半导体器件试题库
常用单位：
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 2
cm /V s ?
ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分
（一）名词解释题
杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消
的作用，通常称为杂质的补偿作用。
非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，
额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。
迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向：
晶面：
（二）填空题
1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和
三种。
2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。
3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。
4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。
5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带
向 弯曲。
6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂
质称为 杂质。
7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为 、弱简
并和 三种。
8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。
9．在Si-SiO 2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基
本形式的电荷或能态。
10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半
导体，当温度升高时，费米能级向 移动。
（三）简答题
1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？
2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？
3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？
4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？
（四）问答题
1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？
要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？
（五）计算题
1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。
2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为
1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为
2.0×1016cm -3，由此计算：
（a ）该样品的离化杂质浓度是多少？
（b ）该样品的少子浓度是多少？
（c ）未离化杂质浓度是多少？
（d ）施主杂质浓度是多少？
3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?，
（a ）该半导体是N 型还是P 型的？
（b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。
（c ）样品的电导率是多少？
（d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。
4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带
宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化
（a ）计算77 K,300 K,473 K 三个不同温度下的本征载流子浓度；
（b ）300 K 纯硅电子和空穴迁移率是21350 cm /(V s)?和2500 cm /(V s)?，计算此时的电阻率；
（c ）473 K 纯硅电子和空穴迁移率是2420 cm /(V s)?和2150 cm /(V s)?，计算此时的样品电阻率。
5．若硅中的施主杂质浓度是173110 cm -?、施主杂质电离能0.012 eV D E ?=时，求施主杂质
3/4电离时所需要的温度是多少？
6．现有一块掺磷（P ）浓度为163610 cm -?的N 型Si ，已知P 在Si 中的电离能0.044 eV D E ?=，
如果某一温度下样品的费米能级F E 与施主能级重合，此时的导带电子浓度是多少，对应的温度又是多少？
7．对于掺Sb 的半导体Si ，若c F B E E k T -=为简并化条件，试计算在室温下发生简并化的
掺杂浓度是多少？
8．半导体电子和空穴迁移率分别是n μ和p μ，证明当空穴浓度为10()i n p p n μμ=时，电导率最小且12min 2())i n p n p σσμμμμ=+,i σ为本征电导率。
9．掺有153310 cm -?硼原子和1631.310 cm -?磷原子的硅，室温下计算：
（a ）热平衡态下多子、少子浓度，费米能级位置（i E 为参考）。
（b ）样品的电导率0σ。
（c ）光注入123310 cm n p -?=?=?的非平衡载流子，是否小注入，为什么?
（d ）附加光电导σ?。
（e ）光注入下的准费米能级FN E 和FP E （i E 为参考）。
（f ）画出平衡态下的能带图，标出c v F i E E E E 、、、等能级的位置，在此基础上再画出光注入时的FN E 和FP E ，说明为什么FN E 和FP E 偏离F E 的程度是不同的。
（g ）光注入时的样品电导率σ。
10．用g h E ν…的光分别照射两块N 型半导体，假定两个样品的空穴产生率都是p g ，空穴
寿命都是p τ。如果其中一块样品均匀地吸收照射光，而另一块样品则在光照表面的极薄区域内照射光就被全部吸收，写出这两个样品在光照稳定时非平衡载流子所满足的方程并指出它们的区别。
二、P-N 部分
（一）名词解释题
平衡PN结：就是指没有外加电压、光照和辐射等的PN结。
单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另外一侧高很多，表示为P+N 或PN+。
空间势垒区：也称耗尽区，是指在PN结的形成过程中，电子从N区向P区扩散，从而在N 区侧留下不能移动的电离施主，在P区留下不能移动的电离受主，载流子的分布按指数变化，该区域称空间势垒区。
隧道击穿：当PN结两边掺入高浓度的杂质时, 其耗尽层宽度很小, 即使外加反向电压不太高, 在PN结内就可形成很强的电场, 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电流急剧增加, 出现击穿现象。
势垒电容：PN结空间电荷区的宽度随外加电压变化而变化，即正、负电荷的增减靠外加电压的改变而改变；当外加电压不变时，空间电荷的冲、放电停止，类似一个电容，常称之为PN结势垒电容。
欧姆接触：金属和半导体之间形成反阻挡层，称之为欧姆接触。
（二）填空题
1．PN结的主要制备工艺有：、扩散法和和中子嬗变法。2．在PN结的理论分析中，常假设空间电荷区中电子和空穴完全被耗尽，即正、负空间电荷密度分别等于浓度和浓度，这种假设称为耗尽层近似。3．PN结电容包括和。
4．PN结的反向恢复时间包括和。
5．二次击穿主要包括二次击穿和二次击穿。
6．耗尽层的宽度与掺杂浓度成关系，空间势垒区宽度取决于掺杂浓度的一侧。
7．PN结正向偏压时的电流为，反向偏压时的电流为。
8．目前，已提出的PN结击穿机理有：、隧道击穿和
三种。
9．在PN结中，容易发生雪崩击穿；容易发生隧道击穿。
（三）简答题
1．什么叫PN结的动态平衡和PN结空间电荷区？
2．试画出正向PN结的能带图，并进行简要说明。
3．试画出正向PN结少子浓度分布示意图。其少子分布表达式是什么？
4．试解释正、反向PN结的电流转换和传输机理。
5．大注入时PN+结正向电流公式是什么？试比较大注入与小注入的不同之处。
6．什么是PN结的正向注入和反向抽取？
7．什么叫PN结的反向抽取作用？试画出反向PN结少子浓度分布示意图。少子分布的表达式是什么?
