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模拟试卷（一） （难度系数：A） 一、选择题（共 10 题，每小题 2 分，共 20 分） 1．硅晶体的晶体结构是（ ）。 A．纤锌矿型结构 B．闪锌矿型结构 C．金刚石型结构 D．离子键结构 2．电离的施主杂质带（ ）电荷。 A．负 B．正 C．在 N 型半导体中为正，在 P 型半导体中为负 D．在 N 型半导体中为负，在 p 型半导体中为正 3．本征半导体中，电子浓度 n 和空穴浓度 p 关系是（ ）。 A．n = p B．n > p C．n < p D．都不是 4．简并半导体是指（ ）的半导体。 A．(EC-EF)或(EF-EV) < 0 B．(EC-EF)或(EF-EV) > 0 C．能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D．导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 5．（ ）作用使载流子的运动方向不断改变。 A．扩散 B．漂移 C．散射 D．A、B、C 均不是 6．下面满足非平衡载流子小注入条件的是（ ）。 A．对于 N 型半导体，餌n=餌p n0，餌n=餌p p0 B．对于 P 型半导体，餌n=餌p n0，餌n=餌p p0 C．对于 P 型半导体，餌n=餌p n0，餌n=餌p p0 D．都不是 7．当 q餱m ? q餱s 时，实际 MIS 结构的 C-V 曲线相对于理想 MIS 结构的 C-V 曲线（ ） 移动。 A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 8．耗尽近似是指______。 A．n = 0，p≠0 B．自由载流子浓度 电离杂质浓度 C．n≠0，p = 0 D．自由载流子浓度 电离杂质浓度 9．用 E0 表示真空中静止电子的能量，半导体中电子亲合能为（ ）。 A．E0 与半导体费米能级之差 B．E0 与半导体本征费米能级之差 C．E0 与半导体价带顶之差 D．E0 与半导体导带底之差 10．半导体的本征吸收长波限公式为（ ）。 A． 餷0 = E1g(.2e4V)(μm) B． 餷0 = E1g(.2e6V)(μm) C． 餷0 = E1g(.2e4V)(nm) D． 餷0 = E1g(.2e6V)(nm) ·213· 二、填空题（共 10 空，每空 2 分，共 20 分） 1．按照构成固体的粒子在空间的排列情况，固体主要分为 和 两类。 2．金(Au)原子掺入半导体硅中，位于禁带中央附近的深能级是有效的 ，主要用于制 造高频器件。 3．不同的半导体材料，在同一温度 T 时，禁带宽度 Eg 越大，本征载流子浓度 ni 就越 。 4．电离杂质散射概率与 成正比。 5．爱因斯坦关系式表明了非简并情况下载流子 和 之间的关系。 6．由 P 型半导体构成的理想 MIS 结构中，在外加偏压下，当半导体表面处电子浓度刚刚 超过空穴浓度时，这种现象叫做 。 7．在半导体本征吸收过程中，电子由价带跃迁到 带。 8．非平衡载流子复合分为两种： 和间接复合。 三、（简答题）回答下列问题（共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分） 1．根据能带论的观点，定性画出绝缘体、半导体和金属的能带图。 2．晶格和晶体结构有什么区别？ 3．简述引进有效质量的意义。 4．什么是施主杂质？什么是 N 型半导体？ 四、推导与计算（共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分） 1．证明 N 型半导体的费米能级在本征费米能级之上。 2．T = 300K 时，硅均匀掺杂了砷原子和硼原子，浓度分别为 2 鸫1016 cm−3 和1鸫1016 cm−3 。 T = 300K 时，取 ni =1.5×1010cm-3。 （1）该材料是 N 型半导体还是 P 型半导体？ （2）试计算热平衡状态下的多数载流子浓度和少数载流子浓度。 （3）确定该半导体的费米能级 EF-Ei。 五、（综合题 10 分） 1．说明迁移率的物理意义，并论述迁移率对温度和杂质浓度的依赖关系。 模拟试卷（二） （难度系数：A+） 一、选择题（共 10 题，每小题 2 分，共 20 分） 1．金刚石型结构中的原子通过（ ）结合在一起。 A．离子键 B．金属键 C．共价键 D．范德瓦耳斯键 2．导带底电子的有效质量是（ ）。 A．负值 B．正值 C．最小 D．最大 3．轻掺杂半导体的禁带宽度（ ）。 A．与温度有关，与所掺杂质浓度无关 B．与温度有关，与所掺杂质浓度有关 ·214· C．与温度无关，与所掺杂质浓度有关 D．与温度无关，与所掺杂质浓度无关 4．半导体中的电离的受主杂质（ ）。 A．带负电 B．带正电 C．在 N 型半导体中为正，在 P 型半导体中为负 D．在 N 型半导体中为负，在 P 型半导体中为正 5．对一定的半导体，其本征载流子浓度（ ）。 A．与温度无关，与杂质浓度无关 B．与温度有关，与杂质浓度有关 C．与温度无关，与杂质浓度有关 D．与温度有关，与杂质浓度无关 6．在室温下，低掺杂硅的载流子散射机制主要是（ ）。 A．载流子-载流子散射 B．晶格散射 C．电离杂质散射 D．合金散射 7．下列哪种情况是大注入（ ）。 A．对于 N 型半导体， 餌n = 餌p n0 , 餌n = 餌p p0 B．对于 P 型半导体， 餌n = 餌p n0 , 餌n = 餌p p0 C．对于 N 型半导体， 餌n = 餌p n0 , 餌n = 餌p p0 D．对于 P 型半导体， 餌n = 餌p n0 , 餌n = 餌p p0 8．由 P 型半导体构成的理想 MIS 结构半导，体表面强反型的条件（ ）。 A．Vsi ? VT ln 疰 痃痂 NA ni 瘀 瘅瘌 B．Vsi ? VT ln 疰 痃痂 NA ni 瘀 瘅瘌 C．Vsi 2VT ln 疰 痃痂 NA ni 瘀 瘅瘌 D．Vsi = 2VT ln 疰 痃痂 NA ni 瘀 瘅瘌 9．制造欧姆接触最常用的方法是（ ）。 A．选择金属材料的功函数大于半导体材料的功函数 B．选择金属材料的功函数小于半导体材料的功函数 C．选择用重掺杂的半导体与金属材料接触 D．选择用轻掺杂的半导体与金属材料接触 10．下图为 PN 结伏安特性曲线，太阳能电池工作于哪一段曲线（ ）。 二、填空题（共 10 空，每空 2 分，共 20 分） 1．非平衡载流子最常用的两种注入方法是 和 。 2．当一种半导体同时掺入施主杂质和受主杂质时，施主杂质和受主杂质之间有相互抵消 作用，这种现象称为 。 3．当半导体中载流子浓度存在浓度梯度时，载流子将做 载流子将做 运动。 运动；半导体存在电势差时， 4．金属和 P 型半导体接触, 当 q餱m > q餱s 时，能带向 （填“上”或“下”）弯曲，形成 ·215· 空穴的 （填“阻挡层”或“反阻挡层”）。 5．根据费米能级的位置填写下面空白（大于、等于或小于）。 （a） np ni2 （b） np ni2 （c） np ni2 三、（问答题）回答下列问题（共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分） 1．用能带图表示半导体中的受主杂质在 T→0、低温弱电离区和室温强电离区的电离示 意图。 2．利用能带论分析讨论为什么金属和半导体电导率具有不同的温度依赖性。 3．在简化能带图上，画出直接复合和通过复合中心复合的电子跃迁过程。 4．对于 q餱m < q餱s ，画出理想金属-P 型半导体接触能带图。 四、推导与计算（共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分） 1．根据热平衡情况下电流为零的条件，导出爱因斯坦关系式： Dp 餸p = VT 。 2．单晶硅中均匀地掺入两种杂质，硼 1.5鸫1016cm-3 和磷 5.0鸫1015cm-3。