,不能在整个晶体中运动答案:错误50.半导体异质结发光二极管中禁带宽度较宽的部分可以作为辐射光的透出窗答案:正确。
半导体器件物理习题第一章1 设晶体的某晶面与三个直角坐标轴的截距分别为2a,3a,4a,其中a 为晶格常数,求该晶面的密勒指数。
2 试推导价带中的有效态密度公式232]2[2h kT m N p V π=。
提示:价带中的一个状态被空穴占据的几率为1-F (E ),其中F (E )为导带中电子占据能量E 的几率函数。
3 室温300K 下,硅的价带有效态密度为1.04×1019cm -3,砷化镓的为7×1018cm -3,求相应的空穴有效质量,并与自由电子的质量相比较。
4 计算在液氮温度下77K 、室温300K 及100℃下硅中Ei 的位置,设m p =0.5m 0,m n =0.3m 0。
并说明Ei 位于禁带中央的假设是否合理。
5 求300K 时下列两种情况下硅的电子和空穴浓度及费米能级:(a) 掺1×1016原子/cm 3的硼,(b) 掺3×1016原子/cm 3的硼及2.9×1016原子/cm 3的砷。
6 假定满足杂质完全电离的条件,求出在掺磷浓度分别为1015 、1017、1019原子/cm 3时,硅在室温下的费米能级。
根据计算结果得到的费米能级验证这三种情况下杂质完全电离的假设是否成立。
7 计算300K 时,迁移率为1000cm 2/Vs 的电子平均自由时间和平均自由程,设m n =0.26m 0。
8 在均匀n 型半导体样品的某一点注入少数载流子(空穴),样品的两端加50V/cm 的电场,电场使少数载流子在100μs 中运动1cm ,求少子的漂移速度和扩散系数。
9 求本征硅及本征砷化镓在300K 时的电阻率。
10 一不知掺杂浓度的样品硅,用霍耳测量得到下述的数据:W=0.05cm ,A=1.6×10-3cm 2,I=2.5mA ,磁场为30nT(1T=104Wb/cm 2)。
若测得霍耳电压为10mV ,求该半导体样品的霍耳系数、导电类型、多数载流子浓度、电阻率和迁移率。
半导体物理与器件题库目录半导体物理与器件题库 (1)填空题 (2)简答分析题 (3)名词解释 (4)计算题 (5)第一篇习题半导体中的电子状态 (9)第二篇习题-半导体中的杂质和缺陷能级 (11)第二篇题解 (11)第三篇习题半导体中载流子的统计分布 (12)第三篇题解半导体中载流子的统计分布 (12)第四篇习题-半导体的导电性 (15)第四篇题解-半导体的导电性 (16)第五篇习题-非平衡载流子 (17)第五篇题解-非平衡载流子 (17)填空题1.固体材料可以分为 晶体 和 非晶体 两大类,它们之间的主要区别是 。
2.纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质,当杂质电离时释放 电子 。
这种杂质称 施主 杂质;相应的半导体称 N 型半导体。
3.半导体中的载流子主要受到两种散射,它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。
前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用,后者在 温度高 下起主要作用。
4.当半导体中载流子浓度的分布不均匀时,载流子将做 扩散 运动;在半导体存在外加电压情况下,载流子将做 漂移 运动。
5.对n 型半导体,如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准,那末, 为非简并条件; 为弱简并条件; 简并条件。
6.空穴是半导体物理学中一个特有的概念,它是指: ;7.施主杂质电离后向 带释放 ,在材料中形成局域的 电中心;受主杂质电离后 带释放 ,在材料中形成 电中心;8.半导体中浅能级杂质的主要作用是 ;深能级杂质所起的主要作用 。
9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________;本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。
10.施主杂质电离后向半导体提供 ,受主杂质电离后向半导体提供 ,本征激发后向半导体提供 。
11.对于一定的n 型半导体材料,温度一定时,较少掺杂浓度,将导致 靠近Ei 。
12.热平衡时,半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数,它只与 和 有关,而与 、无关。
《半导体物理与器件》习题库目录《半导体物理与器件》习题库 (1)第1章思考题和习题 (2)第2章思考题和习题 (3)第3章思考题和习题 (6)第4章思考题和习题 (10)第5章半导体器件制备技术 (12)第6章Ga在SiO2/Si结构下的开管掺杂 (13)第1章思考题和习题1. 300K时硅的晶格常数a=5.43Å,求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少?2. 综述半导体材料的基本特性及Si、GaAs的晶格结构和特征。
3. 画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图,并对它们的导电性能作出定性解释。
4. 以硅为例,简述半导体能带的形成过程。
5. 证明本征半导体的本征费米能级E i位于禁带中央。
6. 简述迁移率、扩散长度的物理意义。