8．PN结正、反向电流 电压关系表达式是什么？PN结的单向导电性的含义是什么？9．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？
10．简述PN结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理．
11．什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？
12．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
13．求出硅突变PN结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。
14．求出硅缓变PN结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。
（四）问答题
1．什么叫PN结的击穿及击穿电压？试叙述PN结雪崩击穿和隧道击穿的机理，并说明其
不同之处。
2．硅突变结雪崩击穿电压与原材料杂质浓度（或电阻率）及半导体层厚度有何关系? 3．硅缓变PN结击穿电压与原材料杂质浓度有何关系?
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。
4．什么叫PN结的电容效应？什么是PN结势垒电容？写出单边突变结和线性缓变结的势垒电容与偏压的关系式。
5．什么是PN结的静态、动态特性？什么叫反向恢复过程、反向恢复时间？产生反向恢复过程的实质是什么？提高PN结二极管开关速度的途径是什么？
6．什么叫金属-半导体的整流接触和欧姆接触？形成欧姆接触的方法主要有哪些?
7．为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接触？
（五）计算题
1．已知硅PN结的N区和P区的杂质浓度均为1×1015 cm-3，试求平衡时的PN结接触电位差。已知室温下，硅的n i=1.5×1016 cm-3。
2．已知硅P+N结的N区杂质浓度为1×1016 cm-3’，试求当正向电流为0.1 mA时该P+N 结的导通电压。若N区的杂质浓度提高到1×1018 cm-3，其导通电压又是多少？已知：D p=13 cm2/s，L p=2×10-3 cm，A=10-5 cm2，q=1.6×10-19 C，n i =1.4×1010 cm-3。
3．一个硅P+N结的N区杂质浓度为1×1016 cm-3。在反向电压为10 V，50 V时，分别求势垒区的宽度和单位面积势垒电容。
4．一个硅P+N结，P区的N A=1×l019 cm-3，N区的N D=1×1016 cm-3，求在反向电压300 V时的最大电场强度。
三、三极管部分
（一）名词解释题
集边效应：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区电阻自偏压效应。
基区宽变效应：由于外加电压变化，引起有效基区宽度变化的现象。
特征频率：晶体管共射极时，放大系数随频率增加呈现下降的趋势，当放大系数下降为直流放大系数的0.707倍时所对应的频率。
基区扩展效应：
（二）填空题
1．根据晶体管基区的杂质分布情况，将晶体管分为 基区晶体管
和 基区晶体管。
2．双极型晶体管共基极连接具有 放大作用，共射极连接具有
放大作用。
3．基区扩展效应包括 扩展和 扩展两种效应。
4．工作频率对晶体管的电流放大系数主要取决于四个过程，主要有 过
程、 、集电结势垒区渡越过程和集电区传输过程。
5．晶体管的二次击穿主要包括 二次击穿和 二次击穿。
（三）简答题
1．双极型晶体管中重掺杂发射区目的?
