半導體復習參考試題(參考版)
2025-04-20 00:00本頁面
【正文】 半導體載流子輸運規(guī)律右邊第一項是為單位時間、單位體積內(nèi)由于載流子濃度梯度不均勻所引起的載流子積累（擴散運動）、第二項是漂移過程中單位時間、單位體積內(nèi)載流子濃度不均勻引起的載流子積累，第三項是在不均勻的電場中因漂移速度隨位置的變化而引起的單位時間、單位體積內(nèi)載流子濃度，第四項是單位時間、單位體積內(nèi)復合消失引起的載流子的變化，第五項是其他外界因素導致的單位時間、單位體積內(nèi)載流子產(chǎn)生率。三、寫出半導體中載流子的連續(xù)性方程，并說明方程各項的物理意義。同理，對于空穴有Dp/up= k0T/q。4. 存在內(nèi)建電場時，電子濃度公式為：n0(x)=nCexp[(EF+qV(x)EC)/k0T]；式中V(x)為各處不相等的電勢。在極低溫下，而且2可以忽略，則有：，證畢。證明：熱平衡狀態(tài)下的電中性方程：= （1）對于本題的弱電離情況，可以忽略。（見上圖）四、證明題：1. 對于某n型半導體，試證明其費米能級在其本征半導體的費米能級之上，即EFnEFi。請指出圖上三條曲線A、B、C的溫度關系。答：由于直接復合過程中，U正比于（npni2），（1）npni2 U小于零，有載流子的凈產(chǎn)生；（2）npni2 U小于零，有載流子的凈產(chǎn)生；（3）npni2 U大于零，有載流子的凈復合。向n型硅中摻入受主雜質(zhì)，考慮雜質(zhì)補償效應，有效施主濃度降低，費米能級下降。費米能級是電子填充水平的標志，向P型硅中摻入受主雜質(zhì)，隨雜質(zhì)濃度的增加，載流子濃度增加，費米能級下降。答：重摻雜后雜質(zhì)原子間出現(xiàn)軌道交疊，產(chǎn)生能級分裂，擴展為雜質(zhì)能帶，雜質(zhì)能帶中的電子可以在雜質(zhì)原子間作共有化運動，雜質(zhì)的電離能減小，雜質(zhì)能帶的帶尾進入導帶或價帶，使電離能變?yōu)榱?，引起禁帶變窄。前者的推動力是外電場，后者的推動力則是載流子的分布引起的。15. 舉例說明什么是受主雜質(zhì)，什么是p型半導體？答：能夠接受電子而在價帶中產(chǎn)生空穴，并形成負電中心的雜質(zhì)，稱為受主雜質(zhì)，摻有受主型雜質(zhì)的半導體叫P型半導體。 （2）理想半導體是純凈不含雜質(zhì)的，實際半導體含有若干雜質(zhì)。如果溫度升高，則禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會有更多的電子被激發(fā)到導帶中。答：在一定溫度下，價帶電子獲得足夠的能量（≥Eg）被激發(fā)到導帶成為導電電子的過程就是本征激發(fā)。而一定溫度下本征載流子濃度主要取決于禁帶寬度， ，由于硅的禁帶寬度大于鍺的，所以硅在更高的溫度下才能達到與雜質(zhì)濃度相差一個量級，硅器件具有更高的溫度上限。壽命大小標志著晶體的完美性，因為其中的雜質(zhì)、缺陷及樣品的表面狀況都會影響壽命值。11. 什么是非平衡載流子的壽命？影響非平衡載流子的壽命的主要因素有哪些？答：外界作用使半導體中產(chǎn)生多余的電子空穴對，額外產(chǎn)生的這部分載流子就是非平衡載流子。10. 解釋室溫下n型半導體材料的擴散系數(shù)Dn隨摻雜雜質(zhì)濃度ND的變化規(guī)律。ECEVEAED答：（1）金在硅中引入深施主和深受主能級，不提供載流子，但會作為復合中心，有效降低非平衡載流子的壽命，通常用在開關器件中。非平衡狀態(tài)下的載流子濃度可用與熱平衡狀態(tài)類似的公式表示。8. 什么是準費米能級，引入的意義是什么？ 答：當半導體處于非平衡狀態(tài)時，無統(tǒng)一的費米能級。當所積累的非平衡載流子的數(shù)目可以與導帶和價帶中非平衡載流子數(shù)目相比擬，把有顯著陷阱效應的雜質(zhì)能級稱為陷阱，而把相應的雜質(zhì)和缺陷稱為陷阱中心。能級靠近禁帶中央Ei的復合中心最有效。答： 半導體中的雜質(zhì)和缺陷在禁帶中形成一定的能級，使非平衡載流子的壽命減小，有促進復合的作用。由于純凈的GaAs的導帶底等能面為球面且曲率較大，有較小的有效質(zhì)量，而硅的導帶底附近等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面，電導有效質(zhì)量明顯高于砷化鎵的，所以Si遷移率較低。s)）答：遷移率是單位電場強度下載流子所獲得的平均漂移速率。解釋為何純凈的GaAs的電子遷移率（8000 cm2/(V對于半導體，本征半導體電子和空穴濃度隨溫度升高指數(shù)增加，而遷移率隨溫度的降低相對較弱，因為Ni很小，的作用可以忽略，即晶格散射起主導作用，所以本征半導體的電阻率隨溫度上升而下降。導帶中的電子和價帶中的空穴都參與導電，這與金屬只有半滿的導帶中的價電子導電不同。金屬原子的價電子占據(jù)的能帶是部分占滿的，構(gòu)成導帶，在外電場作用下，電子可以吸收能量躍遷到未被電子占據(jù)的能級，形成電流，起到導電作用。300K 520K 720K T51015cm3電子濃度nSiGaAs5. 金屬與本征半導體的導電機制有什么區(qū)別？畫圖并分析二者電阻率與溫度的關系。相同溫度下，由于砷化鎵的禁帶寬度大于硅的，所以砷化鎵在更高的溫度下才能達到與雜質(zhì)濃度相差一個量級，也就是具有更高的溫度上限。然而，隨著溫度的升高，本征載流子濃度會迅速增加。答：半導體器件穩(wěn)定工作要求載流子在一定溫度范圍內(nèi)的濃度一定。4. 請指出Si和GaAs的器件工作溫度上限的決定因素，當施主濃度同為51015 cm3時，畫出電子濃度隨溫度（從室溫開始）的變化（假定室溫時完全電離）。然而，在2個雙層面之間間距較大，而且共價鍵少，平均2個原子之間才有1個共價鍵，致使雙層密排面之間結(jié)合力弱。Si的解理面是（111）面，而GaAs的解理面是（110）面。
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