1、一、论述题（60 分）1（6 分） 、 什么是晶体？描述硅的晶格结构特点。2（6 分） 、 某晶体平均原子间距是 4A，试估算该晶体的体原子密度和面原子密度。3（6 分） 、 在费米统计下， T=0K 时，低于费米能级的量子态被电子占据几率为？ T 0K时，能量比费米能级低 5k0T 的量子态被电子占据的几率为？4（6 分） 、禁带宽度与温度有什么关系？重掺杂半导体能带结构有什么特点？5（3 分） 、什么是直接禁带半导体？6（6 分） 、描述载流子迁移率对载流子浓度和温度的依赖关系，并据此讨论电阻率与温度的关系。7（3 分） 、 试论述俄歇复合过程。8（3 分） 、什么是载流子的扩散运动？ 9
2、（6 分） 、自由空间一维势垒隧穿几率取决于哪些因素？10（9 分） 、简述肖特基二极管的主要导电机制，解释其与 PN 结二极管的异同？11（6 分） 、 如何形成良好的金属-半导体欧姆接触？其载流子是怎样传导的？二、计算题下列计算中，已知物理常数：室温 300K 时，E g=1.12eV，本征载流子浓度 ni=1.51010cm-3；600K 时 ni= 61015cm-3；硅介电常数 = =1.054*10-12F/cm，电荷单位 q=1.6*10-19CS01（6 分） 、一 n 型硅，其电子亲和力为 4.05eV，Ec-EF = 0.2eV,a. 画出真空热电子发射能带示意图b. 求室
3、温下热电子发射的浓度。提示：Nc 约等于 1020/cm32（10 分） 、 一个本征半导体，注入受主原子，只考虑一维扩散，热平衡下形成受主杂质分布已知为 NA（x） ，求其电场分布。3（12 分） 、一单晶 Si 中均匀掺入如下杂质：磷 11016cm-3，硼 51015cm-3，试计算(假设电子和空穴迁移率分别恒定为 n=1350cm2/(Vs)， p=500cm2/(Vs)：a.室温 300K 时，该掺杂 Si 的电阻率。b.600K 时的电子、空穴浓度。4（24 分） 、 常温下一理想 PN 突变结，假设 NA=2*1019cm-3，N D=8*1015cm-3, a. 画出掺杂前、后
4、热平衡时的能带图和该 pn 结正、反偏压下的能带示意图 b. 画出零偏、反偏和正偏小注入时非平衡少子在 pn 结边界的浓度分布示意图 c. 计算热平衡时其自建电势的大小 d. 计算热平衡时 PN 结宽度和势垒电容 e. 计算 4V 反向偏压下 PN 结宽度和势垒电容 f. 设在某一略小于内建电势的正向偏置下,测得的电流为 ，假设AI7106.2，求其小信号电导与扩散电容。snp71055（8 分） 、请画出 MOS 的低频和高频 CV 曲线，分析 MOS 电容在低频和高频下的电容结构的差异,并解释产生该差异的物理原因。6（30 分） 、设计实验。假设一半导体材料均匀掺杂，测量半导体中载流子的迁
5、移率a. 画出实验装置图 b. 叙述实验基本原理 c. 简述实验步骤参考答案一、论述题（60 分）1、 什么是晶体？描述硅的晶格结构特点。答：原子呈周期性排列。硅为闪锌矿结构，两个面心立方结构相互套构，其中一个沿另一个体对角线上移 1/4。2、 某晶体平均原子间距是 4A，试估算该晶体的体原子密度和面原子密度。答：1.6*10 22/cm3，6.25*10 14/cm23、 在费米统计下，T=0K 时，低于费米能级的量子态被电子占据几率为（百分比）？T 0K 时，能量比费米能级低 5k0T 的量子态被电子占据的几率为（百分比）？答：百分之百。99.3%。4、禁带宽度与温度有什么关系？重掺杂半导
