北工大半导体物理考研复习题1

北工大半导体物理历年真题历年真题第一章1、Si、GaAs半导体材料的导带底、价带顶分别在k空间什么位置？其晶体结构和解理面分别是什么？哪个是直接带隙，哪个是间接带隙？(2006)2、对于金刚石结构的硅Si和闪锌矿结构的砷化镓GaAs，在（111）晶面上，其原子面密度和面间距都是最大，为什么Si的解理面是（111），而GaAs不是？(2007)3、半导体材料的禁带宽度Eg、N型半导体杂质激活能△Ed以及亲和势X分别表示半导体电子的什么状态特性？（2009年简答题7分）4、与真空电子运动相比，半导体中电子的运动有何不同？（2009年简答题7分）（1-9题63分，每小题7分(2010)）5、如图是一个半导体能带结构的E–k关系；1）哪个能带具有x方向更小的有效质量？2）考虑两个电子分别位于两个能带中的十字线处，哪个电子的速度更大些？6、写出硅(Si)和砷化镓(GaAs)的晶体结构、禁带宽度和解理面。

？（2011年简答题6分）第二章3、高阻的本征半导体材料和高阻的高度补偿的半导体材料的区别是什么？(2006)? 1 深能级杂质和浅能级杂质概念（西交大）? 1以硅为例，举例说明掺入浅能级和深能级杂质的目的和作用？（西电）? 2.什么是浅能级杂质？什么是深能级杂质？列举出半导体硅中各一种杂质元素的例子。

半导体中掺入这些杂质分别起什么作用? (2011)第三章? 11、定性画出N型半导体样品，载流子浓度n随温度变化的曲线（全温区），讨论各段的物理意义，并标出本征激发随温度的曲线。

设该样品的掺杂浓度为ND。

比较两曲线，论述宽带隙半导体材料器件工作温度范围更宽。

(2006-20分)? ４、室温下，一N型样品掺杂浓度为Nd，全部电离。

当温度升高后，其费米能级如何变化？为什么？一本征半导体，其费米能级随温度升高如何变化？为什么？（2007）??????????? 9.(10分2011) 已知某半导体材料中n型杂质浓度为ND，p型杂质浓度为NA，假设杂质完全电离，证明半导体中电子浓度：10、（20分）设某一种半导体材料室温下（300 K）本征载流子浓度为1.0 ×1010 cm?3，价带和导带有效状态密度NV = NC = 1019 cm?3，1）求禁带宽度；2）如果掺入施主杂质ND = 1016 cm?3，求300 K下，热平衡下的电子和空穴浓度；3）对于上面的样品，在又掺入NA = 2 ×1016 cm?3的受主杂质后，求新的热平衡电子和空穴浓度（300 K）。

第七篇 题解-半导体表面与MIS 结构刘诺 编7-1、解：又因为 0V V V s G +=7-3、解：（1） 表面积累：当金属表面所加的电压使得半导体表面出现多子积累时，这就是表面积累，其能带图和电荷分布如图所示：（2） 表面耗尽：当金属表面所加的电压使得半导体表面载流子浓度几乎为零时，这就是表面耗尽，其能带图和电荷分布如图所示：（3）当金属表面所加的电压使得半导体表面的少子浓度比多子浓度多时，这就是表面反型，其能带图和电荷分布如图所示：7-3、解：理想MIS 结构的高频、低频电容-电压特性曲线如图所示； 其中AB 段对应表面积累，C 到D 段为表面耗尽，GH 和EF 对应表面反型。

7-4、解：使半导体表面达到强反型时加在金属电极上的栅电压就是开启电压。

这时半导体的表面势7-5、答：当MIS 结构的半导体能带平直时，在金属表面上所加的电压就叫平带电容。

平带电压是度量实际MIS 结构与理想MIS 结构之间的偏离程度的物理量，据此可以获得材料功函数、界面电荷及分布等材料特性参数。

7-6、解：影响MIS 结构平带电压的因素分为两种：（1）金属与半导体功函数差。

例如，当W m <W s 时，将导致C-V 特性向负栅压方向移动。

如图恢复平带在金属上所加的电压就是（2）界面电荷。

假设在SiO 2中距离金属- SiO 2界面x 处有一层正电荷，将导致C-V 特性向负栅压方向移动。

如图恢复平带在金属上所加的电压就是在实际半导体中，这两种因素都同时存在时，所以实际MIS 结构的平带电压为第六篇习题-金属和半导体接触刘诺 编6-1、什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？ 6-2、什么是Schottky 势垒？影响其势垒高度的因数有哪些？6-3、什么是欧姆接触？形成欧姆接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。

