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2010–2011学年第一学期期末考试试卷（A 卷）开课学院：物电学院 课程名称：半导体物理学 考试形式：闭卷，所需时间：120分钟注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。
一、填空题（共30分，每空1分） 1、半导体中有 电子 和 空穴 两种载流子，而金属中只有 电子 一种载流子。
2、杂质原子进入材料体内有很多情况，常见的有两种，它们是 替代式 杂质和间隙式 杂质。
1、 3、根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵从费米统计率，对于能量为E 的一个量子态，被一个电子占据的概率为()f E ，表达式为 ，()f E 称为电子的费米分布函数，它是描写 在热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布 的一个统计分布函数。
当0F E E k T ->>时，费米分布函数转化为()B f E ，表达式为 ，()B f E 称为电子的玻尔兹曼分布函数。
在0F E E k T ->>时，量子态被电子占据的概率很小，这正是玻尔兹曼分布函数适用的范围。
费米统计率与玻尔兹曼统计率的主要差别在于 前者受泡利不相容原理的限制 ，而在0F E E k T ->>的条件下，该原理失去作用，因而两种统计的结果变成一样了。
4、在一定温度下，当没有光照时，一块n 型半导体中， 电子 为多数载流子， 空穴 是少数载流子，电子和空穴的浓度分别为0n 和0p ，则0n 和0p 的关系为 大于 ，当用g h E ν>>（该半导体禁带宽度）的光照射该半导体时，光子就能把价带电子激发到导带上去，此时会产生 电子空穴对 ，使导带比平衡时多出一部分电子n ，价带比平衡时多出一部分空穴p ，n 和p 的关系为 ，这时把非平衡电子称为非平衡 多数 载流子，而把非平衡空穴称为非平衡 少数 载流子。
在一般小注入情况下，在半导体材料中，非平衡 多数 载流子带来的影响可忽略，原因是 注入的非平衡多数载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多 ，而非平衡 少数 载流子却往往起着重要作用，原因是 2、 注入的非平衡少数载流子浓度比平衡时的少数载流子浓度大得多。
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学二零零五至二零零六学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题 B 卷（120分钟）考试形式：闭卷考试日期200 6年1 月13日注：1、本试卷满分70分，平时成绩满分15分，实验成绩满分15分；2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。
课程成绩构成：平时分，期中分，实验分，期末分一、选择填空（含多选题）（18分）1、重空穴是指（）A、质量较大的原子组成的半导体中的空穴B、价带顶附近曲率较大的等能面上的空穴C、价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴D、自旋－轨道耦合分裂出来的能带上的空穴2、硅的晶格结构和能带结构分别是（）A. 金刚石型和直接禁带型B. 闪锌矿型和直接禁带型C. 金刚石型和间接禁带型D. 闪锌矿型和间接禁带型3、电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（）。
A、各处出现的几率相同B、各处的相位相同C、各元胞对应点出现的几率相同D、各元胞对应点的相位相同4、本征半导体是指（）的半导体。
A、不含杂质与缺陷；B、电子密度与空穴密度相等；C、电阻率最高；C、电子密度与本征载流子密度相等。
5、简并半导体是指（）的半导体A、(E C-E F)或(E F-E V)≤0B、(E C-E F)或(E F-E V)≥0C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子………密………封………线………以………内………答………题………无………效……6、当Au 掺入Si 中时，它引入的杂质能级是（ ）能级，在半导体中起的是（ ）的作用；当B 掺入Si 中时，它引入的杂质能级是（ ）能级，在半导体中起的是（ ）的作用。
A 、施主B 、受主C 、深D 、浅7、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm -3, 磷为1015 cm -3，则该半导体为（ ）半导体；其有效杂质浓度约为（ ）。
A. 本征，B. n 型，C. p 型，D. 1.1×1015cm -3,E. 9×1014cm -3 8、3个硅样品的掺杂情况如下：甲．含镓1×1017cm -3；乙.含硼和磷各1×1017cm -3；丙.含铝1×1015cm -3这三种样品在室温下的费米能级由低到高（以E V 为基准）的顺序是( ) A.甲乙丙； B.甲丙乙； C.乙丙甲； D.丙甲乙9、以长声学波为主要散射机构时，电子的迁移率μn 与温度的（ ）。