7. 室温下硅的有效态密度Nc=2.8×1019cm-3,κT=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV,如果忽略禁带宽度随温度的变化,求:(a)计算77K、300K、473K 3个温度下的本征载流子浓度。
(b) 300K本征硅电子和空穴的迁移率分别为1450cm2/V·s和500cm2/V·s,计算本征硅的电阻率是多少?8. 某硅棒掺有浓度分别为1016/cm3和1018/cm3的磷,求室温下的载流子浓度及费米能级E FN的位置(分别从导带底和本征费米能级算起)。
9. 某硅棒掺有浓度分别为1015/cm3和1017/cm3的硼,求室温下的载流子浓度及费米能级E FP的位置(分别从价带顶和本征费米能级算起)。
10. 求室温下掺磷为1017/cm3的N+型硅的电阻率与电导率。
11. 掺有浓度为3×1016cm-3的硼原子的硅,室温下计算:(a)光注入△n=△p=3×1012cm-3的非平衡载流子,是否为小注入?为什么?(b)附加光电导率△σ为多少?(c)画出光注入下的准费米能级E’FN和E’FP(E i为参考)的位置示意图。
(d)画出平衡下的能带图,标出E C、E V、E FP、E i能级的位置,在此基础上再画出光注入时,E FP’和E FN’,并说明偏离E FP的程度是不同的。
12. 室温下施主杂质浓度N D=4×1015 cm-3的N型半导体,测得载流子迁移率μn=1050cm2/V·s,μp=400 cm2/V·s, κT/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少?第2章思考题和习题1.简述PN结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。
2.画出平衡PN结,正向PN结与反向PN结的能带图,并进行比较。
3.如图2-69所示,试分析正向小注入时,电子与空穴在5个区域中的运动情况。
4.仍如图2-69为例试分析PN结加反向偏压时,电子与空穴在5个区域中的运动情况。
5试画出正、反向PN结少子浓度分布示意图,写出边界少子浓度及少子浓度分布式,并给予比较。
6. 用平衡PN结的净空穴等于零的方法,推导出突变结的接触电动势差U D表达式。
7.简述正反向PN结的电流转换和传输机理。
8.何为正向PN结空间电荷区复合电流和反向PN结空间电荷区的产生电流。
9.写出正、反向电流_电压关系表达式,画出PN结的伏安特性曲线,并解释pN结的整流特性特性。
10.推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。
并画出示意图。
11.推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。
并画出示意图。
12.什么叫PN结的击穿与击穿电压,简述PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理,并说明两者之间的不同之处。
13.如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压?14.如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压?15.如何减小PN结的表面漏电流?16.什么叫PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容?17.什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间?提高二极管开关速度的途径有哪些?18.以N 型硅片为衬底扩硼制备PN 结,已知硼的分布为高斯函数分布,衬底浓度N D =1×1015/cm 3,在扩散温度为1180℃下硼在硅中的扩散系数D=1.5×10-12cm 2/s ,扩散时间t=30min ,扩散结深X j =2.7μm 。
试求:①扩散层表面杂质浓度N s ?②结深处的浓度梯度a j ?③接触电势差U D ?19. 有两个硅PN 结,其中一个结的杂质浓度cmN D 315105−⨯=,cm N A 317105−⨯=;另一个结的cm N D 319105−⨯=,cm N A 317105−⨯=,求室温下两个PN 结的接触电动势差。
并解释为什么杂质浓度不同,接触电动势差的大小也不同。
20. 计算一硅PN 结在300K 时的内建电场,cm N A 31810−=,cm N D 31510−=。
21. 已知硅PN 结:,10,105316316cm N cm N D A −−=⨯=cm D n 221=,s cm D P 210=,,1057s n P −⨯==ττ截面积cm A 24102−⨯=,求 ①理想饱和电流J 0?②外加正向电压为V 5.0时的正向电流密度J ?③电子电流与空穴电流的比值?并给以解释。
22. 仍以上题的条件为例,假设,τττp n g ==计算V 4反向偏压时的产生电流密度。
23.最大电场强度(T=300K )?求反型电压300V 时的最大电场强度。
24. 对于一个浓度梯度为cm 42010−的硅线性缓变结,耗尽层宽度为m μ5.0。
计算最大电场强度和结的总电压降。
25. 一硅P +N 结,其cm N cm N D A 31531910,10−−==,面积,10123cm A −⨯=计算反向偏压U 分别等于V 5和V 10的么势垒电容C T 、空间电荷区宽度X M 和最大电场强度E M 。
26. 计算硅P +N 结的击穿电压,其cm N D 31610−=(利用简化式)。