试计算： （1）室温下载流子浓度；（2）室温下费米能级位置；（3）室温下电导率；（4）600K 下载 流子浓度。 已知：室温下 ni = 1.5鸫1010cm-3, KT = 0.026eV，餸n = 1300(cm2 / V 鹱 s) ，600K 时 ni = 6鸫1015cm-3。 五、（综合题 10 分）设二维能带具有以下 E-k 关系： E = 2k2 ，求能态密度 N(E)。 2mn 模拟试卷（三） （难度系数：A++） 一、选择题（共 8 题，每小题 2 分，共 16 分） 1．锗的晶格结构和能带结构分别是（ ）。 A．金刚石型和直接禁带型 B．闪锌矿型和直接禁带型 C．金刚石型和间接禁带型 D．闪锌矿型和间接禁带型 2．电子在晶体中的共有化运动指的是电子在晶体（ ）。 A．各处出现的概率相同 B．各处的相位相同 C．各原胞对应点出现的几率相同 D．各原胞对应点的相位相同 3．当施主能级 ED 与费米能级 EF 相等时，电离施主的浓度为施主浓度的（ ）倍。 A．1 B．1/2 C．1/3 D．2/3 4．在低温下，掺杂硅的载流子散射机制主要是（ ）。 ·216· A．载流子-载流子散射 B．晶格散射 C．电离杂质散射 D．合金散射 5．MIS 结构的表面发生强反型时，若增加掺杂浓度，其阈值电压将（ ）。 A．相同 B．不同 C．增加 D．减少 6．反向偏压增大时，PN 结势垒电容将（ ）。 A．增大 B．减小 C．不变 D．不确定 7．下图是金属和 N 型半导体接触能带图，图中半导体靠近金属的表面形成了（ ）。 A．N 型阻挡层 B．P 型阻挡层 C．P 型反阻挡层 D．N 型反阻挡层 8．稳定光照下，半导体中的载流子处于以下状态（ ）。 A．电子和空穴浓度一直变化，半导体处于非平衡状态； B．电子和空穴浓度一直变化，半导体处于平衡状态； C．电子和空穴浓度保持不变，半导体处于稳态也即是平衡态； D．电子和空穴浓度保持不变，半导体处于稳态但仍然是非平衡态。 二、填空题（共 7 题，每小题 2 分，共 14 分） 1．下图所示 E-k 关系曲线表示出了两种可能的导带，导带 较大。 对应的电子有效质量 2．在温度 T = 300K，比费米能级高 3KT 的能级被电子占据的几率为 。 3．np > ni2 意味着半导体处于 状态。 4．P 型半导体 MIS 结构出现强反型的判断依据是 。 5．PN 结电容包括 电容和 电容，在正向偏压下， 电容起主要作用。 三、（简答题）回答下列问题（共 3 题，每小题 5 分，共 15 分） 1．说明金刚石型结构的主要特征。 2．下图为 N 型 Si 材料的电阻率随温度变化的示意图，请解释图中各段电阻率随温度变化 的原因。 ·217· 3．简述 PN 结光生伏打效应。 四、推导与计算（共 3 小题，每小题 15 分，共 45 分） 1．对于 N 型半导体，在杂质饱和电离和本征激发共存温度范围： （1）写出电中性条件； （2）导出电子浓度表达式。 2．半导体光照前和光照后的能带图如下。 温度 T = 300K，ni = 1.5×1010cm-3，餸n = 1345cm2/ V 鹱 s ，餸p = 458cm2/ V 鹱 s 。根据这些已知条件求： （1）平衡载流子浓度 n0 和 p0 ； （2）在稳态条件下的 n 和 p； （3）掺杂浓度 ND； （4）当半导体被光照射时，是否满足小注入条件？说明原因。 （5）在光照前和光照后，半导体的电阻率是多少？ 3．画出 N 型半导体 MIS 结构载流子耗尽状态下的能带图。 五、（综合题 10 分）一维晶体的电子能带可以写成 ( ) 2 E(k) = ma2 7 8 − cos ka + 1 8 cos 2ka 其中 a 是晶格常数，试求：（1）电子在波矢 k 状态的速度；（2）能带底部和顶部的有效质量。 ·218· 模拟试卷（一）参考答案 一、选择题（共 10 题，每小题 2 分，共 20 分） 1．C 2．B 3．A 4．A 5．C 6．A 7．C 8．C 9．D 10．A 二、填空题（共 10 空，每空 2 分，共 20 分） 1．晶体、非晶体 2．