08级半导体器件物理A卷答案.doc

常州信息职业技术学院 2009 －2010 学年第 一 学期　半导体器件物理　　课程期末试卷
班级 　　　姓名 　　　　学号 　 　　　成绩　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　装　　　　　　　　　　　　　订　　　　　　　　　　　　线　　　　　　　　　　　　　　　　　
项目
一
二
三
四
五
六
总分
满分

100
得分

一、 填空题：（每空1分，共20分）
1．在半导体材料中， Si、Ge 属于第一代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的 金刚石 结构，能带结构属于 间接 带隙型的； GaAs 属于第二代半导体材料的，它们的晶格结构是典型的 闪锌矿 结构，能带结构属于 直接 带隙型的（直接或间接）。
2．一般情况下，在纯净的半导体中掺　 磷　　使它成为Ｎ型半导体，在纯净的半导体中掺　 硼 ，使它形成Ｐ型半导体。通常把形成Ｎ型半导体的杂质称为　 施主杂质 　，把形成Ｐ型半导体的杂质称为　受主杂质　　。
3． 费米能级 是衡量电子填充能级的水平，平衡ＰＮ结的标志是有统一的费米能级　 。
4．ＰＮ结击穿共有三种： 雪崩击穿 、 　隧道击穿 、 热击穿 　　，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，　雪崩 　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　隧道 　击穿。
5．MIS结构外加栅压时，半导体表面共有三种状态：　 积累　　、　 耗尽 、 反型 　　　。

二、 选择题：（共20分　每空1分）
1．硅单晶中的空位属于（ A ）
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 ）。
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（ B ）
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( A )的一个物理量；载流子的扩散系数是描述载流子( B )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（ C ）电流，漂移运动产生（ A ）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 ）
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（ B ）。（VS为半导体表面电势；qVB=Ei-EF）
A VS=VB B VS=2VB C VS=0
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 ）。
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，（ C ）已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。
A 钝化工艺 B 退火工艺 C 掺金工艺
10．真空能级和费米能级的能值差称为（ A ）
A 功函数 B 亲和能 C 电离电势
11．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最低的是（ C ）
A 发射区 B 基区 C 集电区
12．下列对钠离子有阻挡作用的钝化膜为（ B ）
A 二氧化硅 B 氮化硅
13．室温下，半导体Si中掺硼的浓度为1014cm－3，同时掺有浓度为1.1×1015cm－3的磷，则电子浓度约为（ B ），空穴浓度为（ D ），费米能级（ G ）；将该半导体升温至570K，则多子浓度约为（ F ），少子浓度为（ F ），费米能级（ I ）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm－3，570K时，ni≈2×1017cm－3）
A 1014cm－3 B 1015cm－3 C 1.1×1015cm－3
D 2.25×105cm－3 E 1.2×1015cm－3 F 2×1017cm－3
G 高于Ei H 低于Ei I 等于Ei
三、 判断题（共20分　每题１分）
1. （ √ ）半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。
2. （ × ）晶体中内层电子有效质量小于外层电子的有效质量。
3. （ √ ）半导体中杂质越多，晶格缺陷越多，非平衡载流子的寿命就越短。
4. （ √ ）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。
5. （ × ）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。
6. （ × ）半导体中载流子低温下发生的散射主要是晶格振动的散射。
7. （ √ ）非平衡载流子的注入方式有电注入和光注入两种，ＰＮ结在外加正向偏压的作用下发生的非平衡载流子的注入是电注入。
8. （ √ ）MOSFET只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。
9. （ √ ）反向电流和击穿电压是表征晶体管性能的主要参数。
10. （ √ ）在某些气体中退火可以降低硅-二氧化硅系统的固态电荷和界面态。
11. （ √ ）高频下，pn结失去整流特性的因素是pn结电容
12. （ × ）pn结的雪崩击穿电压主要取决于高掺杂一侧的杂质浓度。
13. （ √ ）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。
14. （ √ ）二氧化硅层中对器件稳定性影响最大的可动离子是钠离子。
15. （ √ ）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，但双极型晶体管的发射极和集电极是不可以互换的。
16. （ √ ）强n型半导体的费米能级位置最高，强p型半导体的费米能级位置最低。
17. （ √ ）金是硅中的深能级杂质，在硅中能形成双重能级（受主和施主能级），所以金是有效的复合中心。
18. （ × ）PN结势垒区主要向杂质浓度高一侧扩展。
19. （ × ）制造MOS器件常常选用[110]晶向的硅单晶。
20. （ √ ）金属与半导体接触可形成肖特基接触和欧姆接触。
四、名词解释 (共12分　每题3分)
1．平衡状态、非平衡状态
在一定温度下，产生和复合处于相对平衡，单位时间内产生的电子和空穴对数目和复合掉的数目相等，保证载流子浓度不变，这种状态就称为“平衡状态”；由于外界的影响而使半导体材料处在与热平衡状态相偏离的状态，这种状态就称为“非平衡状态”。
2．雪崩击穿
答：随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。