2006级《现代半导体器件》期末考试试卷A 标准答案1. (1)对于P －Si 为衬底时：V n N q kT i A FP29.0105.110ln 026.0ln 1015=⨯⨯==ϕ，而氧化层电容：287140/109.2101209.31085.8----⨯=⨯⨯⨯==cm F t C oxoxox εε则阈值电压()V C Q n Nq kT C qN V ox ox ms i A ox FP D s TN 41.1109.2106.11038.029.02109.258.09.11106.1101085.82ln 2228191121281915142120-=⨯⨯⨯⨯--⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡=-----φϕεε(2)对于N －Si 衬底：V n N q kT i D FN29.0105.110ln 026.0ln 1015-=⨯⨯-=-=ϕ ()V C Q n Nq kT C V ox ox ms i D oxFP s TP 53.2109.2106.11032.029.02109.258.0106.1109.111085.82ln 22281911212201915142120-=⨯⨯⨯⨯-+⨯-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=-+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=---φϕεε结果表明对于NMOS ，在考虑界面电荷影响的前提下，在V GS ＝0时即可实现正常工作，而对于PMOS 阈值电压为负，室温下处于截止状态，所以平带电压对于MOSFET 的阈值电压的影响很大。
2. 解：(1)双极晶体管的开关过程可分为四个阶段：a.延迟阶段；b.上升阶段；c.储存阶段；d.下降阶段。
其中储存过程所需要的时间最长，所以储存时间是影响开关时间的关键。
(2)储存过程是指从t 3外加脉冲信号去掉(V I =0)到t 4电流I C ＝0.9I CS 的过程。
当外加脉冲电压突然去掉时，I C 不会立刻减小，超量存储电荷不会立刻消失。
一、填空题1．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。
2．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。
3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。
4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 .5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 qnn 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。
6．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。
7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。
8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。
样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。
费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。
9．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，那么T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。
10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。
广东工业大学考试试卷 ( A )课程名称: 半导体物理学 试卷满分 分考试时间: 2008 年1 月 3 日 (第 18 周 星期 四 )一、（20分）名词解释（每题4分）布喇菲格子，离子晶体，费仑克尔缺陷，施主能级，间接复合。
二、（10分）硅晶体为金刚石结构，晶格常数为5.43Å，计算（110）面内单位面积上的原子数。
三、（10分）已知一维晶体的电子能带可以写成)6c o s 812c o s 87()(22ka ka a m h k E o ππ+-=其中a 为晶格常数。
求能带的宽度。
四、（10分）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
五、（10分）设E －E F 为1.5k 0T ，分别用费米分布函数和玻尔兹曼分布函数计算电子占据该能级的概率。
六、（15分)在室温时对Ge 均匀掺杂百万分之一的硼原子后，计算掺杂锗室温时的多子浓度和少子浓度以及E F 的位置。
七、（15分）一块迁移率为S V cm p ⋅=/5002μ的n 型硅样品，空穴寿命s p μτ5=，在其平面形的表面处有稳定的空穴注入，过剩空穴浓度313010)(-=∆cm p ，计算从这个表面扩散进入半导体内部的空穴电流密度，以及在离表面多远处过剩空穴浓度等于1012cm -3。
八、（10分）掺有1.1×1016 cm -3硼原子和9×1015 cm -3磷原子的Si 样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。
