第一章、?半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)習(xí)題

?

什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說明之。

試定性說明Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。

1-3、試指出空穴的主要特征。

1-4、簡(jiǎn)述Ge、Si和GaAS的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。

1-5、某一維晶體的電子能帶為

?

其中E0=3eV，晶格常數(shù)a=5х10-11m。求：

能帶寬度；

能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。

題解：

?解：在一定溫度下，價(jià)帶電子獲得足夠的能量（≥Eg）被激發(fā)到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的過程就是本征激發(fā)。其結(jié)果是在半導(dǎo)體中出現(xiàn)成對(duì)的電子-空穴對(duì)。如果溫度升高，則禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會(huì)有更多的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中。

解：電子的共有化運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致孤立原子的能級(jí)形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對(duì)變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。

解：空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來描述半滿帶中的大量電子的集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是準(zhǔn)粒子。主要特征如下：

A、荷正電：+q；

B、空穴濃度表示為p（電子濃度表示為n）；

C、EP=-En

D、mP*=-mn*。

解：

? Ge、Si: ???

a）Eg (Si：0K) = 1.21eV；Eg (Ge：0K) = 1.170eV；?

b）間接能隙結(jié)構(gòu)

c）禁帶寬度Eg隨溫度增加而減??；???

（2）??? GaAs：????

?a）Eg（300K）= 1.428eV，Eg (0K) = 1.522eV；

b）直接能隙結(jié)構(gòu)；

c）Eg負(fù)溫度系數(shù)特性：?dEg/dT = -3.95×10-4eV/K；

? 解：

由題意得：

?

?

?

（2）

?

?

?

答：能帶寬度約為1.1384Ev，能帶頂部電子的有效質(zhì)量約為1.925x10-27kg，能帶底部電子的有效質(zhì)量約為-1.925x10-27kg。

?

第二章、半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)

?

2-1、什么叫淺能級(jí)雜質(zhì)？它們電離后有何特點(diǎn)？

2-2、什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。

2-3、什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。

2-4、摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說明摻雜對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。

2-5、兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？

2-6、深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體有何影響？

2-7、何謂雜質(zhì)補(bǔ)償？雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)囊饬x何在？

題解：?

2-1、解：淺能級(jí)雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠(yuǎn)小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負(fù)電（電離受主）的離子，并同時(shí)向?qū)峁╇娮踊蛳騼r(jià)帶提供空穴。

2-2、解：半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電離子，并同時(shí)向?qū)峁╇娮?，這種雜質(zhì)就叫施主。施主電離成為帶正電離子（中心）的過程就叫施主電離。

施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在Si中摻P，P為Ⅴ族元素，本征半導(dǎo)體Si為Ⅳ族元素，P摻入Si中后，P的最外層電子有四個(gè)與Si的最外層四個(gè)電子配對(duì)成為共價(jià)電子，而P的第五個(gè)外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實(shí)的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子。這個(gè)過程就是施主電離。

n型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級(jí)位于禁帶上方

?

2-3、解：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負(fù)電的離子，并同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主。受主電離成為帶負(fù)電的離子（中心）的過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負(fù)電。

例如，在Si中摻B，B為Ⅲ族元素，而本征半導(dǎo)體Si為Ⅳ族元素，P摻入B中后，B的最外層三個(gè)電子與Si的最外層四個(gè)電子配對(duì)成為共價(jià)電子，而B傾向于接受一個(gè)由價(jià)帶熱激發(fā)的電子。這個(gè)過程就是受主電離。

p型半導(dǎo)體的能帶圖如圖所示：其費(fèi)米能級(jí)位于禁帶下方

?

?

?

