半導(dǎo)體器件物理期末試卷及答案

1、項(xiàng)目 一 二 三 四 五 總分 滿分 100 得分 一、 選擇題： （含多項(xiàng)選擇， 選擇題： （含多項(xiàng)選擇， 共 30 分，每空 分，每空 1 分，錯(cuò)選、漏選、多選 ，錯(cuò)選、漏選、多選均不得分 均不得分） 1．半導(dǎo)體硅材料的晶格結(jié)構(gòu)是（ A ） A金剛石 B 閃鋅礦 C 纖鋅礦 2．下列固體中，禁帶寬度 Eg 最大的是（ C ） Ａ 金屬 Ｂ 半導(dǎo)體 Ｃ 絕緣體

2、 3．硅單晶中的層錯(cuò)屬于（ C ） Ａ 點(diǎn)缺陷 Ｂ 線缺陷 Ｃ 面缺陷 4．施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（ B ） ，受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（ A ） ，本征激發(fā)后向半導(dǎo)體提供（ A B ） 。 A空穴 B 電子 5．砷化鎵中的非平衡載流子復(fù)合主要依靠（ A ） A直接復(fù)合 B 間接復(fù)合 C 俄歇復(fù)合 6．衡量電子填充能級(jí)水平

3、的是（ B ） Ａ 施主能級(jí) Ｂ 費(fèi)米能級(jí) Ｃ 受主能級(jí) D 缺陷能級(jí) 7．載流子的遷移率是描述載流子( A)的一個(gè)物理量；載流子的擴(kuò)散系數(shù)是描述載流子( B )的一個(gè)物理量。 A在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)快慢 B 在濃度梯度作用下的運(yùn)動(dòng)快慢 8．室溫下，半導(dǎo)體 Si 中摻硼的濃度為 1014cm－3，同時(shí)摻有濃度為 1.1×1015cm－3 的磷，則電子濃度約為（ B ） ，空穴濃度為（

4、D ） ，費(fèi)米能級(jí)（ G ） ；將該半導(dǎo)體升溫至 570K，則多子濃度約為（ F ） ，少子濃度為 （ F ） ，費(fèi)米能級(jí)（ I ） 。 （已知：室溫下，ni≈1.5×1010cm－3，570K時(shí)，ni≈2×1017cm－3） A1014cm－3 B 1015cm－3 C 1.1×1015cm－3 D 2.25×105cm－3

5、 E 1.2×1015cm－3 F 2×1017cm－3 G 高于 Ei H 低于 Ei I 等于 Ei 9．載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生（ C ）電流，漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生（ A ）電流。 A漂移 B 隧道 C 擴(kuò)散 10．下列器件屬于多子器件的是（ B D ） Ａ 穩(wěn)壓二極管 Ｂ 肖特基二極管

6、Ｃ 發(fā)光二極管 D 隧道二極管 11．平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體中載流子濃度 n0p0=ni2，載流子的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，而當(dāng) np<ni2 時(shí)，載流子的復(fù)合率（ C ）產(chǎn)生率 Ａ 大于 Ｂ 等于 Ｃ 小于 12．實(shí)際生產(chǎn)中，制作歐姆接觸最常用的方法是（ A ） Ａ 重?fù)诫s的半導(dǎo)體與金屬接觸 Ｂ 輕摻雜的半導(dǎo)體與金屬接觸 13．在下列平面擴(kuò)散型雙極晶體管擊穿電壓中數(shù)值最小的是 （ C ） A

7、BVCEO B BVCBO C BVEBO 14．MIS 結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面出現(xiàn)強(qiáng)反型的臨界條件是（ B ） 。 （VS為半導(dǎo)體表面電勢(shì)；qVB=Ei-EF）AVS=VB B VS=2VB C VS=0 15．晶體管中復(fù)合與基區(qū)厚薄有關(guān)，基區(qū)越厚，復(fù)合越多，因此基區(qū)應(yīng)做得 （ C ） A．較厚 B．較薄 C．很薄 16．pn 結(jié)反偏狀態(tài)下，空間電

8、荷層的寬度隨外加電壓數(shù)值增加而（ A ） 。 A．展寬 B．變窄 C．不變 17．在開關(guān)器件及與之相關(guān)的電路制造中， （ C ）已作為縮短少數(shù)載流子壽命的有效手段。 A鈍化工藝 B 退火工藝 C 摻金工藝 18．在二極管中，外加反向電壓超過某一數(shù)值后，反向電流突然增大，這個(gè)電壓叫（ B ） 。 A飽和電壓 B 擊穿電壓 C 開啟電壓 19．真空能級(jí)

9、和費(fèi)米能級(jí)的能值差稱為（ A ） A功函數(shù) B 親和能 C 電離電勢(shì) 20．平面擴(kuò)散型雙極晶體管中摻雜濃度最高的是（ A ） A發(fā)射區(qū) B 基區(qū) C 集電區(qū) 21．柵電壓為零，溝道不存在，加上一個(gè)負(fù)電壓才能形成 P 溝道，該 MOSFET 為（ A ） AP 溝道增強(qiáng)型 B P 溝道耗盡型 C N 溝道增強(qiáng)型 D N 溝道耗盡型 二、判斷題（共 判