6-4、什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒的影响怎样的？ 6-5、施主浓度为7.0×1016cm -3的n 型Si 与Al 形成金属与半导体接触，Al 的功函数为4.20eV ，Si 的电子亲和能为4.05eV ，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。

第一章 半导体中的电子状态1. 如何表示晶胞中的几何元素？规定以阵胞的基矢群为坐标轴，即以阵胞的三个棱为坐标轴，并且以各自的棱长为单位，也称晶轴。

2. 什么是倒易点阵（倒格矢）？为什么要引入倒易点阵的概念？它有哪些基本性质？ 倒格子： 2311232()a a b a a a π⨯=⋅⨯3122312()a a b a a a π⨯=⋅⨯1233122()a a b a a a π⨯=⋅⨯ 倒格子空间实际上是波矢空间，用它可很方便地将周期性函数展开为傅里叶级数，而傅里叶级数是研究周期性函数的基本数学工具。

3. 波尔的氢原子理论基本假设是什么？（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。

处在这些稳定状态的原子不辐射。

（2）原子吸收或发射光子的频率必须满足。

（3）电子与核之间的相互作用力主要是库仑力，万有引力相对很小，可忽略不计。

（4）电子轨道角动量满足：h m vr nn π== 1,2,3,24. 波尔氢原子理论基本结论是什么？ （1） 电子轨道方程：0224πεe r mv = （2） 电子第n 个无辐射轨道半径为：2022meh n r n πε= （3） 电子在第n 个无辐射轨道大巷的能量为：222042821hn me mv E n n ε== 5. 晶体中的电子状态与孤立原子中的电子状态有哪些不同？（1）与孤立原子不同，由于电子壳层的交迭，晶体中的电子不再属于某个原子，使得电子在整个晶体中运动，这样的运动称为电子共有化运动，这种运动只能在相似壳间进行，也只有在最外层的电子共有化运动才最为显著。

（2）孤立原子钟的电子运动状态由四个量子数决定，用非连续的能级描述电子的能量状态，在晶体中由于电子共有化运动使能级分裂为而成能带，用准连续的能带来描述电子的运动状态。

6. 硅、锗原子的电子结构特点是什么？硅电子排布：2262233221p s p s s锗电子排布：22106262244333221p s d p s p s s价电子有四个：2个s 电子，2个p 电子。

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 )。

半导体物理习题及答案复习思考题与自测题1.原子中的电子与晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中内层电子与外层电子参与共有化运动有何不同。

答:原子中的电子就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;而晶体中的电子就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,与孤立原子一样;然而,外层价电子则参与原子间的相互作用,应该把它们瞧成就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。

惯性质量描述的就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,就是否如此,为什么？答:不就是,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、就是否如此,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。

半导体物理考试重点题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分一．名词解释1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。

2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。

3、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。

4、多子、少子（1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。

如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。

（2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。

如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。

5、禁带、导带、价带（1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。

常用来表示导带与价带之间能量密度为0的能量区间。

（2）导带：对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成电流，起导电作用，常称这种能带为导带（3）价带：电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上面的一个满带称为价带6、杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。

7、电离能：使多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为电离能8、（1）费米能级:费米能级是绝对零度时电子的最高能级。

（2）受主能级：被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级（3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级9、功函数：功函数是指真空电子能级E0 与半导体的费米能级EF 之差。