2-4、解：在純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。摻雜半導(dǎo)體又分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。

例如，在常溫情況下，本征Si中的電子濃度和空穴濃度均為1.5╳1010cm-3。當(dāng)在Si中摻入1.0╳1016cm-3?后，半導(dǎo)體中的電子濃度將變?yōu)?/span>1.0╳1016cm-3，而空穴濃度將近似為2.25╳104cm-3。半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。

?2-5、解：兩性雜質(zhì)是指在半導(dǎo)體中既可作施主又可作受主的雜質(zhì)。如Ⅲ-Ⅴ族GaAs中摻Ⅳ族Si。如果Si替位Ⅲ族As，則Si為施主；如果Si替位Ⅴ族Ga，則Si為受主。所摻入的雜質(zhì)具體是起施主還是受主與工藝有關(guān)。

?

2-6、解：深能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心或陷阱的作用。

淺能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起施主或受主的作用。

2-7、當(dāng)半導(dǎo)體中既有施主又有受主時(shí)，施主和受主將先互相抵消，剩余的雜質(zhì)最后電離，這就是雜質(zhì)補(bǔ)償。

利用雜質(zhì)補(bǔ)償效應(yīng)，可以根據(jù)需要改變半導(dǎo)體中某個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型，制造各種器件。

?

第三章、?半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布

?

3-1、對(duì)于某n型半導(dǎo)體，試證明其費(fèi)米能級(jí)在其本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之上。即EFn>EFi。

3-2、試分別定性定量說明：

?在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，載流子濃度越高；

?對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，載流子濃度越高。

?

3-3、若兩塊Si樣品中的電子濃度分別為2.25×1010cm-3和6.8×1016cm-3，試分別求出其中的空穴的濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置，并判斷樣品的導(dǎo)電類型。假如再在其中都摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)，這兩塊樣品的導(dǎo)電類型又將怎樣？

?

3-4、含受主濃度為8.0×106cm-3和施主濃度為7.25×1017cm-3的Si材料，試求溫度分別為300K和400K時(shí)此材料的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)的相對(duì)位置。

?

3-5、試分別計(jì)算本征Si在77K、300K和500K下的載流子濃度。

?

3-6、Si樣品中的施主濃度為4.5×1016cm-3，試計(jì)算300K時(shí)的電子濃度和空穴濃度各為多少？

?

3-7、某摻施主雜質(zhì)的非簡(jiǎn)并Si樣品，試求EF=（EC+ED）/2時(shí)施主的濃度。

?

解：??

3-1、證明：設(shè)nn為n型半導(dǎo)體的電子濃度，ni為本征半導(dǎo)體的電子濃度。

顯然

???????????????nn> ni

?

即

?

?

?

?

?

得證。

?

3-2、解：

?在一定的溫度下，對(duì)本征材料而言，材料的禁帶寬度越窄，則躍遷所需的能量越小，所以受激發(fā)的載流子濃度隨著禁帶寬度的變窄而增加。

由公式：

?

?

也可知道，溫度不變而減少本征材料的禁帶寬度，上式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而使得載流子濃度因此而增加。

（2）對(duì)一定的材料，當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，溫度越高，受激發(fā)的載流子將因此而增加。由公式

可知，這時(shí)兩式中的指數(shù)項(xiàng)將因此而增加，從而導(dǎo)致載流子濃度增加。

?

3-3、解：由??

得：

????????

可見，

?

又因?yàn)?/span>???，則

?

假如再在其中都摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)，那么將出現(xiàn)雜質(zhì)補(bǔ)償，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)?/span>p型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。

答：第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為1.1x1010cm-3,費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.234eV處；第一種半導(dǎo)體中的空穴的濃度為3.3x103cm-3,費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.331eV處。摻入濃度為2.25×1016cm-3的受主雜質(zhì)后，第一種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將變?yōu)?/span>p型半導(dǎo)體，第二種半導(dǎo)體補(bǔ)償后將近似為本征半導(dǎo)體。

?

3-4、解：由于雜質(zhì)基本全電離，雜質(zhì)補(bǔ)償之后，有效施主濃度

?

則300K時(shí)，

電子濃度??????