复合中心 3．小 系数 6．反型 7．价带 8．直接复合 4．电离杂质浓度 5．迁移率、扩散 三、（简答题）回答下列问题（共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分） 1．答： 绝缘体、半导体和导体的能带示意图 2．答：晶格和晶体结构是两个不同的概念。晶体结构是指晶体中的原子排列，而晶格则 是指基元的代表点在空间的分布。 3．答：引入有效质量的意义在于它包括了周期性势场对电子的作用，使我们能简单地由 外力直接写出加速度的表示式，为分析电子在外力场中的运动带来方便。 4．答：V 族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称 它们为施主杂质或 N 型杂质。 通常把主要依靠导带电子导电的半导体，称为 N 型半导体。 四、推导与计算（共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分） 1．证明：对于 N 型半导体 n = Nc exp 疰 痃痂 − Ec − EF KT 瘀 瘅瘌 对于本征半导体 n = ni，EF = Ei ni = Nc exp 疰痃痂 − Ec − Ei KT 瘀 瘅瘌 两式相比得 ni n = Nc exp 疰痃痂 − Ec − Ei KT 瘀 瘅瘌 Nc exp 疰 痃痂 − Ec − EF KT 瘀 瘅瘌 = exp 疰 痃痂 Ei − EF KT 瘀 瘅瘌 因为 ni ? n ，所以 ni n ?1， Ei − EF KT ? 0 ， EF − Ei ?0 所以，N 型半导体的费米能级在本征费米能级之上。 2．解：（1）ND ? NA ,所以是N型半导体。 ·219· ( ) （2）T = 300K，ni = 1.5鸫1010 cm−3 ，饱和电离区 ( ) ( ) n = ND − NA = 2 鸫1016 −1鸫1016 = 1鸫1016 cm−3 ，p = ni2 n = (1.5鸫1010 )2 1鸫1016 = 2.25 鸫104 cm−3 （3）EF − Ei = KT ln n ni = 0.026 鸫1n 1鸫1016 1.5 鸫1010 = 0.349(eV) 五、（综合题 10 分） 答：迁移率是单位电场作用下载流子获得平均漂移速度的绝对值。它反映了载流子在电场 作用下的输运能力。 迁移率与杂质浓度和温度有关，温度增加时，晶格散射增强，迁移率减小；杂质浓度增加 时，电离杂质散射作用加强，迁移率减小。 模拟试卷（二）参考答案 一、选择题（共 10 题，每小题 2 分，共 20 分） 1．C 2．B 3．A 4．A 5．D 6．B 二、填空题（共 10 空，每空 2 分，共 20 分） 7．A 8．D 9．C 10．C 1．光注入电注入 等于、小于 2．杂质补偿 3．扩散漂移 4．上、反阻挡层 5．大于、 三、（问答题）回答下列问题（共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分） 1．答： 2．答：根据能带理论，晶体中电子的能量允许值形成能带，能带间存在禁带。全满和全 空的能带对晶体的导电性没有贡献。对于半导体，在 0K 时，各能带被电子填充的状况是，价 带完全被电子填满，价带上面的能带完全空着。而对于金属，在 0K 时，被电子填充的能量最 高的能带是部分填充的。因此，在 0K 时，金属具有导电性，半导体不具有导电性。 在 T＞0K 时，半导体中的电子因热运动而具有能量，由于能量的涨落，部分价带电子能跃 迁到导带中，这样就出现了导带不全空，价带不全满的情形，从而使得半导体具有导电能力， 温度越高，电子的平均热运动能量就越高，能跃迁至导带的电子也越多，半导体的导电能力越 强。温度升高，金属中自由电子数目没有多大变化，而金属离子振动加强，导致电子散射加强， 因而电阻率增大，导电能力减弱。 3．答： a 电子的俘获 b 电子的产生 c 空穴的俘获 d 空穴的产生 ·220· 直接复合 通过复合中心的复合 4．