1、在硅和锗的能带结构中，在布里渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（B ，对应的有效质量（ C ） ，称该能带中的空穴为( E )。A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大；D. 小； E. 重空穴；F. 轻空穴2、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ） 。 A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D.陷阱 F. 两性杂质3、在通常情况下，GaN 呈（A）型结构，具有（C） ，它是（F）半导体材料。A. 纤锌矿型； B. 闪锌矿型； C. 六方对称性；D. 立方对称性；E.间接带隙； F. 直接带隙。4、 同一种施主杂质掺入甲、 乙两种半导体， 如果甲的相对介电常数 r是乙的 3/4， mn*/m0值是乙的 2 倍，那么用类氢模型计算结果是（ D ） 。A.甲的施主杂质电离能是乙的 8/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 3/4B.甲的施主杂质电离能是乙的 3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 32/9C.甲的施主杂质电离能是乙的 16/3，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 8/3D.甲的施主杂质电离能是乙的 32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙的 3/85、.一块半导体寿命 =15s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止 30s 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ） 。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/26、 对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体， 在温度足够高、 ni /ND-NA/ 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 8、在纯的半导体硅中掺入硼，在一定的温度下，当掺入的浓度增加时，费米能级向（ A ）移动；当掺杂浓度一定时，温度从室温逐步增加，费米能级向( C )移动。A.Ev ； B.Ec ； C.Ei； D. EF9、把磷化镓在氮气氛中退火，会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（ D ） 。A.改变禁带宽度 ； B.产生复合中心 ； C.产生空穴陷阱 ； D.产生等电子陷阱。10、对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（ C ） 。A.非平衡载流子浓度成正比 ； B.平衡载流子浓度成正比； C.非平衡载流子浓度成反比； D.平衡载流子浓度成反比。11、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。12、如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央，则它对电子的俘获率（ B ）空穴的俘获率，它是（ D ） 。 A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的复合中心； E. 有效陷阱。13、在磷掺杂浓度为 21016cm-3的硅衬底（功函数约为 4.25eV）上要做出欧姆接触，下面四种金属最适合的是（ A ） 。A. In (Wm=3.8eV) ； B. Cr (Wm=4.6eV)； C. Au (Wm=4.8eV)； D. Al (Wm=4.2eV)。14、在硅基 MOS 器件中，硅衬底和 SiO2界面处的固定电荷是（ B ） ，它的存在使得半导体表面的能带（ C ）弯曲，在 C-V 曲线上造成平带电压（ F ）偏移。 A.钠离子 ； B.过剩的硅离子； C.向下； D.向上； E. 向正向电压方向； F. 向负向电压方向。二、简答题：（二、简答题：（5 5+4+6=15 分）+4+6=15 分）2、对于掺杂的元素半导体 Si、Ge 中，一般情形下对载流子的主要散射机构是什么？写出其主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系。 （4 分）答：对掺杂的元素半导体材料 Si、Ge，其主要的散射机构为长声学波散射（1 分）和电离杂质散射其散射几率和温度的关系为：声学波散射：，电离杂质散射：3/2spT3/2iipN T3、如金属和一 n 型半导体形成金属半导体接触，请简述在什么条件下，形成的哪两种不同电学特性的接触，说明半导体表面的能带情况，并画出对应的 I-V 曲线。 （忽略表面态的影响） （6 分）答：在金属和 n 型半导体接触时，如金属的功函数为 Wm, 半导体的功函数为 Ws。当 WmWs时，在半导体表面形成阻挡层接触，是个高阻区，能带向上弯曲；（2 分）当 WmWs时，在半导体表面形成反阻挡层接触，是个高电导区，能带向下弯曲；（2 分）对应的 I-V 曲线分别为： 四、一束恒定光源照在 n 型硅单晶样品上，其平衡载流子浓度 n0=1014cm-3，且每微秒产生电子空穴为1013cm-3。如 n=p=2s，试求光照后少数载流子浓度。 （已知本征载流子浓度 ni=9.65109cm-3）(5 分)解：在光照前：光照后：0201356133622109.31 102 102 101 10pipppGnGncm 分分五、在一个均匀的 n 型半导体的表面的一点注入少数载流子空穴。在样品上施加一个 50V/cm 的电场，在电场力的作用下这些少数载流子在 100s 的时间内移动了 1cm，求少数载流子的漂移速率、迁移率和扩散系数。 （kT=0.026eV）(6 分)解：在电场下少子的漂移速率为：4110/100cmvcm ss迁移率为：4210/50vcmV sE 扩散系数为： 220.026 200/5.2/pkTDcmscmsq六、掺杂浓度为 ND=1016cm-3的 n 型单晶硅材料和金属 Au 接触，忽略表面态的影响，已知：WAu=5.20eV, n=4.0eV, Nc=1019cm-3,ln103=6.9 在室温下 kT=0.026eV, 半导体介电常数 r=12, 0=8.85410-12 F/m，q=1.610-19 库，试计算：(4+4+4=12 分) 半导体的功函数；（4 分） 在零偏压时，半导体表面的势垒高度，并说明是哪种形式的金半接触，半导体表面能带的状态； 半导体表面的势垒宽度。 （4 分）解：由得： （1 分）0exp()FDEcENnNckT （1 分）1916010ln0.026ln.184.0181()FDsFNcEcEkTeVNWsEcEeV 在零偏压下，半导体表面的势垒高度为：5.204.181.02DqVWm WseV对 n 型半导体，因为 WmWs，所以此时的金半接触是阻挡层（或整流）接触（1 分） ，半导体表面能带向上弯曲（或：直接用能带图正确表示出能带弯曲情况） （1 分） 。 势垒的宽度为： 1/20141/21916512()2 12 8.85 10()1.6 10103.7 10 ().02rDDVdqNcm 1.导体、半导体、绝缘体的划分：1.导体、半导体、绝缘体的划分：导体内部存在部分充满的能带，在电场作用下形成电流； 绝缘体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生； 半导体的价带是完全充满的，但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子易被激发到上面的能带，使这两个能带都变成部分充满，使固体导电。2.电子的有效质量是，空穴的有效质量是；2.电子的有效质量是，空穴的有效质量是；*nm*pm，电量等值反号，波矢与电子相同*npmmk能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。能带底电子的有效质量是正值，能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值，能带顶空穴的有效质量是正值。3.半导体中电子所受的外力的计算。3.半导体中电子所受的外力的计算。dtdkhf4.引进有效质量的意义：4.引进有效质量的意义：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。1.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E1.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ED D；施主能级很接近于导带底；施主能级很接近于导带底； 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级E 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA A；受主能级很接近于价带顶。；受主能级很接近于价带顶。 施主能级图 受主能级图2.浅能级杂质：2.浅能级杂质：杂质的电离能远小于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴。 深能级杂质： 深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较大。 深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。3.杂质的补偿作用：3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质，施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离。1.费米分布函数(简并半导体)1.费米分布函数(简并半导体)(本征)；(杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体)玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) TkEEEfF0exp11)(TkEEEfF0exp2111)(；TkEAEfB0exp)(2.费米能级 ：2.费米能级 ：； 系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，TFNFE等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。 费米能级的位置 ：费米能级的位置 ： 本征半导体的费米能级位于本征能级(禁带宽度的一半)上，根据杂质离子的不同，费米能级的位置有所不同；4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级的推导：低温下，导带中的电子全部由电离施主杂cDDcFNNTkEEE2ln220质提供，此时p0=0，故电中性条件：Dnn0； TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp由得：，因此：DDNn 1exp0TkEEFD；TkEENTkEENFDDFcc00exp21exp取对数并化简得：；cDDcFNNTkEEE2ln220它与温度、杂质浓度以及掺入何种杂质原子有关。在低温极限T0K时，；故；即在低温即在低温0lnlim0TTKT2lim0DcFKTEEE极限T0K时，费米能级位于导带底和施主能级间的中线处。极限T0K时，费米能级位于导带底和施主能级间的中线处。1.载流子散射的概念：1.载流子散射的概念：所谓自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。所谓自由载流子，实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。2.半导体的主要散射机构：2.半导体的主要散射机构： 电离杂质的散射；晶格振动的散射：声学波散射；光学波散射；其他因素引起的：等同的能谷间散射；中性杂质散射；位错散射；合金散射；3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导：3.平均自由时间与散射概率之间关系式的推导：00011PtdtPeNNPt 设有N个电子以速度v沿某方向运动，N(t)表示在t时刻尚未遭到散射的电子数，按散射概率的定义，在t到（t+t）时间内被散射的电子数为；tPtN )( tPtNttNtN)()()( ； 解微分方程：；)()()(lim)(0tNPttNttNdttdNttPeNtN0)( 其中N0是t=0 时未遭散射的电子数； t到（t+t）时间内被散射的电子数为；dtePNtP0 平均自由时间；等于散射概率的倒数。PtdtePNNtP110002.非平衡载流子的寿命的推导：2.非平衡载流子的寿命的推导：0000)()(dtedttetpdtptdttt 假定一束光在一块 n 型半导体内部均匀地产生非平衡载流子和，在 t=0 时，光照突然停止，的变化应等于非npp平衡载流子的复合率：；)()(tpdttpd小注入时，是一恒量，与无关，上述微分方程的通解为：；)(tptCetp)(当 t=0 时，得，则；0)()0(pp0)( pCteptp0)()( 非平衡载流子的复合率：非平衡载流子的复合率：通常把单位时间单位体积内净复合