空穴濃度??????

費(fèi)米能級(jí)為：

?

在400K時(shí)，根據(jù)電中性條件??

和????????????????????

得到：

?

費(fèi)米能級(jí)為：

?

答：300K時(shí)此材料的電子濃度和空穴濃度分別為7.25?x1017cm-3和3.11x102cm-3，費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.3896eV處；400 K時(shí)此材料的電子濃度和空穴濃度分別近似為為7.248?x1017cm-3和1.3795x108cm-3，費(fèi)米能級(jí)在價(jià)帶上方0.08196eV處。

?

3-5、解：假設(shè)載流子的有效質(zhì)量近似不變，則

?

?

?

?

?

所以，由??，有：?

?

答：77K下載流子濃度約為1.159×10-20cm-3，300 K下載流子濃度約為3.5×1019cm-3，500K下載流子濃度約為1.669×1014cm-3。

?

3-6、解：在300K時(shí)，因?yàn)?/span>ND>10ni，因此雜質(zhì)全電離

n0=ND≈4.5×1016cm-3

?

答：?300K時(shí)樣品中的的電子濃度和空穴濃度分別是4.5×1016cm-3和5.0×103cm-3。

3-7、解：由于半導(dǎo)體是非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，所以有電中性條件

n0=ND+

?

答：ND為二倍NC。

?

第四篇半導(dǎo)體的導(dǎo)電性習(xí)題

?

4-1、對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體和一般摻雜半導(dǎo)體，為何前者的遷移率隨溫度的變化趨勢(shì)不同？試加以定性分析。

?

4-2、何謂遷移率？影響遷移率的主要因素有哪些？?

?

4-3、試定性分析Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系。

?

4-4、證明當(dāng)μn≠μp，且電子濃度，空穴濃度時(shí)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率有最小值，并推導(dǎo)的表達(dá)式。

?

4-5、0.12kg的Si單晶摻有3.0×10-9kg的Sb，設(shè)雜質(zhì)全部電離，試求出此材料的電導(dǎo)率。（Si單晶的密度為2.33g/cm3，Sb的原子量為121.8）

解：

4-1、解：對(duì)于重?fù)诫s半導(dǎo)體，在低溫時(shí)，雜質(zhì)散射起主體作用，而晶格振動(dòng)散射與一般摻雜半導(dǎo)體的相比較，影響并不大，所以這時(shí)侯隨著溫度的升高，重?fù)诫s半導(dǎo)體的遷移率反而增加；溫度繼續(xù)增加后，晶格振動(dòng)散射起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致遷移率下降。對(duì)一般摻雜半導(dǎo)體，由于雜質(zhì)濃度較低，電離雜質(zhì)散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振動(dòng)散射，所以溫度越高，遷移率越低。

?

4-2、解：遷移率是單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子所獲得的漂移速率。影響遷移率的主要因素有能帶結(jié)構(gòu)（載流子有效質(zhì)量）、溫度和各種散射機(jī)構(gòu)。

?

4-3、解：Si的電阻率與溫度的變化關(guān)系可以分為三個(gè)階段：

溫度很低時(shí)，電阻率隨溫度升高而降低。因?yàn)檫@時(shí)本征激發(fā)極弱，可以忽略；載流子主要來源于雜質(zhì)電離，隨著溫度升高，載流子濃度逐步增加，相應(yīng)地電離雜質(zhì)散射也隨之增加，從而使得遷移率隨溫度升高而增大，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。

溫度進(jìn)一步增加（含室溫），電阻率隨溫度升高而升高。在這一溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)已經(jīng)全部電離，同時(shí)本征激發(fā)尚不明顯，故載流子濃度基本沒有變化。對(duì)散射起主要作用的是晶格散射，遷移率隨溫度升高而降低，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而升高。

? 溫度再進(jìn)一步增加，電阻率隨溫度升高而降低。這時(shí)本征激發(fā)越來越多，雖然遷移率隨溫度升高而降低，但是本征載流子增加很快，其影響大大超過了遷移率降低對(duì)電阻率的影響，導(dǎo)致電阻率隨溫度升高而降低。當(dāng)然，溫度超過器件的最高工作溫度時(shí)，器件已經(jīng)不能正常工作了。

?