27. 在衬底杂质浓度cm N D 316105−⨯=的N 型硅晶片上进行硼扩散,形成PN 结,硼扩散后的表面浓度,10318cm N S −=结深m μ5X j =。
试求结深处的浓度梯度a j ,施加反向偏压V 5时的单位面积势垒电容和击穿电压U B 。
28. 设计一P +N 突变结二极管。
其反向电压为V 130,且正向偏压为V 7.0时的正向电流为mA 2.2。
并假设s p 1070−=τ。
29. 一硅P +N 结,cm N D 31510−=,求击穿时的耗尽层宽度,若N 区减小到m μ5计算击穿电压并进行比较。
30. 一个理想的硅突变结cm N cm N D A 31531810,10−−==,求①计算K 250、K 300、K 400、K 500下的内建电场U D ,并画出U D 对温度T 的关系曲线。
②用能带图讨论所得结果。
③求K 300下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。
第3章 思考题和习题1. 画出PNP 晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。
2. 画出正偏置的NPN 晶体管载流子输运过程示意图,并解释电流传输和转换机理。
3. 解释发射效率γ0和基区输运系数β0*的物理意义。
4. 解释晶体管共基极直流电流放大系数α0,共发射极直流电流放大系数β0的含义,并写出α0、β0、γ0和β0*的关系式。
5. 什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管?两者在工作原理上有什么不同?6. 画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论它们之间的异同。
7. 晶体管的反向电流ICBO、IEBO、ICEO是如何定义的?写出IC之间的关系式并加以讨论。
EO与ICBO8. 晶体管的反向击穿电压BUCBO、BUCEO、BUEBO是如何定义的?写出BUCEO与BUCBO之间的关系式,并加以讨论。
9. 高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么?10. 描写晶体管的频率参数主要有哪些?它们分别的含义是什么?11. 影响特征频率fT的因素是什么?如何特征频率fT?12. 画出晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图。
13. 大电流时晶体管的β0、fT下降的主要原因是什么?14. 简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射极电流集边效应的机理。
15. 什么叫晶体管最大耗散功率PCM?它与哪些因素有关?如何减少晶体管热阻RT?16. 画出晶体管的开关波形,图中注明延迟时间τd、上升时间tr、储存时间ts、下降时间tf,并解释其物理意义。
17. 解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。
18. 以NPN硅平面为例,当发射结正偏、集电结反偏状态下,分别说明从发射极进入的电子流,在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中,以什么运动形式(指扩散或漂移)为主。
19. 试比较fα、fβ、fT的相对大小。
20. 画出晶体管饱和态时的载流子分布,并简述超量存储电荷的消失过程。
21. 画出普通晶闸的基本结构图,并简述其基本工作原理。
22. 有一低频小功率合金晶体管,用N型Ge作基片,其电阻率为1.5Ωcm,用烧铟合金方法制备发射区和集电区,两区掺杂浓度约为3×1018/cm3,求r o(已知W b=50mμ,L ne=5mμ)。
23. 某一对称的P+NP+锗合金管,基区宽度为5mμ,基区杂质浓度为5×1015cm-3,基区空穴寿命为10sμ(A E=A C=10-3cm2)。
计算在U EB=0.26V、U CB=-50V 时的基极电流I B?求出上述条件下的α0和β0(r0≈1)。
24. 已知均匀基区硅NPN晶体管的γ0=0.99,BU CBO=150V,W b=18.7mμ,基区中电子寿命тb=1us(若忽略发射结空间电荷区复合和基区表面复合),求α0、β0、β0*和BU CEO(设D n=35cm2/s).25. 已知NPN双扩散外延平面晶体管,集电区电阻率ρc=1.2Ωcm,集电区厚度W c=10mμ,硼扩散表面浓度N BS=5×1018cm-3,结深X jc=1.4mμ。
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。
26. 已知P+NP晶体管,其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为5×1018cm-3、2×1016cm-3、1×1015cm-3,基区宽度W b=1.0m,器件截面积为0.2mm2,当发射结上的正向偏压为0.5V,集电结反向偏压为5V时,计算:(1)中性基区宽度?(2)发射结少数载流子浓度?27. 对于习题26中的晶体管,少数载流子在发射区、基区、集电区德扩散系数分别为52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s,对应的少数载流寿命分别为10-8s、10-7s、10-6s,求晶体管的各电流分量?28. 利用习题26、习题27所得到的结果,求出晶体管的端点电流I E、I C和I B。