半导体器件物理 试题库

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。

半导体物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，这是由于（）。

A. 半导体的原子结构B. 半导体的电子结构C. 半导体的能带结构D. 半导体的晶格结构答案：C2. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带需要（）。

A. 吸收能量B. 释放能量C. 吸收光子D. 释放光子答案：A3. PN结形成的基础是（）。

A. 杂质掺杂B. 温度变化C. 压力变化D. 磁场变化答案：A4. 半导体器件中的载流子主要是指（）。

A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 光子答案：C5. 半导体的掺杂浓度越高，其导电性能（）。

A. 越好B. 越差C. 不变D. 先变好再变差答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 半导体的导电性能可以通过改变其________来调节。

答案：掺杂浓度2. 半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为________。

答案：带隙3. 在半导体中，电子和空穴的复合现象称为________。

答案：复合4. 半导体器件中的二极管具有单向导电性，其导通方向是从________到________。

答案：阳极阴极5. 半导体的PN结在外加正向电压时，其内部电场会________。

答案：减弱三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述半导体的掺杂原理。

答案：半导体的掺杂原理是指通过向半导体材料中掺入少量的杂质元素，改变其电子结构，从而调节其导电性能。

掺入的杂质元素可以是施主杂质（如磷、砷等），它们会向半导体中引入额外的电子，形成N型半导体；也可以是受主杂质（如硼、铝等），它们会在半导体中形成空穴，形成P型半导体。

2. 描述PN结的工作原理。

答案：PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的结构。

在PN结中，P型半导体的空穴会向N型半导体扩散，而N型半导体的电子会向P型半导体扩散。

由于扩散作用，会在PN结的交界面形成一个内建电场，该电场会阻止更多的载流子通过PN结。

半导体器件物理复习题其次章：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）什么是半导体的干脆带隙和间接带隙？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，不须要动量转换。

这类半导体称为干脆带隙半导体。

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 能级靠近禁带的中心：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中心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 29) 简并半导体：当杂质浓度超过肯定数量后，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。

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 2cm /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？图2 双极型晶体管共发射极直流输出特性曲线20、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 ）曲线的形成的过程。

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（般为兀素周期表中的川族兀素）。

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（ 般为兀素周期表中的V 族兀素）。

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， 状态密度。

费米能级低于价带顶（E F E v 0 ）。

7. 有效状态密度：8. 以导带底能量E c 为参考，导带中的平衡电子浓度:14. 本征费米能级E Fi :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，* *13 m 3 mE Fi — E c E vkTln -4 E midgap kTl nJ ； 其中禁 带宽度 24 m n4 m n15. 本征载流子浓度n i :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n 0 p o n j o 硅半导体，在103T 300K 时，n i 1.5 10 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：n 0 N c exp吕」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kT9.以价带顶能量E v 为参考，价带中的平衡空穴浓度：E F E v P o N v exp ----------------kT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* 3/24 2m p11•价带量子态密度函数 g v E ------------------ 3hE v E12.导带中电子的有效状态密度h 2E gE c本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近， 且跟温度有关。

半导体物理试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 在半导体中，电子从价带跃迁到导带所需能量的最小值称为：A. 禁带宽度B. 费米能级C. 载流子浓度D. 电子亲和能答案：A2. 下列哪种半导体材料的禁带宽度大于硅？A. 锗B. 砷化镓C. 硅D. 碳化硅答案：D3. PN结在正向偏置时，其导电性能主要取决于：A. 电子B. 空穴C. 杂质D. 复合答案：B4. 半导体器件中，二极管的导通电压通常为：A. 0.2VB. 0.7VC. 1.5VD. 3.3V答案：B5. 在半导体物理学中，霍尔效应可以用来测量：A. 载流子浓度B. 载流子迁移率C. 载流子类型D. 所有以上答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 下列哪些因素会影响半导体的载流子浓度？（多选）A. 温度B. 光照C. 杂质浓度D. 材料类型答案：ABCD2. 半导体器件的能带结构包括：A. 价带B. 导带C. 禁带D. 费米能级答案：ABC3. 下列哪些是半导体材料的特性？（多选）A. 导电性介于导体和绝缘体之间B. 导电性随温度升高而增加C. 导电性随光照强度增加而增加D. 导电性随杂质浓度增加而增加答案：ABCD三、填空题（每空1分，共20分）1. 半导体材料的导电性可以通过掺杂来改变，其中掺入____类型的杂质可以增加载流子浓度。

答案：施主2. 在PN结中，当外加电压的方向与PN结内电场方向相反时，称为______偏置。

答案：反向3. 半导体材料的导电性随温度升高而______。

答案：增加4. 半导体器件的能带结构中，价带和导带之间的区域称为______。

答案：禁带5. 霍尔效应测量中，当载流子受到垂直于电流方向的磁场作用时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生______。

答案：霍尔电压四、简答题（每题5分，共10分）1. 简述半导体材料的导电机制。

答案：半导体材料的导电机制主要涉及价带中的电子获得足够能量跃迁到导带，从而成为自由电子，同时在价带中留下空穴。

一、选择题
1.半导体材料中最常用的元素是：
A.硅（正确答案）
B.铜
C.铁
D.铝
2.在半导体中，载流子主要包括：
A.电子和质子
B.电子和空穴（正确答案）
C.空穴和离子
D.质子和中子
3.PN结的正向偏置是指：
A.P区接高电位，N区接低电位（正确答案）
B.N区接高电位，P区接低电位
C.P区和N区都接高电位
D.P区和N区都接低电位
4.二极管的正向特性是指：
A.正向电压下，电流随电压指数增长（正确答案）
B.正向电压下，电流随电压线性增长
C.反向电压下，电流随电压指数增长
D.反向电压下，电流保持不变
5.MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的栅极电压主要控制：
A.源极和漏极之间的电阻（正确答案）
B.源极和栅极之间的电阻
C.漏极和栅极之间的电阻
D.源极、栅极和漏极之间的总电阻
6.在CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑电路中，主要利用的是：
A.二极管的单向导电性
B.MOSFET的开关特性（正确答案）
C.双极型晶体管的放大特性
D.JFET（结型场效应晶体管）的电压控制特性
7.半导体器件中的“阈值电压”是指：
A.使器件开始导电的最小电压（正确答案）
B.使器件达到最大导电能力的电压
C.器件正常工作时的电压范围
D.器件击穿时的电压
8.在半导体存储器中，DRAM（动态随机存取存储器）需要定期刷新是因为：
A.DRAM中的电容会漏电（正确答案）
B.DRAM的访问速度较慢
C.DRAM的存储容量较小
D.DRAM的制造成本较高。

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。

半导体器件物理题库（）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=ni2。

（）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1014cm3，同时掺有浓度为1.1某1015cm－－3的磷，则空穴浓度约为（）。

（已知：室温下，ni≈1.5某1010cm-3，570K时，ni≈2某1017cm-3）A1014cm-3B1015cm-3C1010cm-3D105cm-3《半导体器件物理》（A）卷第1页共12页6．MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是（）。

（VS为半导体表面电势；qVB=Ei-EF）AVS=VBBVS=2VBCVS=07．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）某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）。