4-4、證明：

?

?

????????????????????????????????????????????????????????????????????得證。

?

4-5、解：

?

故材料的電導(dǎo)率為：

?

答：此材料的電導(dǎo)率約為24.04Ω-1cm-1。

?

第五章、非平衡載流子習(xí)題

?

5-1、何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？

5-2、漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有什么不同？

5-3、漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間有什么聯(lián)系？非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？

5-4、平均自由程與擴(kuò)散長(zhǎng)度有何不同？平均自由時(shí)間與非平衡載流子的壽命又有何不同？

5-5、證明非平衡載流子的壽命滿足，并說明式中各項(xiàng)的物理意義。

?

5-6、導(dǎo)出非簡(jiǎn)并載流子滿足的愛因斯坦關(guān)系。

5-7、間接復(fù)合效應(yīng)與陷阱效應(yīng)有何異同？

5-8、光均勻照射在6的n型Si樣品上，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生率為4×1021cm-3s-1，樣品壽命為8μs。試計(jì)算光照前后樣品的電導(dǎo)率。

?

5-9、證明非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體中的電子電流形式為。

?

5-10、假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4μm內(nèi)的濃度差為2×1016cm-3，試計(jì)算空穴的擴(kuò)散電流密度。

5-11、試證明在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。

?

解：

5-1、解：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，附加的產(chǎn)生率使載流子濃度超過熱平衡載流子濃度，額外產(chǎn)生的這部分載流子就是非平衡載流子。通常所指的非平衡載流子是指非平衡少子。

熱平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體的載流子濃度是一定的，產(chǎn)生與復(fù)合處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)

，躍遷引起的產(chǎn)生、復(fù)合不會(huì)產(chǎn)生宏觀效應(yīng)。在非平衡狀態(tài)下，額外的產(chǎn)生、復(fù)合效應(yīng)會(huì)在宏觀現(xiàn)象中體現(xiàn)出來。

?

5-2、解：漂移運(yùn)動(dòng)是載流子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，而擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運(yùn)動(dòng)。前者的推動(dòng)力是外電場(chǎng)，后者的推動(dòng)力則是載流子的分布引起的。

?

5-3、解：漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)之間通過遷移率與擴(kuò)散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的遷移率與擴(kuò)散系數(shù)則通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即

?

?

5-4、答：平均自由程是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運(yùn)動(dòng)的平均路程。而擴(kuò)散長(zhǎng)度則是非平衡載流子深入樣品的平均距離。它們的不同之處在于平均自由程由散射決定，而擴(kuò)散長(zhǎng)度由擴(kuò)散系數(shù)和材料的壽命來決定。

????平均自由時(shí)間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時(shí)間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時(shí)間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時(shí)間越長(zhǎng)；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。

?

5-5、證明：

?

?

?

則在單位時(shí)間內(nèi)減少的非平衡載流子數(shù)=在單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的非平衡載流子數(shù)，即

?

?

在小注入條件下，τ為常數(shù)，解方程（1），得到

?

式中，Δp（0）為t=0時(shí)刻的非平衡載流子濃度。此式表達(dá)了非平衡載流子隨時(shí)間呈指數(shù)衰減的規(guī)律。

?????????????????????????????????????????????????????????????????????得證。

?

?

5-6、證明：假設(shè)這是n型半導(dǎo)體，雜質(zhì)濃度和內(nèi)建電場(chǎng)分布入圖所示

E內(nèi)

穩(wěn)態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部是電中性的，

Jn=0

即?

?

對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體

?