6、体能带结构有什么特点？答：反向关系。费米能级接近或超过导带低或价带顶。5、什么是直接禁带半导体？答：价带顶部与导带底部动量相同。6、讨论电阻率与温度的关系。答：电阻率取决于迁移率和载流子浓度的乘积，前者随温度降低，后者随温度升高，曲线呈起伏（图略）7、 试论述俄歇复合过程。答：俄歇过程是一个三粒子过程，电子空穴复合释放的能量被另一个电子吸收并使其变成高能电子将能量释放至晶格。8、什么是载流子的扩散运动？ 答：由于浓度不均匀分布产生的载流子流动。9、自由空间一维势垒隧穿几率取决于哪些因素？答：势垒高度和宽度。10、简述肖特基二极管的主要导电机制，解释其与 PN 结二极管的异同？答：热电子发射，多
7、数载流子导电。PN 结二极管导电主要遵循少子扩散规律。11、 如何形成良好的金属-半导体欧姆接触？其载流子是怎样传导输运的？答：重掺杂半导体与金属紧密接触。载流子通过隧穿方式输运。二、计算题下列计算中，已知物理常数：室温 300K 时，E g=1.12eV，本征载流子浓度 ni=1.51010cm-3；600K 时 ni= 61015cm-3；硅介电常数 = =1.054*10-12F/cm，电荷单位 q=1.6*10-19CS01（6 分） 、一 n 型硅，其电子亲和力为 4.05eV，Ec-EF = 0.2eV,a画出真空热电子发射能带示意图b求室温下热电子发射的浓度。答：a. 如下图b、
8、 q nCth kTVqNdEn)(exp)( 0 164 expc 259.04ceV)(4.5Nth2（10 分） 、 一个本征半导体，注入受主原子，只考虑一维扩散，热平衡下形成受主杂质分布已知为 NA（x） ，求其电场分布。答：（过程略） dxNqkTED)(1*/)(3（12 分） 、一单晶 Si 中均匀掺入如下杂质：磷 1.01016cm-3，硼 51015cm-3，试计算(假设电子和空穴迁移率分别恒定为 n=1350cm2/(Vs)， p=500cm2/(Vs)：a.室温 300K 时，该掺杂 Si 的电阻率。b.600K 时的电子、空穴浓度。答：a. b. 1.7*1016cm-
9、3，2.1*10 15cm-3cm9.04（24 分） 、 常温下一理想 PN 突变结，假设 NA=2*1019cm-3，N D=8*1015cm-3, a. 画出掺杂前、后热平衡时的能带图和该 pn 结正、反偏压下的能带示意图 b. 画出零偏、反偏和正偏小注入时非平衡少子在 pn 结边界的浓度分布示意图 c. 计算热平衡时其自建电势的大小d. 计算热平衡时 PN 结宽度和势垒电容e. 计算 4V 反向偏压下 PN 结宽度和势垒电容f. 设在某一略小于内建电势的正向偏置下,测得的电流为 ，假设AI7106.2，求其小信号电导与扩散电容。snp7105答：a,b（略）c.Vbi=0.906V d
10、.W=0.386um C=2.728*10-8F/cm2 e.W=0.9um C=1.17*10-8F/cm2 f.10-5s,10-12f5（8 分） 、请画出 MOS 的低频和高频 CV 曲线，分析 MOS 电容在低频和一般高频下（介电常数不随频率变化）的电容差异,并解释产生该差异的物理原因。答：MOS 电容随着衬底耗尽区吞吐载流子的变化而变化。假如当测量频率足够低时，使得表面耗尽区内的产生-复合率与电压变化率相当或是更快时，电子浓度（少数载流子）与反型层中的电荷可以跟随交流信号。因此导致强反型时的电容只有氧化层电容 C0而已。图 b为在不同频率下所测得的 MOS 的 C-V 曲线 2，低频的曲线发生在 100 Hz 时。（a）高频 MOS C-V 图，插图为串联的电容器， （b）C-V 图的频率效应。6（30 分） 、设计实验。假设一半导体材料（长方体）均匀掺杂，浓度已知，测量半导体中载流子的迁移率a.画出实验装置图 b.叙述实验基本原理 c.简述实验步骤答：a. I-V 测量（略）b. 首先通过 I-V 测量测量其电阻，并根据其几何形状推算电阻率，由电阻率与迁移率的关系公式推得迁移率。c. 1）测量其几何尺寸，2）测量其 I-V 曲线，3）推导其电阻率 -电压曲线，4）推导并做出迁移率和电场的关系曲线