2．试画出处于正常偏置的NPN 晶体管的少子分布及载流子输运过程示意图。
3．解释NPN 晶体管的电流传输和转换机理，并画出示意图。
4．什么叫发射效率γ 和基区输运系数β*？
5．什么叫晶体管共基极直流电流放大系数0α和共发射极直流电流放大系数0β？0α、0β与γ ,
β*之间有什么关系？
6．什么叫均匀基区晶体管？均匀基区晶体管的γ 、β*、0α的表达式是什么？
7．什么叫缓变基区晶体管？缓变基区晶体管的γ、β*、
0α的表达式是什么？ 8．写出考虑了发射结空间电荷区复合和基区表面复合后均匀基区晶体管的γ ,β*,0α,0β的表
达式，并简要说明0β公式的物理意义。
9．何谓基区宽变效应？
10．晶体管具有放大能力需具备哪些条件？
11．怎样提高双极型晶体管的开关速度？
答案：晶体管的开关速度取决于开关时间，它包括开启时间和关断时间，综合考虑，提高速度的主要措施有：（1）采用掺金工艺，以增加复合中心，加速载流子的耗散，降低存储时间；（2）降低外延层的电阻率，以降低s t ；（3）减小基区宽度，降低基区渡越时间；（4）减小发射结结面积，以减小TE C 和TC C ，从而减小延迟时间；（5）适当控制 并选择合适的工作条件。
12．双极型晶体管的二次击穿机理是什么？
13．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。
14．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？
15．高频时，晶体管电流放大系数下降的原因是什么？
16．什么叫晶体管集电极最大耗散功率P CM ？它与哪些因素有关？
17．如何扩大晶体管的安全工作区范围？
18．什么叫晶体管的热阻R T ？内热阻、外热阻指的是什么？如何减少晶体管的热阻？
19．什么是晶体管共发射极正向压降U BES 和饱和压降U CES ？
（四）问答题
1．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
2、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。 基
很
()()()C C C
I c I b I a >>移到衬底
区缩
小
窄
Kirk effect
扩展并偏移 图3 集电结电场分布随电流增大的变化趋势 3．什么叫晶体管的二次击穿，晶体管二次击穿的机理（电流集中二次击穿和雪崩注入二次
击穿）是什么？什么是二次击穿临界线和安全工作区？
4．什么叫晶体管的饱和状态和截止状态？什么叫临界饱和和深饱和？
5．在晶体管开关波形图中注明延迟时间d t 、上升时间r t 、贮存时间s t 、下降时间f t ，并说
明其物理意义。
6．BJT 共基极与共射极输出特性曲线的比较。
答案：（1）输出电流增益共射极要远远高于共基极，即αβ>>；（2）共射极输出特性曲线的末端上翘，是由于Early 效应的缘故缘故；（3）因为共机共基极输出特性曲线的斜率比共射极的小，所以其输出电阻要大于共射极接法的输出电阻；（4）由于共射极接法的电压落在两个结上，即BE CB CE V V V +=，则CE V 还未减小到零时，C I 已经开始下降，而共基极揭发时CB V 下降到零以后，C I 才开始下降。
7．改善晶体管频率特性的主要措施。
答案：（1）降低基区渡越时间b τ，如减小基区宽度等；（2）降低发射区渡越时间e τ，如减小E W ，增加发射区少子的扩散长度，作较陡的杂质分布，以减小减速场的作用；
（3）降低发射结充放电时间te τ和集电结充放电时间tc τ，如减小发射结与集电结的面积等；（4）降低d τ，如降低集电极电阻率，但会降低集电区的击穿电压；（5）降低eb τ，
如降低发射结面积；（6）降低c τ，如降低TC C 和C r 等。
（五）计算题
1．某一锗低频小功率合金晶体管，其N 型Ge 基片电阻率为1.5 Ω·cm ，用铟合金在550℃
下烧结，根据饱和溶解知发射区和集电区掺杂浓度约为3×1018 /cm -3，求γ 。已知W b =50 μm ，L ne =5 μm 。
2．双扩散晶体管，X jc =3 μm, X je =1.5 μm, N B （0）= 5×1017 cm -3，N c = 5×1015 cm -3。
① 求基区杂质分布为指数分布时的基区自建电场；
② 计算基区中0.2b
X W =处扩散电流分量与漂移电流分量之比。 3．已知某一均匀基区硅NPN 晶体管的γ = 0.99，BU CBO = 150 V ，W b =18.7 μm 以及基区中电
子寿命nb τ=1 μs ，求0α，β，β*（忽略发射结空间电荷区复合和丛区表面复合）以及BU CEO
的数值。已知D n = 35 cm 2/s 。
4．NPN 双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率ρ c =1.2 Ω·cm ，集电区厚度W C =10 μm ，硼扩散
表面浓度N BS =5×1018 cm -3，结深X jc =1.4 μm 。求集电极偏置电压分别为25 V 和2 V 时产生基区扩展效应的临界电流密度。
5．经理论计算，某一晶体管的集电结雪崩击穿电压B U =50 V ，但测量其PT U =20 V ，BU EBO =
6 V ，能否根据测量数据求出该晶体管BU CBO 的数值？
6．已知某一功率晶体管的管芯热阻为0.2 ℃/W ，管壳热阻为0.4 ℃/W ，散热器到外界空气
的热阻为0.4 ℃/W ，其集电极电压为5 V ，集电极电流为20 A ，室温为20 ℃，求PN 结的结温是多少。
7．① 证明在NPN 均匀基区晶体管中，正向放大晶体管注入基区的少子电荷
Q BF =(0)e 12BE B qU b k T b AqW n ??- ? ???