這就是非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體滿足的愛因斯坦關(guān)系。

?????????????????????????????????????????????????????????????????????得證。

?

5-7、答：間接復(fù)合效應(yīng)是指非平衡載流子通過位于禁帶中特別是位于禁帶中央的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)Et而逐漸消失的效應(yīng)，Et的存在可能大大促進(jìn)載流子的復(fù)合；陷阱效應(yīng)是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)Et中，使在Et上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時(shí)有較大的變化，從引起Δn≠Δp，這種效應(yīng)對(duì)瞬態(tài)過程的影響很重要。此外，最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級(jí)在費(fèi)米能級(jí)附近。一般來說，所有的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)都有某種程度的陷阱效應(yīng)，而且陷阱效應(yīng)是否成立還與一定的外界條件有關(guān)。

?

5-8、解：光照前

?

光照后????Δp=Gτ=（4×1021）（8×10-6）=3.2×1017?cm-3

則

?

答：光照前后樣品的電導(dǎo)率分別為1.167Ω-1cm-1和3.51Ω-1cm-1。

?

5-9、證明：對(duì)于非簡(jiǎn)并的非均勻半導(dǎo)體

?

由于?

?

則

?

同時(shí) 利用非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的愛因斯坦關(guān)系，所以

?

得證。

?

5-10、解：

答：空穴的擴(kuò)散電流密度為7.15╳10-5A/m2。

?

5-11、證明：在小信號(hào)條件下，本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命

?

而???????

?

所以?

?

本征半導(dǎo)體的非平衡載流子的壽命最長(zhǎng)。

??????????????????????????????得證。

?

第六篇-金屬和半導(dǎo)體接觸習(xí)題

?

6-1、什么是功函數(shù)？哪些因數(shù)影響了半導(dǎo)體的功函數(shù)？什么是接觸勢(shì)差？

6-2、什么是Schottky勢(shì)壘？影響其勢(shì)壘高度的因數(shù)有哪些？

6-3、什么是歐姆接觸？形成歐姆接觸的方法有幾種？試根據(jù)能帶圖分別加以分析。

6-4、什么是鏡像力？什么是隧道效應(yīng)？它們對(duì)接觸勢(shì)壘的影響怎樣的？

6-5、施主濃度為7.0×1016cm-3的n型Si與Al形成金屬與半導(dǎo)體接觸，Al的功函數(shù)為4.20eV，Si的電子親和能為4.05eV，試畫出理想情況下金屬-半導(dǎo)體接觸的能帶圖并標(biāo)明半導(dǎo)體表面勢(shì)的數(shù)值。

6-6、分別分析n型和p型半導(dǎo)體形成阻擋層和反阻擋層的條件。

6-7、試分別畫出n型和p型半導(dǎo)體分別形成阻擋層和反阻擋層的能帶圖。

6-8、什么是少數(shù)載流子注入效應(yīng)？

6-9、某Shottky二極管，其中半導(dǎo)體中施主濃度為2.5×1016cm-3，勢(shì)壘高度為0.64eV，加上4V的正向電壓時(shí)，試求勢(shì)壘的寬度為多少？

6-10、試根據(jù)能帶圖定性分析金屬-n型半導(dǎo)體形成良好歐姆接觸的原因。

?

題解：

?

6-1、答：功函數(shù)是指真空電子能級(jí)E0與半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)EF之差。影響功函數(shù)的因素是摻雜濃度、溫度和半導(dǎo)體的電子親和勢(shì)。

接觸勢(shì)則是指兩種不同的材料由于接觸而產(chǎn)生的接觸電勢(shì)差。

?

6-2、答：金屬與n型半導(dǎo)體接觸形成阻擋層，其勢(shì)壘厚度隨著外加電壓的變化而變化，這就是Schottky勢(shì)壘。影響其勢(shì)壘高度的因素是兩種材料的功函數(shù)，影響其勢(shì)壘厚度的因素則是材料（雜質(zhì)濃度等）和外加電壓。

?