3．势垒电容
答：PN结的空间电荷层中的电荷量随着外加电压变化而表现出来的电容效应称为势垒电容，电容量随外加电压而变化，所以是微分电容。

4．霍尔效应
答：若给流过电流的导体施加一个与电流方向垂直的磁场，那么在与磁场及电流均垂直的方向将产生电场，该电场就称为霍耳电场，这种现象就称霍耳效应。

五、问答题（18分）
1．解释ＰＮ结的电流－电压特性曲线中各段的含义？（8分
PN结外加正向偏压时，电流和电压的关系式可表示为 exp(qva/2kT)
　J∝exp(qv/mkT) 它由两部分电流组成：扩散电流和 ｜Ｊ｜ c d
复合电流，在很低的电压下，m=2, 势垒区的复合电流起
　主要作用在图中为曲线a段；正向偏压较大时，m=1，扩散 a b exp(qva/kT)
电流起主要作用，为曲线b段；大注入时，m=2，为曲线c e
段，主要原因是一部分电压降落到扩散区的缘故。曲线 d
段，是考虑了体电阻上的电压降，PN结势垒区的压降就更小了， ｜Ｖ｜
　正向电流增加更缓慢了。在反向电压下，计入了势垒区的产生电流，虽然扩散电流是一常数（反向饱和电流），但产生电流不饱和，为曲线e段。（每段3分，至少写出4段）

2．画出平衡状态及标准偏置条件下的晶体管的能带图（以npn管为例），并分析其工作原理。（１0分）

平衡状态能带图 （2分） 标准偏压下能带图 （2分）
标准偏置条件：发射结正偏，集电结反偏。 （1分）
外加正向偏压下，势垒高度降低，发射极电子注入到基区，通过扩散运动向集电结方向移动，由于基区制得很薄，注入的电子几乎都到达集电结，由于集电结反偏，耗尽区的右端为电子运动的吸入口，大部分电子进入集电区，从而形成集电极电流，且直接受发射极—基极电压控制。 （4分）
为保证注入到基区的少数载流子尽可能多地扩散到集电结，要求基区宽度远远小于少数载流子的扩散长度。 （1分）

六、计算题（共10分）
1．300K时，n型半导体Ge的电阻率为47Ωcm，若电子迁移率为3900cm2/VS，试求半导体Ge的载流子浓度？已知q=1.6×10-19C，ni=2×1010 个/cm3 （6分）
解：

（3分）

（3分）

2．设空穴浓度是线性分布，在3um内浓度差为1015 cm-3,Ｄp=10.8cm2/s,试计算空穴扩散电流密度。　（4分）　　
Jp= —qDp= —1.6×10-19×10.8×(1015/3×10-4)= —5.76 (A)
1分 1分 1分 1分