② 设基区宽度W b =3 μm ，基区杂质浓度N B = 1017 cm -3，发射结面积A e =1×10-4 cm 2,当发
射结偏置电压U BE 分别为0.2 V 和0.5 V 时，计算基区的积累电荷Q BF ，并对计算结果进行分析讨论。
四、MOSFET 部分
（一）名词解释题
跨导：反映外加栅极电压(Input)变化量控制漏-源电流(Output)变化量的能力。
阈值电压：在漏和源之间半导体表面处感应出导电沟道所需加在栅电极上的电压或栅下半导体表面出现强反型时所加的栅源电压。
沟道长度调变效应：由于漏-源电压的增大，漏端耗尽区不断增加导致漏-源电流随沟道长度的减小而增大的效应。
夹断特性：当电压继续增加到漏端栅绝缘层上的有效电压降低于表面强反型所需的阈值电压UT 时，漏端表面的反型层厚度减小到零，即漏端处沟道消失，只剩下耗尽区，这就是沟道夹断。
表面反型：热平衡态的半导体具有统一的费米能级，由于半导体表面能级的出现半导体的表面与体内出现载流子的交换，导致在表面层下面少子的浓度大于多子的浓度，即形成表面反型。
（二）填空题
1．MOS场效应晶体管根据沟道的导电类型可分为和
两类。
2．MOS场效应晶体管根据零栅压下是否导通可分为和
两类。
3．MOS场效应晶体管根据栅压情况，导致衬底可出现状态、平带状态状态、表面耗尽状态和状态四类。
4．MOS场效应管的二极效应主要包括：、、短沟道效应和窄短沟道效应。
5．MOS场效应管的平带电压的起因主要包括和
两部分。
（三）简答题
1．N沟和P沟MOS场效应晶体管有什么不同？
2．MOS场效应晶体管的阈值电压U T受哪些因素的影响？其中最主要的是哪个？
3．如何实现低阈值电压MOS场效应晶体管？
4．MOS场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区？每个区对应什么工作状态？5．试论MOSFET的工作原理和BJT有何不同？
6．试述MOSFET中Ｗ/L的大小对其性能参数有何影响?
7．为什么MOS场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和？
8．MOS场效应管结构电容随工作条件是如何变化的？
9．提高MOS场效应晶体管的电流容量，结构参数如何考虑？
10．如何提高MOS场效应晶体管的频率特性？
11．什么是MOSFET的跨导？怎么提高跨导？
12．MOS场效应晶体管跨导的物理意义是什么？
13．MOS场效应管的二级效应有那些，详细分析其对MOS场效应管I-V特性的影响？14．分析MOS场效应管短沟道效应产生的原因及可能产生的不良后果。
（四）问答题
1．金属－半导体功函数差是如何影响C-V曲线的？
2．MOS场效应晶体管中的MOS电容随工作状态是如何变化的？
3．MOS场效应晶体管的开关特性与什么有关？如何提高开关速度？
4．短沟道和窄沟道效应对MOS场效应晶体管特性有什么影响？
5．定性说明在什么情况下MOS场效应晶体管会出现短沟道效应？
6．为什么在沟道内靠近漏端处增加一个轻掺杂的漏区可以改善热电子效应？
（五）计算题
1．由浓度为N A =5?1015 cm-3的（111）晶向的P型Si衬底构成的N沟道MOS场效应晶体管，栅极为金属铝，栅氧化层厚度为1500 ?，SiO2中的正电荷面密度为Q SS =1?1022·q/cm2（q 为电子电荷），试求该管的阈值电压，并说明它是耗尽型还是增强型的？
2．如果一个MOS场效应晶体管的U T =0，当U GS =4V，I DS =3mA时，MOS管是否工作在饱和区？为什么？
3．P沟道MOS场效应晶体管的参数为：N D =1015 cm-3，t OX =1200 ?，T=300K，N SS =5?1011 cm-2，试计算它的阈值电压。当t OX =13 500 ?时，重新进行计算。
4．在掺杂浓度N A =1015cm-3的P型Si衬底上制作两个N沟道MOS管，其栅SiO2层的厚度分别为1000 ?和2000 ?，若U GS-U FB =15V，则U DS多少时，漏极电流达到饱和？
半导体器件试题库 常用单位： 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 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 （一）名词解释题 杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用，通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度， 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向： 晶面： （二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。 3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带 向 弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。
9．在Si-SiO 2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半 导体，当温度升高时，费米能级向 移动。 （三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？ （四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？ 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？ （五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算： （a ）该样品的离化杂质浓度是多少？ （b ）该样品的少子浓度是多少？ （c ）未离化杂质浓度是多少？ （d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?， （a ）该半导体是N 型还是P 型的？ （b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。 （c ）样品的电导率是多少？ （d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带 宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化