6-3、答：歐姆接觸是指其電流-電壓特性滿足歐姆定律的金屬與半導(dǎo)體接觸。形成歐姆接觸的常用方法有兩種，其一是金屬與重?fù)诫sn型半導(dǎo)體形成能產(chǎn)生隧道效應(yīng)的薄勢(shì)壘層，其二是金屬與p型半導(dǎo)體接觸構(gòu)成反阻擋層。其能帶圖分別如下：

?

?

?

?

6-4、答：金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，半導(dǎo)體中的電荷在金屬表面感應(yīng)出帶電符號(hào)相反的電荷，同時(shí)半導(dǎo)體中的電荷要受到金屬中的感應(yīng)電荷的庫侖吸引力，這個(gè)吸引力就稱為鏡像力。

能量低于勢(shì)壘頂?shù)碾娮佑幸欢◣茁蚀┻^勢(shì)壘，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。隧道穿透的幾率與電子的能量和勢(shì)壘厚度有關(guān)。

在加上反向電壓時(shí)，上述兩種效應(yīng)將使得金屬一邊的勢(shì)壘降低，而且反向電壓越大勢(shì)壘降得越低，從而導(dǎo)致反向電流不飽和。

?

6-5、解：金屬與半導(dǎo)體接觸前、后能帶圖如圖所示?

?

?

?

則

?

答：半導(dǎo)體的表面勢(shì)為?–0.0942 V。

?

6-6、解：

金屬與n半導(dǎo)體接觸形成阻擋層的條件是Wm>Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

?

金屬與n半導(dǎo)體接觸形成反阻擋層的條件是Wm<Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

?

金屬與p半導(dǎo)體接觸形成阻擋層的條件是Wm<Ws,其接觸后的能帶圖如圖

所示：

?

金屬與p半導(dǎo)體接觸形成反阻擋層的條件是Wm>Ws,其接觸后的能帶圖如圖所示：

?

?

?

6-8、答：當(dāng)金屬與n型半導(dǎo)體形成整流接觸時(shí)，加上正向電壓，空穴從金屬流向半導(dǎo)體的現(xiàn)象就是少數(shù)載流子注入效應(yīng)。它本質(zhì)上是半導(dǎo)體價(jià)帶頂附近的電子流向金屬中金屬費(fèi)米能級(jí)以下的空能級(jí)，從而在價(jià)帶頂附近產(chǎn)生空穴。小注入時(shí)，注入比（少數(shù)載流子電流與總電流直之比）很小；在大電流條件下，注入比隨電流密度增加而增大。

?

6-9、解：

?

答：勢(shì)壘的寬度約為4.2×10-3m。

?

6-10、解：當(dāng)金屬和半導(dǎo)體接觸接觸時(shí)，如果對(duì)半導(dǎo)體的摻雜很高，將會(huì)使得勢(shì)壘區(qū)的寬度變得很薄，勢(shì)壘區(qū)近似為透明，當(dāng)隧道電流占主要地位時(shí)，其接觸電阻很小，金屬與半導(dǎo)體接觸近似為歐姆接觸。加上正、反向電壓時(shí)的能帶圖如下圖所示：

??

?

?

第六篇?-半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)題解

?

1. 解釋什么是表面積累、表面耗盡和表面反型？

2. 在由n型半導(dǎo)體組成的MIS結(jié)構(gòu)上加電壓Vg，分析其表面空間電荷層狀態(tài)隨VG變化的情況，并解釋其C－V曲線。

3.試述影響平帶電壓VFB的因素。

?

?

7-1、解：

?

?

?

?

?

?

?

又因?yàn)?/span>?????

?

?

7-3、解：

表面積累：當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面出現(xiàn)多子積累時(shí)，這就是表面積累，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

?

?

表面耗盡：當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面載流子濃度幾乎為零時(shí)，這就是表面耗盡，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

?

?

?

?