计算中可能用到的常数：Si的原子密度：5.00×1022/cm3，Ge的原子密度：4.42×1022/cm3本征载流子浓度：Si：n i＝1.5×1010/cm3，Ge：n i＝2.4×1013/cm3迁移率：Si μn=1350cm2/V.s，μp=500cm2/V.s；Ge：μn=3900cm2/V.s，μp=1900cm2/V.s Si有效状态密度：N c=2.8×1019/cm3，N v＝1.1×1019/cm3Ge有效状态密度：N c=1.1×1019/cm3，N v＝5.7×1018/cm3电子电量为1.6×10－19C；普朗克常数h＝6.625×10－34J.s室温时k0T=0.026eV半导体物理试卷解答一、名词解释：（1）布拉菲点阵：实际晶体可以看作基元在空间的周期性重复排列。
课程号： 0302053《材料物理A 》期末考试试卷（A ）考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟班号 学号 姓名 得分二、简答题（每小题5分，共40分）1．简述铁电体、压电体、热电体、介电体的关系。
2．简述半导体的分类。
本征半导体,其载流子 3．简述热应力产生的原因（举例说明）。
4．简述提高无机材料透光性的措施有哪些？5．本征离子电导的导电离子（载流子）主要由什么缺陷提供？其载流子浓度：n ＝N exp(E /2kT )中E 的物理意义是什么？6．离子迁移率 ，试分析影响离子迁移率的主要因素是什么? 7．画出软磁、硬磁及矩磁材料的磁滞回线。
并简单说明硬磁材料的应用。
8．说出四种无机材料的韧化机制。
三、计算题（共20分） 1．（5分）一部热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J /(cm.s.℃)，其厚度=120mm 。
如果表面热传递系数h=0.05 J /(cm 2.s.℃),假设形状因子S=1，R=547℃,估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
2．（5分）一透明Al 2O 3板厚度为1mm ，折射率n=1.76，用以测定光的吸收系数。
如果光通过板厚之后，其强度降低了15%，计算吸收及散射系数的总和。
3．（10分）有一无机绝缘长方形薄片材料，长为a ，宽为b ，若采用直流四探针法测其绝缘电阻，相邻电极间的距离均为L 。
（1）请画出测量试件体电阻和表面电阻的接线电路图。
（2）若采用200V 直流电源测出试件的表面电阻为100M Ω，试计算该材料的表面电阻率。
四、综述题（共10分）绘出典型铁电体的极化曲线和电滞回线，说明其主要参数的物理意义和造成P —E 非线性关系的原因。
⎪⎭⎫⎝⎛-⋅==kT U kT q E 020exp 6δνυμ附：基本公式1． 第一、第二和第三热断裂抵抗因子分别为2． 介质对光吸收的一般规律： 3．光散射方程：4．反射系数(m) ：5．费米分布函数： 1]/)exp(1[)(--+=kT E E E f f 6．体电阻率的理论表达式：体电阻率的实验表达式：7．薄圆片式样表面电阻率表达式：8．导带中导电电子的浓度：价带中空穴的浓度：9．滑移面上F 方向的应力为 ：10．理论断裂强度：aE m γσ=11．格利菲斯裂纹断裂强度：cE c γσ=12．胡克定律：εσE =()αμσE R f -=1h r R T m 31.01max ⨯'=∆()αμσE T f -=∆1max ()αμλσE R f -='1()pp f C R C E R ρρλαμσ'=⋅-=''1()2max 31m f p r E C dt dT ⋅-⋅-=⎪⎭⎫ ⎝⎛αμσρλ2212111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛'=n n w w m 令xe I I α-=0Sx e I I -=0IVh r V ⋅=21πρIVh r r V ⋅+=4)(221πρI Vr r s ⋅=12ln 2πρ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=kT E E N n f c c e exp ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=kT E E N n V f V h exp 2/32*22⎪⎪⎭⎫⎝⎛=h kTm N e c π2/32*22⎪⎪⎭⎫⎝⎛=h kT m N h VπAF A F φφσcos cos /==。
1．在半导体材料中， 属于第一代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的 结构，能带结构属于 带隙型的； 属于第二代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的 结构，能带结构属于 带隙型的（直接或间接）。
2．一般情况下，在纯净的半导体中掺 使它成为Ｎ型半导体，在纯净的半导体中掺 ，使它形成Ｐ型半导体。
通常把形成Ｎ型半导体的杂质称为 ，把形成Ｐ型半导体的杂质称为 。
3． 是衡量电子填充能级的水平，平衡ＰＮ结的标志是 。
4．ＰＮ结击穿共有三种： 、 、 ，击穿现象中，电流增大的基本原因不是由于迁移率增大，而是由于载流子浓度增加，一般掺杂浓度下， 击穿机构是主要的，当杂质浓度较高，且反向电压不高时，易发生 击穿。
5．MIS 结构外加栅压时，半导体表面共有三种状态： 、 、 。