半导体器件物理课后作业 第二章 对发光二极管（LED）、光电二极管（PD）、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件，请选择其中的4个器件，简述它们的工作原理和应用场合。 解： 发光二极管 它是半导体二极管的一种，是一种固态的半导体器件，可以把电能转化成光能；常简写为LED。 工作原理：发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短；反之，则发出的光的波长越长。 应用场合：常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作（交通）指示灯以及居家LED节能灯。 光电二极管 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 工作原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光，而电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光电二极管有多种类型，用途也不尽相同，主要有以下几种： PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途：主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型特性：响应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光 用途：高速光通信、高速光检测 隧道二极管 隧道二极管（Tunnel Diode）又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半
1.P-N结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的原理 2.简述晶体管开关的原理 3.简述晶体管4个频率参数的定义并讨论它们之间的大小关系 4.简述弗仑克耳缺陷和肖特基缺陷的特点、共同点和关系 5.以NPN型晶体管为例，试论述晶体管在不同工作模式下基区少数载流子分 布特征及与晶体管输出特性间的关系 6.请阐述MOSFET的基本结构并结合示意图说明在不同外置电压情况下其工 作状态和输出特性 7.叙述非平衡载流子的产生和复合过程，并描述影响非平衡载流子寿命的因素 8.论述在外加直流电压下P-N结势垒的变化、载流子运动以及能带特征 9.试叙述P-N结的形成过程以及P-N结外加电压时其单向导电特征 10.何谓截止频率、特征频率及振荡频率，请叙述共发射极短路电流放大系数与 频率间的关系 11.请叙述晶体管四种工作模式并分析不同模式下基区少数载流子的分布特征 12.请画出P型半导体理想MOS的C-V曲线，并叙述曲线在不同外加电信号作 用下的曲线特征及原因 13.影响MOS的C-V特性的因素有哪些？它们是如何影响C-V曲线的 14.MOS中硅-二氧化硅，二氧化硅层中有哪些影响器件性能的不利因素 15.介绍MIS结构及其特点，并结合能带变化论述理想MIS结构在加不同偏压 时半导体表面特征 16.晶体管具备放大能力须具备哪些条件 17.饱和开关电路和非饱和开关电路的区别（各自有缺点）是什么 18.简述势垒区正负空间电荷区的宽度和该区杂质浓度的关系 19.结合能带图简述绝缘体、半导体及导体的导电能力 20.说明晶体管具有电信号放大能力的条件并画出不同情况下晶体管的输入输 出曲线并描述其特征 21.请画图并叙述晶体管电流放大系数与频率间的关系 22.请画出MOSFET器件工作中的输出特性及转移特性曲线并描述其特征 23.请叙述双极型晶体管和场效应晶体管的工作原理及区别 24.画出CMOS倒相器的工作图并叙述其工作原理 25.提高双极型晶体管功率增益的途径有哪些 26.请描述双极型晶体管大电流特性下的三个效应 27.画出共基极组态下的晶体管输入及输出特性曲线
第二章 1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm，求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解：)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp＝τn＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。 解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ，cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + =
I S =A*J S =1.0*10-16A 。 ＋0.7V 时，I ＝49.3μA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm，空穴扩散长度为5μm。 解：P ＋ >>n ，正向注入：0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ，得： ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm，计算此时击穿电压。 解：m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=（ ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时，V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--＝ 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管，其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018，1016，1015cm －3，基区宽度W B 为1.0μm，器件截面积为3mm 2。当发射区－基区结上的正向偏压为0.5V ，集电区－基区结上反向偏压为5V 时，计算
《半导体器件物理》试卷（二）标准答案及评分细则 一、填空（共24分，每空2分） 1、PN结电击穿的产生机构两种； 答案：雪崩击穿、隧道击穿或齐纳击穿。 2、双极型晶体管中重掺杂发射区目的； 答案：发射区重掺杂会导致禁带变窄及俄歇复合，这将影响电流传输，目的为提高发射效率，以获取高的电流增益。 3、晶体管特征频率定义； β时答案：随着工作频率f的上升，晶体管共射极电流放大系数β下降为1 =所对应的频率 f，称作特征频率。 T 4、P沟道耗尽型MOSFET阈值电压符号； 答案：0 V。 > T 5、MOS管饱和区漏极电流不饱和原因； 答案：沟道长度调制效应和漏沟静电反馈效应。 6、BV CEO含义； 答案：基极开路时发射极与集电极之间的击穿电压。 7、MOSFET短沟道效应种类； 答案：短窄沟道效应、迁移率调制效应、漏场感应势垒下降效应。 8、扩散电容与过渡区电容区别。 答案：扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 二、简述（共20分，每小题5分） 1、内建电场； 答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，而在N区的施主正离子中心固定不动，出现净的正电荷，同样P区的受主负离子中心也固定不动，出现净的负电荷，于是就会产生空间电荷区。在空间电荷区内，电子和空穴又会发生漂移运动，它的方向正好与各自扩散运动的方向相反，在无外界干扰的情况下，最后将达到动态平衡，至此形成内建电场，方向由N区指向P区。 2、发射极电流集边效应； 答案：在大电流下，基极的串联电阻上产生一个大的压降，使得发射极由边缘到中心的电场减小，从而电流密度从中心到边缘逐步增大，出现了发射极电流在靠近基区的边缘逐渐增大，此现象称为发射极电流集边效应，或基区