10、斷題（共 20 分，每題１分） 每題１分） １．（ √ ）半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 ２．（ √ ）半導(dǎo)體中的電子濃度越大，則空穴濃度越小。 ３．（ × ）半導(dǎo)體中載流子低溫下發(fā)生的散射主要是晶格振動(dòng)的散射。 ４．（ × ）雜質(zhì)半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的增加而下降。 ５．（ √ ）半導(dǎo)體中雜質(zhì)越多，晶格缺陷越多，非平衡載流子的壽命就越短。 ６．（ √ ）非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的判據(jù)是 n0p0=ni

11、2。 ７．（ √ ）MOSFET 只有一種載流子（電子或空穴）傳輸電流。 ８．（ √ ）反向電流和擊穿電壓是表征晶體管性能的主要參數(shù)。 ９．（ × ）同一種材料中，電子和空穴的遷移率是相同的。 １０． （ √ ）MOS 型的集成電路是當(dāng)今集成電路的主流產(chǎn)品。 １１． （ √ ）平衡 PN 結(jié)中費(fèi)米能級(jí)處處相等。 １２． （ √ ）能夠產(chǎn)生隧道效應(yīng)的 PN 結(jié)二極管通常結(jié)的兩邊摻雜都很重，雜質(zhì)分布很陡。 １３． （ √ ）位錯(cuò)就

12、是由范性形變?cè)斐傻?，它可以使晶體內(nèi)的一原子或離子脫離規(guī)則的周期而位移一段距離。 １４． （ √ ）在某些氣體中退火可以降低硅-二氧化硅系統(tǒng)的固態(tài)電荷和界面態(tài)。 １５． （ √ ）高頻下，pn 結(jié)失去整流特性的因素是 pn 結(jié)電容 １６． （ × ）pn 結(jié)的雪崩擊穿電壓主要取決于高摻雜一側(cè)的雜質(zhì)濃度。 １７． （ √ ）要提高雙極晶體管的直流電流放大系數(shù)α 、β 值，就必須提高發(fā)射結(jié)的注入系數(shù)和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)。 １８． （ √

13、）二氧化硅層中對(duì)器件穩(wěn)定性影響最大的可動(dòng)離子是鈉離子。 １９． （ × ）制造 MOS 器件常常選用[111]晶向的硅單晶。 ２０． （ √ ）場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極可以互換，但雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極是不可以互換的。 三、 三、 名詞解釋 名詞解釋 (共 15 分，每題 每題 5 分，給出關(guān)鍵詞得 ，給出關(guān)鍵詞得 3 分) 1．雪崩擊穿 隨著 隨著 PN 外加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)超過某臨界 外

14、加反向電壓不斷增大，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)超過某臨界值時(shí)，載流子受電 值時(shí)，載流子受電裝 訂 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績(jī) 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 －2011 業(yè)技術(shù)學(xué)院 業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 －2011 學(xué)年第 學(xué)年第 一 2010 －2011

15、 學(xué)年第 學(xué)年第 一 學(xué)期 學(xué)期 半導(dǎo) 半導(dǎo)場(chǎng)加速獲得很高的動(dòng)能，與晶格點(diǎn)陣原子發(fā)生碰撞使之電離，產(chǎn)生新的電子 場(chǎng)加速獲得很高的動(dòng)能，與晶格點(diǎn)陣原子發(fā)生碰撞使之電離，產(chǎn)生新的電子—空穴對(duì)，再被電場(chǎng)加速，再產(chǎn)生更 空穴對(duì)，再被電場(chǎng)加速，再產(chǎn)生更多的電子 多的電子—空穴對(duì)，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為雪 空穴對(duì)，載流子數(shù)目在空間電荷區(qū)發(fā)生倍增，猶如雪崩一般，反向電流迅速增大，這種現(xiàn)象稱之為

16、雪崩擊穿。 崩擊穿。 2．非平衡載流子 由于外界原因，迫使半導(dǎo)體處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)， 由于外界原因，迫使半導(dǎo)體處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)，其載流子濃度可以比平衡狀 稱為非平衡狀態(tài)，其載流子濃度可以比平衡狀態(tài)時(shí)多出了一部分，比平衡時(shí)多出了的這部分載流子稱為非平衡載流子。 態(tài)時(shí)多出了一部分，比平衡時(shí)多出了的這部分載流子稱為非平衡載流子。 3．共有化運(yùn)動(dòng) 當(dāng)原子相互接近形成晶體時(shí)，不同原子的內(nèi)外各電子殼層之間就有了

17、一定程度 當(dāng)原子相互接近形成晶體時(shí)，不同原子的內(nèi)外各電子殼層之間就有了一定程度的交疊，相鄰原子最外層交疊 的交疊，相鄰原子最外層交疊最多，內(nèi)殼層交疊較少。原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個(gè)原子上，可以由一 最多，內(nèi)殼層交疊較少。原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個(gè)原子上，可以由一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，因而，電子將可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為電子的 個(gè)原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去，