（3）當(dāng)金屬表面所加的電壓使得半導(dǎo)體表面的少子濃度比多子濃度多時(shí)，這就是表面反型，其能帶圖和電荷分布如圖所示：

?

?

?

?

7-3、解：理想MIS結(jié)構(gòu)的高頻、低頻電容-電壓特性曲線如圖所示；

其中AB段對(duì)應(yīng)表面積累，C到D段為表面耗盡，GH和EF對(duì)應(yīng)表面反型。

?

?

?

7-4、解：使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)加在金屬電極上的柵電壓就是開啟電壓。

?

這時(shí)半導(dǎo)體的表面勢(shì)

?

?

?

7-5、答：當(dāng)MIS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體能帶平直時(shí)，在金屬表面上所加的電壓就叫平帶電壓。平帶電壓是度量實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)與理想MIS結(jié)構(gòu)之間的偏離程度的物理量，據(jù)此可以獲得材料功函數(shù)、界面電荷及分布等材料特性參數(shù)。

?

7-6、解：影響MIS結(jié)構(gòu)平帶電壓的因素分為兩種：

（1）金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差。例如，當(dāng)Wm<Ws時(shí)，將導(dǎo)致C-V特性向負(fù)柵壓方向移動(dòng)。如圖

?

恢復(fù)平帶在金屬上所加的電壓就是

?

?

（2）界面電荷。假設(shè)在SiO2中距離金屬- SiO2界面x處有一層正電荷，將導(dǎo)致C-V特性向負(fù)柵壓方向移動(dòng)。如圖：

?

?

?

恢復(fù)平帶在金屬上所加的電壓就是：

?

?

在實(shí)際半導(dǎo)體中，這兩種因素都同時(shí)存在時(shí)，所以實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)的平帶電壓為

?

?

一、選擇填空（含多項(xiàng)選擇）

1. 與半導(dǎo)體相比較，絕緣體的價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量（）

A. 比半導(dǎo)體的大?????B. 比半導(dǎo)體的小?????C. 與半導(dǎo)體的相等

2. 室溫下，半導(dǎo)體Si摻硼的濃度為1014cm－3，同時(shí)摻有濃度為1.1×1015cm－3的磷，則電子濃度約為（），空穴濃度為（），費(fèi)米能級(jí)（）；將該半導(dǎo)體升溫至570K，則多子濃度約為（），少子濃度為（），費(fèi)米能級(jí)（）。（已知：室溫下，ni≈1.5×1010cm－3，570K時(shí)，ni≈2×1017cm－3）

???A. 1014cm－3????????B. 1015cm－3?????????C. 1.1×1015cm－3????

D. 2.25×1015cm－3???E. 1.2×1015cm－3????F. 2×1017cm－3?

G. 高于Ei ????????H. 低于Ei ????????I. 等于Ei

3. 施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供（）。

???A. 空穴???????B. 電子

4. 對(duì)于一定的半導(dǎo)體材料，摻雜濃度降低將導(dǎo)致禁帶寬度（），本征流子濃度（），功函數(shù)（）。

???A. 增加??????B. 不變??????C. 減少

5. 對(duì)于一定的n型半導(dǎo)體材料，溫度一定時(shí)，較少摻雜濃度，將導(dǎo)致（）靠近Ei。

???A. Ec ????B. Ev ????C. Eg ?????D. Ef

6. 熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體中電子濃度與空穴濃度之積為常數(shù)，它只與（）有關(guān)，而與（）無關(guān)。