施敏 半导体器件物理英文版 第一章习题 1. （a ）求用完全相同的硬球填满金刚石晶格常规单位元胞的最大体积分数。 （b ）求硅中（111）平面内在300K 温度下的每平方厘米的原子数。 2. 计算四面体的键角，即，四个键的任意一对键对之间的夹角。（提示：绘出四 个等长度的向量作为键。四个向量和必须等于多少？沿这些向量之一的方向 取这些向量的合成。） 3. 对于面心立方，常规的晶胞体积是a 3，求具有三个基矢：（0,0,0→a/2,0,a/2）， (0,0,0→a/2,a/2,0),和(0,0,0→0,a/2,a/2)的fcc 元胞的体积。 4. （a ）推导金刚石晶格的键长d 以晶格常数a 的表达式。 （b ）在硅晶体中，如果与某平面沿三个笛卡尔坐标的截距是10.86A ，16.29A ， 和21.72A ，求该平面的密勒指数。 5. 指出（a ）倒晶格的每一个矢量与正晶格的一组平面正交，以及 （b ）倒晶格的单位晶胞的体积反比于正晶格单位晶胞的体积。 6. 指出具有晶格常数a 的体心立方（bcc ）的倒晶格是具有立方晶格边为4π/a 的面心立方（fcc ）晶格。[提示：用bcc 矢量组的对称性： )(2x z y a a -+=，)(2y x z a b -+=，)(2 z y x a c -+= 这里a 是常规元胞的晶格常数，而x ，y ，z 是fcc 笛卡尔坐标的单位矢量： )(2z y a a +=，)(2x z a b +=，)(2 y x a c +=。] 7. 靠近导带最小值处的能量可表达为 .2*2*2*22 ???? ??++=z z y y x x m k m k m k E 在Si 中沿[100]有6个雪茄形状的极小值。如果能量椭球轴的比例为5:1是常数，求纵向有效质量m*l 与横向有效质量m*t 的比值。 8. 在半导体的导带中，有一个较低的能谷在布里渊区的中心，和6个较高的能 谷在沿[100] 布里渊区的边界，如果对于较低能谷的有效质量是0.1m0而对 于较高能谷的有效质量是1.0m0，求较高能谷对较低能谷态密度的比值。 9. 推导由式（14）给出的导带中的态密度表达式。（提示：驻波波长λ与半导体
一、 选择题：（含多项选择， 共30分，每空1分，错选、漏选、多选均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ） Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ） Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ） Ａ 施主能级 Ｂ 费米能级 Ｃ 受主能级 D 缺陷能级 7．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 8．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 9．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 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ） Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管 Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np Chapter 4 4.1 ??? ? ? ?-=kT E N N n g c i exp 2υ ??? ? ??-??? ??=kT E T N N g O cO exp 3003 υ where cO N and O N υ are the values at 300 K. (b) Germanium _______________________________________ 4.2 Plot _______________________________________ 4.3 (a) ??? ? ??-=kT E N N n g c i exp 2υ ( )( )( ) 3 19 19 2 113001004.1108.2105?? ? ????=?T ()()?? ????-?3000259.012.1exp T () 3 382330010912.2105.2?? ? ???=?T ()()()()?? ????-?T 0259.030012.1exp By trial and error, 5.367?T K (b) () 252 12 2105.2105?=?=i n ( ) ()()()()?? ????-??? ???=T T 0259.030012.1exp 30010912.23 38 By trial and error, 5.417?T K _______________________________________ 4.4 At 200=T K, ()?? ? ??=3002000259.0kT 017267.0=eV At 400=T K, ()?? ? ??=3004000259.0kT 034533.0=eV ()()()() 172 22102 210025.31040.11070.7200400?=??= i i n n ? ? ????-??????-???? ??? ?? ??=017267.0exp 034533.0exp 3002003004003 3 g g E E ?? ? ???-=034533.0017267.0exp 8g g E E ()[] 9578.289139.57exp 810025.317-=?g E or ()1714.38810025.3ln 9561.2817=??? ? ???=g E or 318.1=g E eV Now ( ) 3 2 1030040010 70.7?? ? ??