10、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。

11、直/间接复合（1）直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的复合，称为直接复合。

北工大物理试题及答案一、选择题（每题4分，共40分）1. 光的干涉现象产生的条件是（）。

A. 两束光频率相同B. 两束光相位差恒定C. 两束光振幅相同D. 两束光方向相同答案：A、B2. 根据热力学第一定律，下列哪个过程是不可逆的（）。

A. 气体等温膨胀B. 气体绝热压缩C. 气体等压膨胀D. 气体等容加热答案：B3. 根据麦克斯韦方程组，下列哪个方程描述了电磁波的传播（）。

A. 高斯定律B. 法拉第电磁感应定律C. 麦克斯韦修正的安培定律D. 麦克斯韦方程组答案：D4. 在理想气体状态方程中，下列哪个变量是温度的函数（）。

A. 体积B. 压力C. 摩尔数D. 温度答案：D5. 根据量子力学，下列哪个现象是波粒二象性的体现（）。

A. 光电效应B. 康普顿散射C. 双缝干涉实验D. 光电效应和康普顿散射答案：C6. 根据相对论，下列哪个效应是时间膨胀的体现（）。

A. 长度收缩B. 时间膨胀C. 质量增加D. 速度增加答案：B7. 在电路中，下列哪个元件是纯电阻元件（）。

A. 电容器B. 电感器C. 电阻器D. 二极管答案：C8. 根据电磁感应定律，下列哪个现象是感应电动势的产生（）。

A. 导体在磁场中运动B. 导体在电场中运动C. 导体在磁场中静止D. 导体在电场中静止答案：A9. 在波动光学中，下列哪个现象是光的衍射（）。

A. 光的干涉B. 光的反射C. 光的折射D. 光绕过障碍物传播答案：D10. 根据热力学第二定律，下列哪个过程是自发的（）。

A. 热量从低温物体传向高温物体B. 热量从高温物体传向低温物体C. 气体自发膨胀D. 气体自发压缩答案：B二、填空题（每题4分，共20分）11. 光的双缝干涉实验中，相邻亮条纹之间的距离为Δy，双缝间距为d，光的波长为λ，屏幕到双缝的距离为L，则Δy与d、λ、L的关系为：Δy = _______。

答案：λL/d12. 根据理想气体状态方程PV = nRT，当气体的温度不变时，气体的压强P与体积V成_______关系。

思维误区：1.电子浓度说的是导带电子浓度，而非价带，空穴也指的是价带的空穴，而非导带。

2.自建电场：掺杂不均匀的半导体，由于浓度梯度的存在导致载流子发生移动，但是由于原本的载流子都是正负电荷成对配对，浓度梯度所产生的电子移动导致左侧的正电荷积累，因此产生朝右的电场。

此过程，既有电场下的漂移，又有浓3.空间电荷区的内建场：组织空穴与电子扩散，使空穴净电流为0,电子净电流为04.空间电荷区：不考虑产生、复合5.PN结加反向偏压，xn区的非平衡载流子是由内部扩散得到；PN结加正向偏压，非平衡载流子是由于电场不足以阻挡载流子流动而注入到边界中6.所谓的浓度是单位体积的电子树7.PN结之间的禁带本来过不去电子，但是由于PN结两端浓度查过大，会产生扩散电流，也有可能是雪崩击穿和齐纳击穿导致。

8.为什么金半接触内部能带弯曲：因为由于距离进一步缩小，接触电势差不变的情况下，电场增强，需要更多的电荷积累，因此耗尽区扩大，耗尽区有电场, 则会带来电势，又会带来电势能，因此能带弯曲。

9.能带弯曲的原因和老师说一下，看看是不是正确？10.金半接触扩散理论中的漂移电流，电场是哪个电场，内电场还是外电场？此时是否有内电场？能带弯曲是不是就是因为内电场的存在？11.pn结的自建内场，阻止了多子的进一步扩散，促进了少子的漂移。

pn结是少子器件，为什么？12.重掺杂半导体电阻率要开始增加！重掺杂的半导体的金半接触要考虑欧姆接触！13.费米能级一般不会弯曲，只有在两边的掺杂特性不同的时候，比如NP结，才会弯曲，还有就是金半接触里，由于存在电流的弯曲！14.（表面电厂效应）为什么只有在深耗尽的时候才有反应时间。

因为之前的耗尽状态主要是驱赶本来就有很多的空穴，而弱反型状态时电子浓度还很小。

只有在深耗尽的时候，需要大量的负电荷，而P型半导体中并没有那么多电子，只有通过扩大耗尽层厚度，通过受主离子来充当负电荷，因此需要更长的反应时间。

15.玻尔兹曼分布与费米狄拉克分布的适用对象？！16.nS — I Df — I -------- - - rrrz- £理解：f函数代表电子占据能量为e的轨道几率，de代表一个能量微元，同时能态密度D则代表像这种de的能量有多少个即N，然后对能量从0到无穷大积分。

北京工业大学1998年硕士研究生招生考试试题科目代码823科目名称:半导体物理
北京工业大学2001年硕士研究生招生考试试题科目代码823科目名称:半导体物理
假定纵轴（E）上一个刻度等于4
E
g
6）示意图画出电场强度分布图（ε~X）；
7）示意画出电势分布图（V~X），假定纵轴（V）上一个刻度等于1/4的g E/q；
8）用g E表达出此pn结的自建电势bi V的大小。

六、（15分）一金属与N型硅构成的理想MOS结构，
9）画出此结构的高频C-V特性曲线，并标出反型区、耗尽区和积累区；
10）画出对应与反型区、耗尽区和积累区的能带图；
11）画出对应与反型区、耗尽区和积累区的电荷密度分布图。

七、（10分）一N型半导体与金属形成的理想Schottky二级管，当半导体的摻杂浓度D
N提高时，
12）半导体的功函数s W如何变化，说明原因；
13）此二极管的自建电势bi v会如何变化，并解释原因。

北京工业大学2002年硕士研究生招生考试试题科目代码823科目名称:半导体物理
图一、300k时si材料中的载流子迁移率和摻杂浓度的关系。