18、因而，電子將可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。 有化運(yùn)動(dòng)。 四、 四、 問答題（ 問答題（22 分） 分） 1．簡(jiǎn)述肖特基二極管的優(yōu)缺點(diǎn)。 （6 分，每小點(diǎn) 1 分） 優(yōu)點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： （1） 正向壓降低 正向壓降低 （2） 溫度系數(shù)小 溫度系數(shù)小 （3）工作頻率高。 ）工作頻率高。 （4）噪聲系數(shù)小 ）噪聲系數(shù)小 缺點(diǎn)： 缺點(diǎn)： （1）反

19、向漏電流較大 ）反向漏電流較大 （2）耐壓低 ）耐壓低 2．MIS 結(jié)構(gòu)中，以金屬—絕緣體—P 型半導(dǎo)體為例，半導(dǎo)體表面在什么情況下成為積累層？什么情況下出現(xiàn)耗盡層和反型層？ （6 分，每小點(diǎn) 2 分） 積累狀態(tài)： 積累狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時(shí)，表面勢(shì)為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，表面層內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)空穴的堆積。 當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加負(fù)電壓時(shí)，表面勢(shì)為負(fù)值，表面處能帶向上彎

20、曲，表面層內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)空穴的堆積。（2 分） 分） 耗盡狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加正電壓時(shí)，表面勢(shì)為正值，表面處能帶向下彎曲，表面處的空穴濃度較體內(nèi)的低 耗盡狀態(tài)：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體之間加正電壓時(shí)，表面勢(shì)為正值，表面處能帶向下彎曲，表面處的空穴濃度較體內(nèi)的低得多，這種狀態(tài)就叫做耗盡狀態(tài)。 得多，這種狀態(tài)就叫做耗盡狀態(tài)。 （2 分） 分） 反型狀態(tài)：當(dāng)正電壓進(jìn)一步增加時(shí)，能帶進(jìn)一步向下彎曲，使表面 反型狀態(tài)：當(dāng)正電壓進(jìn)一步增加時(shí)，能帶進(jìn)一步向下

21、彎曲，使表面處的費(fèi)米能級(jí)高于中央能級(jí) 處的費(fèi)米能級(jí)高于中央能級(jí) E i，這意味著表面的 ，這意味著表面的電子濃度將超過空穴濃度，形成反型層。 電子濃度將超過空穴濃度，形成反型層。 （2 分） 分） 3． 如何加電壓才能使 NPN 晶體管起放大作用。 請(qǐng)畫出平衡時(shí)和放大工作時(shí)的能帶圖。 （10 分，回答 4 分，其中每一點(diǎn)各 2 分；圖 6 分，其中無偏壓能帶 2 分，加偏壓能帶 2 分，標(biāo)注勢(shì)壘高度 2 分） 答： 答：要使 要使 NP

22、N 晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)要加正向偏壓 晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)要加正向偏壓（2 分） 分） ，集電結(jié)反向偏壓。 ，集電結(jié)反向偏壓。 （2 分） 分） 放大工作時(shí)的能帶圖如下： 放大工作時(shí)的能帶圖如下： 五、 五、 計(jì)算題 計(jì)算題（共 （共 13 分， 其中第一小題 ， 其中第一小題 5 分，第二小題 分，第二小題 5 分，第三小題 分，第三小題3 分） 1. 計(jì)算（1）摻入 ND 為 1×1015 個(gè)/cm3 的施主硅，在

23、室溫（300K）時(shí)的電子 n0 和空穴濃度 p0，其中本征載流子濃度 n i=2×1010 個(gè)/cm3。 （2）如果在（1）中摻入 NA=5×1014 個(gè)/cm3 的受主，那么電子 n0 和空穴濃度 p0 分別為多少？（3）若在（1）中摻入 NA=1×1015 個(gè)/cm3 的受主，那么電子 n0 和空穴濃度 p0 又為多少？ 解： （ 解： （1） 300K 時(shí)可認(rèn)為施主雜質(zhì)全部電離。 時(shí)可認(rèn)為施主雜質(zhì)全部

24、電離。 （1 分） 分） 則 （2 分） （2 分） （2）摻入了 ）摻入了 NA=5×1014 個(gè)/cm3 的受主，那么同等數(shù)量的施主得到了補(bǔ)償。 的受主，那么同等數(shù)量的施主得到了補(bǔ)償。 （1 分） 分） 則 （2 分） （2 分） （3

25、） 因?yàn)槭┲骱褪苤飨嗷ネ耆a(bǔ)償， 雜質(zhì)的摻雜不起作用。 因此該半導(dǎo)體可看作是本征半導(dǎo)體 （實(shí) 因?yàn)槭┲骱褪苤飨嗷ネ耆a(bǔ)償， 雜質(zhì)的摻雜不起作用。 因此該半導(dǎo)體可看作是本征半導(dǎo)體 （實(shí)際上不是） 。 際上不是） 。 （1 分） 則 （2 分） ? ? 3 5152 10 23 15/ 10 4 10 110 2/ 10 1cm nn Pcm N noiOD o個(gè) ? ? ??