=?o co N N υ 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 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 。 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 电子在导带和价带之间的直接跃迁，引起电子和空穴的直接复合 ，间接复合是指 电子和空穴通过禁带的能级（复合中心）进行复合 。载流子在复合时，一定要释放出多余的能量，放出能量的方法有三种，分别为 、 、 3、 发射光子 发射声子 将能量给予其它载流子，增加它们的动能 。 6、在外加电场和光照作用下，使均匀掺杂的半导体中存在平衡载流子和非平衡载流子，由于 半导体表面非平衡载流子浓度比内部高 ，从而非平衡载流子在半导体中作 运动，从而形成 电流，另外，由于外加电场的作用，半导体中的所有载流子会作 运动，从而形成 电流。 二、选择题（共10分，每题2分） 1、本征半导体是指 的半导体。 A 、不含杂质和缺陷 B 、电子密度与空穴密度相等 C 、电阻率最高 D 、电子密度与本征载流子密度相等 2、在Si 材料中掺入P ，则引入的杂质能级 A 、在禁带中线处 B 、靠近导带底 C 、靠近价带顶 D 、以上都不是 3、以下说法不正确的是 A 、价带电子激发成为导带电子的过程，称为本征激发。 B 、本征激发后，形成了导带电子和价带空穴，在外电场作用下，它们都将参与导电。 C 、电子可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格释放能量。 D 、处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热载流子。 4、以下说法不正确的是 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（一般为元素周期表中的Ⅲ族元素）。 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（一般为元素周期表中的Ⅴ族元素）。 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， 费米能级高于导带底（0F c E E ->）；对P 型掺杂的半导体而言，空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶（0F v E E -<）。 7. 有效状态密度： 在导带能量范围（ ~c E ∞ ）内，对导带量子态密度函数 导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围（ ~v E -∞） 内，对价带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考，导带中的平衡电子浓度： 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以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考，价带中的平衡空穴浓度： 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以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10. 11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E ： 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 带宽度g c v E E E =-。？ 15. 本征载流子浓度i n ： 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 00i n p n ==。硅半导体，在300T K =时，1031.510i n 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： 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。如果电子和空穴的有效质量严格相等，那么本征半导体费米能级 半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 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。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发 生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因 有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简答题 1、发射区重掺杂效应及其原因。 答：发射区掺杂浓度过重时会引起发射区重掺杂效应，即过分加重发射区掺杂不但不能提高注入效率γ，反而会使其下降。 原因：发射区禁带宽度变窄和俄歇复合效应增强 半导体器件物理施敏课后答案 【篇一：半导体物理物理教案(03级)】 >学院、部：材料和能源学院 系、所；微电子工程系 授课教师：魏爱香，张海燕 课程名称；半导体物理 课程学时：64 实验学时：8 教材名称：半导体物理学 2005年9-12 月 授课类型：理论课授课时间：2节 授课题目（教学章节或主题）： 第一章半导体的电子状态 1.1半导体中的晶格结构和结合性质 1.2半导体中的电子状态和能带 本授课单元教学目标或要求： 了解半导体材料的三种典型的晶格结构和结合性质；理解半导体中的电子态, 定性分析说明能带形成的物理原因，掌握导体、半导体、绝缘体的能带结构的特点 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 1．半导体的晶格结构：金刚石型结构；闪锌矿型结构；纤锌矿型 结构 2．原子的能级和晶体的能带 3．半导体中电子的状态和能带（重点，难点） 4．导体、半导体和绝缘体的能带（重点） 研究晶体中电子状态的理论称为能带论，在前一学期的《固体物理》课程中已经比较完整地介绍了，本节把重要的内容和思想做简要的 回顾。 本授课单元教学手段和方法： 采用ppt课件和黑板板书相结合的方法讲授 本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业题：44页1题 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出） 1.刘恩科，朱秉升等《半导体物理学》，电子工业出版社2005? 2.田敬民，张声良《半导体物理学学习辅导和典型题解》?电子工 业 出版社2005 3. 