二、 选择题：（共20分 每空1分）1．硅单晶中的空位属于（ ）Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 2．半导体晶体中原子结合的性质主要是（ ）。
A 共价键结合B 金属键结合C 离子键结合 3．下列能起有效复合中心作用的物质是（ ）A 硼（B ） B 金（Au ）C 磷（P ）D 铝（Al ）4．载流子的迁移率是描述载流子( )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( )的一个物理量。
A 在电场作用下的运动快慢B 在浓度梯度作用下的运动快慢 5．载流子的扩散运动产生（ ）电流，漂移运动产生（ ）电流。
A 漂移B 隧道C 扩散 6．实际生产中，制作欧姆接触最常用的方法是（ ）Ａ 重掺杂的半导体与金属接触 Ｂ 轻掺杂的半导体与金属接触 7．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 =VB B V S =2V BC V S =08．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．在开关器件及与之相关的电路制造中，（ ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。
半导体期末试题可能用到的物理常数：电子电量q=1.602×10-19C，真空介电常数ε0=8.854×10-12F/m，室温（300K）的，SiO2相对介电常数=3.9，N C=2.8×1019cm-3，300K时，n i(GaAs)=1.1×107cm-3.一、多选题:在括号中填入正确答案（共30分，共19题，每空1分）受主是能增加（B）浓度的杂质原子，施主是能增加（A）浓度的杂质原子，A、电子B、空穴2.如果杂质在化合物半导体中既能作施主又能作受主的作用，则这种杂质称为（ B ）。
A、受主B、两性杂质C、施主3.对于掺杂浓度为N D的非简并半导体，0 K下，其电子浓度=（ D ）；在低温下，其电子浓度=（ B ）；在高温本征温度下，其电子浓度=（ C ）；A、N DB、n D+C、n iD、04.对于宽带隙的半导体，激发电子从价带进入导带需要更（A ）的能量，本征温度区的起始温度更（ A ）。
A、高 B. 低5.在一定温度下，非简并半导体的平衡载流子浓度的乘积（C）本征载流子浓度的平方。
该关系（ D ）于本征半导体，（ D ）于非本征半导体。
A、大于B、小于C、等于D、适用E、不适用6.电子是（A），其有效质量为（D）；空穴是（B），其有效质量为（C）。
A、粒子B、准粒子C、负D、正E、07. p型半导体中的非平衡载流子特指（C ），其空穴的准费米能级（I ）电子的准费米能级。
A、n0B、p0C、ΔnD、ΔpE、nF、pG、高于H、等于I、小于8. 在室温下，低掺杂Si的载流子散射机制主要是（ B D ）。
A、压电散射B、电离杂质散射 C. 载流子-载流子散射D.晶格振动散射9. 适用于（ B ）半导体。
A、简并B、非简并10. Ge和Si是（B ）能隙半导体，（D）是主要的复合过程。
而GaAs是（A）能隙半导体，（ C ）是主要的复合过程。
A、直接B、间接C、直接复合D、间接复合11. 在外加电场作用下，载流子的（C）运动是定向的。
赣 南 师 范 学 院2010–2011学年第一学期期末考试试卷（A 卷）开课学院：物电学院 课程名称：半导体物理学 考试形式：闭卷，所需时间：120分钟注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线；2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线；3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。
一、填空题（共30分，每空1分）1、半导体中有 和 两种载流子，而金属中只有 一种载流子。
2、杂质原子进入材料体内有很多情况，常见的有两种，它们是 杂质和 杂质。
3、根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵从费米统计率，对于能量为E 的一个量子态，被一个电子占据的概率为()f E ，表达式为 ，()f E 称为电子的费米分布函数，它是描写 的一个统计分布函数。
当0F E E k T ->>时，费米分布函数转化为()B f E ，表达式为 ，()B f E 称为电子的玻尔兹曼分布函数。
在0F E E k T ->>时，量子态被电子占据的概率很小，这正是玻尔兹曼分布函数适用的范围。
费米统计率与玻尔兹曼统计率的主要差别在于 ，而在0F E E k T ->>的条件下，该原理失去作用，因而两种统计的结果变成一样了。
4、在一定温度下，当没有光照时，一块n 型半导体中， 为多数载流子， 是少数载流子，电子和空穴的浓度分别为0n 和0p ，则0n 和0p 的关系为 ，当用g h E ν>>（该半导体禁带宽度）的光照射该半导体时，光子就能把价带电子激发到导带上去，此时会产生 ，使导带比平衡时多出一部分电子n ，价带比平衡时多出一部分空穴p ，n 和p 的关系为 ，这时把非平衡电子称为非平衡 载流子，而把非平衡空穴称为非平衡 载流子。
在一般小注入情况下，在半导体材料中，非平衡 载流子带来的影响可忽略，原因是 ，而非平衡 载流子却往往起着重要作用，原因是 。
5、非平衡载流子的复合，就复合的微观机构讲，大致可分为两种，直接复合和间接复合，直接复合是指 ，间接复合是指 。