???A. 雜質(zhì)濃度?????B. 雜質(zhì)類型?????C. 禁帶寬度??????D. 溫度

7. 表面態(tài)中性能級(jí)位于費(fèi)米能級(jí)以上時(shí)，該表面態(tài)為（）。

A. 施主態(tài)?????????B. 受主態(tài)????????C. 電中性

8. 當(dāng)施主能級(jí)Ed與費(fèi)米能級(jí)Ef相等時(shí)，電離施主的濃度為施主濃度的（）倍。

????A. 1 ???????B. 1/2 ??????C. 1/3 ??????D. 1/4

9. 最有效的復(fù)合中心能級(jí)位置在（）附近；最有利陷阱作用的能級(jí)位置在（）附近，常見的是（）的陷阱

????A. Ea ??B. Ed ???C. E ??D. Ei ??E. 少子???F. 多子

10. 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生（）電流，漂移運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)生（）電流。

A. 漂移???????B. 隧道???????C. 擴(kuò)散

11. MIS結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生強(qiáng)反型時(shí)，其表面的導(dǎo)電類型與體材料的（），若增加摻雜濃度，其開啟電壓將（）。

????A. 相同???????B. 不同???????C. 增加???????D. 減少

二、思考題

1. 簡(jiǎn)述有效質(zhì)量與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

為什么半導(dǎo)體滿帶中的少量空狀態(tài)可以用帶有正電荷和具有一定質(zhì)量的空穴來描述？

3. 分析化合物半導(dǎo)體PbS中S的間隙原子是形成施主還是受主？S的缺陷呢？

?說明半導(dǎo)體中淺能級(jí)雜質(zhì)、深能級(jí)雜質(zhì)的作用有何不同？

5. 為什么Si半導(dǎo)體器件的工作溫度比Ge半導(dǎo)體器件的工作溫度高？你認(rèn)為在高溫條件下工作的半導(dǎo)體應(yīng)滿足什么條件？

工廠生產(chǎn)超純Si的室溫電阻率總是夏天低，冬天高。試解釋其原因。

?試解釋強(qiáng)電場(chǎng)作用下GaAs的負(fù)阻現(xiàn)象。

穩(wěn)定光照下，半導(dǎo)體中的電子和空穴濃度維持不變，半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)下嗎？為什么？

?愛因斯坦關(guān)系是什么樣的關(guān)系？有何物理意義？

怎樣才能使得n型硅與金屬鋁接觸才能分別實(shí)現(xiàn)歐姆接觸和整流接觸？

1. 答案：（A）

2. 答案：（B），（D），（G），（F），（F），（I）

3. 答案：（B），（A），（A，B）

4. 答案：（B，A），（B，C），（C）

5. 答案：（D）

6. 答案：（C,D），（A,B）

7. 答案：（A）

8. 答案：（C）

9.答案：（C），（E）

10. 答案：（C），（A）

11. 答案：（B），（C）

?

《半導(dǎo)體物理》重點(diǎn)難點(diǎn)?

第一章?半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)
1、Si和GaAs的晶體結(jié)構(gòu)
2、Ge、Si和GaAs的能帶結(jié)構(gòu)
3、本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、空穴

第二章?半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷
l、本征激發(fā)與本征半導(dǎo)體的特征
2、雜質(zhì)半導(dǎo)體與雜質(zhì)電離

第三章?半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布
1、熱平衡態(tài)時(shí)非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中載流子的濃度分布
2、費(fèi)米能級(jí)EF的相對(duì)位置。

第四章?半導(dǎo)體中的導(dǎo)電性
1、遷移率
2、散射——影響遷移率的本質(zhì)因素
3、電導(dǎo)率
4、弱電場(chǎng)下電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論

第五章?非平衡載流子
1、非平衡載流子的產(chǎn)生
2、非平衡載流子的復(fù)合
3、非平衡載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
4、擴(kuò)散方程
5、愛因斯坦關(guān)系
6、連續(xù)性方程

第六章?金屬和半導(dǎo)體接觸
1、阻擋層與反阻擋層的形成

2、肖特基勢(shì)壘的定量特性
3、歐姆接觸的特性
4、少子的注入

第七章 半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu)
1、表面電場(chǎng)效應(yīng)
2、理想與非理想MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性
3、Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)4、表面電導(dǎo)?