施敏著，赵鹤鸣等译，《半导体器件物理和工艺》，苏州大学出 版社，2002 4. 方俊鑫，陆栋，《固体物理学》上海科学技术出版社 5．曾谨言，《量子力学》科学出版社 注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3. “重点”、“难点”、“教学手段和方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课。 《半导体器件物理》试卷（一）标准答案及评分细则 一、填空（共32 分，每空 2 分） 1、PN 结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩 散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET 器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN 型BJT 中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI 器件可用标准的MOS 工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN 结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发 生雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。 6、当MOSFET 进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因 有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。 二、简述（共18 分，每小题6 分） 1、Early 电压V A； 答案： 2、截止频率f T； 答案：截止频率即电流增益下降到 1 时所对应的频率值。 3、耗尽层宽度W。 答案：P 型材料和N 型材料接触后形成PN 结，由于存在浓度差，就会产生空间电荷区，而空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。 三、分析（共20 分，每小题10 分） 1、对于PNP 型BJT 工作在正向有源区时载流子的输运情况； 答案：对于PNP 型晶体管,其发射区多数载流子空穴向集电区扩散,形成电流 I EP，其中一部分空穴与基区的电子复合，形成基极电流的I B的主要部分，集 电极接收大部分空穴形成电流I CP，它是I C的主要部分。 2、热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布，以及反向偏置后的能带图和相 应的I-V 特性曲线。（每个图2 分） 答案：热平衡时突变PN 结的能带图、电场分布如下所示， 反向偏置后的能带图和相应的I-V 特性曲线如下所示。 ●在300K 下，Si 在价带中的有效态密度为2,66X 19 103 cm -,而GaAs 为7X 18 10 3 cm -，求 出空穴的有效质量，并与自由电子质量比较。 ●画出在77K ，300K,及600K 时掺杂 1610个/3cm 的As 原子的Si 简化能带图，标示出费米能 级且使用本征F E 作参考量。 ●求出i S 在300K 时掺入下列掺杂情形下电子空穴浓度及费米能级。 ●对一半导体而言，其具有一固定的迁移率比 b=n u /p u >1,且与杂质浓度无关，求其最大的电 阻率m ρ并以本征电阻率i ρ及迁移率比表示。 ●给定一个未知掺杂的i S 晶样品，霍耳测量提供了以下信息： ω=0.05cm,A=1.6x 3-103cm -,I=2.5mA,磁场为30nT(1T=4-10wb/2 cm ),若测出的霍耳电压为 10mV ,求半导体样品的霍耳系数，导体型态，多子浓度，电阻率及迁移率。 ●线性缓变Si 结，其掺杂梯度为420 cm 10 -，计算内建电势及4V 反向偏压的结电容（T=300K ）。 对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单位 面积储存的少子、中性区的长度为1μm,p L 5μm. ●对一理想突变p-n 结，其 D N =316cm 10-，当外加正偏压1V 时，求出中性区（n 区）没单 位面积储存的少子、中性区的长度为1μm, p L =5μm. ●设计一+ p -n Si 突变结二极管，其反向击穿电压为130V ，正偏电流在V V 7.0h =时为2.2mA,设. 1070p s -=τ 更多精品文档 一、 选择题：（含多项选择， 共30分，每空1分，错选、漏选、多选 均不得分） 1．半导体硅材料的晶格结构是（ A ） A 金刚石 B 闪锌矿 C 纤锌矿 2．下列固体中，禁带宽度Eg 最大的是（ C ） Ａ 金属 Ｂ 半导体 Ｃ 绝缘体 3．硅单晶中的层错属于（ C ） Ａ 点缺陷 Ｂ 线缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主杂质电离后向半导体提供（ B ），受主杂质电离后向半导体提供（ A ），本征激发后向半导体提供（ A B ）。 A 空穴 B 电子 5．砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠（ A ） A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 6．衡量电子填充能级水平的是（ B ） Ａ 施主能级 Ｂ 费米能级 Ｃ 受主能级 D 缺陷能级 7．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 8．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 ≈2×1017 cm －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 9．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 10．下列器件属于多子器件的是（ B D ） Ａ 稳压二极管 Ｂ 肖特基二极管 Ｃ 发光二极管 D 隧道二极管 11．平衡状态下半导体中载流子浓度n 0p 0=n i 2，载流子的产生率等于复合率，而当np 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 2 cm /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？半导体物理与器件第四版课后习题答案(供参考)
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