答： 四、推导与计算（共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分） 1．证明：由于掺杂浓度不均匀，空穴浓度也不均匀，形成扩散电流： jpdif = −qDp dp dx 空穴向右扩散的结果，使得左边带负电，右边带正电，形成反 x 方向的自建电场E ，产生 漂移电流： jpdrf = q餸p pE 稳定时两者之和为零，即 −qDp dp dx + q餸p pE =0 空穴浓度 p = ni e−V VT ，有 dp dx = − p dV dx 。代入电流方程，且利用E = - dV dx ，得到 Dp 餸p = VT 。 2．解：（1）对于硅材料：ND = 5×1015cm-3；NA = 1.5×1016cm-3；T = 300K, ni = 1.5 鸫1010 cm−3, ( ) 在饱和电离区，因为 NA ? ND ，所以 p = NA − N D = 1.5鸫1016 −5 鸫1015 = 1鸫1016 cm−3 ( ) n = ni2 = (1.5 鸫1010 )2 = 2.25 鸫104 cm−3 p 1鸫 1016 （2） Ei − EF = KTl n p ni = 0.026 鸫 ln 1鸫1016 1.5 鸫1010 = 0.349(eV) 费米能级位于本征费米能级下方 0.349eV 处。 （3）对于 P 型半导体，p n，电导率为 餾 = pq餸p =1鸫1016 鸫1.6鸫10−19 鸫 500 = 0.8(s cm) （4） T = 600K, ni = 6 鸫1015 cm−3,半导体处于饱和电离和本征激发共存区 ( ( ) ) ( ) p = NA − 2 ND 痖 痍1 + 痍痣 1+ ( 4ni2 NA − ND )2 瘗 瘊 瘊瘥 = 1鸫1016 2 鸫 痖 痍痍1 + 痍痣 4 鸫 6 鸫1015 1+ 1鸫1016 2 2瘗 瘊 瘊 = 1.28 鸫1016 瘊瘥 cm−3 ( ) n = ni2 p = (6 鸫1015 )2 1.28 鸫1016 = 2.81鸫1015 cm−3 五、（综合题 10 分） 答：考虑到电子的自旋可以有两种不同的取向，因而，在单位面积的晶体中，k 空间的状 态密度为 2 (2π)2 ；在二维 k 空间中，以 k 为半径作一个圆，它就是能量为 E (k ) 的等能线；再 以 k + dk 为半径作圆，它是能量为 ( E + dE ) 的等能线；这两个等能线之间的面积是 2πkdk ，所 以，在能量 E ～(E + dE)之间的量子态数为 dN = 2 (2π)2 鸫 2πk 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 痍痣sin ( ka ) − 1 4 sin ( 2ka )瘗瘊瘥 （2） dE dk = 2 ma 痖痍痣sin ( ka ) − 1 4 sin ( 2ka)瘗瘊瘥 d2E dk 2 = 2 m 痖痍痣cos(ka) − 1 2 cos ( 2ka )瘗瘊瘥 令 dE dk = 0 ，得 sin ( ka ) = 0 ，所以 cos ( ka ) = 鸨1 。 当 cos (ka) = 1时，能带底部电子有效质量 ( ) ( ) mn = 带底 痖 痍 痣 1 2 疰 痃痂 d2E dk 2 瘀 瘗−1 瘌瘅底 瘊 瘥 = 痖1 2 痍痣 2 m 1 − 1 2 瘗 −1 瘥瘊 = 2m 当 cos(ka) = −1 时，能带顶部电子有效质量 ( ) ( ) mn = 带顶 痖 痍 痣 1 2 疰 痃痂 d2E dk 2 瘀 瘗−1 瘅瘊 瘌底 瘥 = 痖1 2 痣痍 2 m -1 − 1 2 瘗 −1 瘥瘊 = - 2 3 m ·223· [文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。

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