兰州大学807半导体物理真题.docx
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兰州大学807半导体物理真题
兰州大学2016年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
半导体物理科目代码:
807考试时间:
月日
(注:
特别提醒所有答案一律写在答题纸上,直接写在试题或草稿纸上的无效!
)
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一、解释下列概念:
1、霍尔效应:
2、共有化运动
3、杂质补偿
4、肖特基势垒
5、非平衡载流子寿命
二、简述硅和砷化镓能带结构的异同。
三、简述产生半导体激光的基本条件。
四、简述半导体光吸收的主要物理过程,并在能带示意图上定性表示之。
五、试述什么是简并、非简并半导体;给出非简并、弱简并及简并半导体的区分标准,并说明其含义。
六、请解释迁移率概念,并说明对于半导体硅而言影响其迁移率的主要因素。
七、请定性画出n-n型异质结平衡时能带图,并给予简要解释。
八、 用n型Si衬底制成MOS电容,解释该结构在积累、耗尽、弱反型、强反型下的电容值变化规律,并画出高频、低频的C-V曲线。
九、 在半导体硅材料中掺入施主杂质浓度ND=1015/cm3,受主杂质浓度NA=4×1014/cm3;设室温下本征硅材料的电阻率ri=2.2×105W.cm,假设电子和空穴的迁移率分别为mn=1350cm2/(V.S),mp=500cm2/(V.S),不考虑杂质浓度对迁移率的影响,求掺杂样品的电导率。
施主浓度ND=1016/cm3的n型单晶硅片,求室温下功函数是多少?
若忽略表面态的影响,当它同金属Al、Au、Mo接触时,分别形成何种接触?
并定性画出该n型硅与金属Al接触前后的能带示意图。
已知硅的电子亲和能Xs=4.0eV,NC=1019/cm3,设金属的功函数分别为Wal=4.05eV,WAu=5.20eV,WMo=4.21eV。
兰州大学2015年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
半导体物理科目代码:
807考试时间:
月日
(注:
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兰州大学2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
半导体物理科目代码:
807考试时间:
月日
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兰州大学2013年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
半导体物理科目代码:
807考试时间:
月日
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兰州大学2012年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
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月日
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兰州大学2011年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
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月日
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兰州大学2010年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
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807考试时间:
月日
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一、简答题:
1.画出中等掺杂硅的电阻率随温度的变化情况。
2.n型半导体衬底形成的MIS结构,画出外加不同偏压下多子积累和反型二种状态的能带图。
画出理想的低频和高频电容-电压曲线。
解释平带电压(7分)
图略
平带电压:
功函数或者绝缘层电荷等因素引起半导体内能带发生弯曲,为了恢复平带状态所需加的外加栅偏压。
或者使半导体内没有能带弯曲时所加的栅电压。
3.写出至少两种测试载流子浓度的实验方法。
可以采用四探针法、C-V测试以及霍耳效应来测试载流子浓度(写出两种即可);
三、计算题
1.Si与金属形成的肖特基势垒接触,反向饱和电流为I0=10-11A,若以测试得到的正向电流达到10-3A为器件开始导通。
(1)求正向导通电压值;
每步各2分
(2)如果不加电压时半导体表面势为0.55V,耗尽区宽度为0.5μm,计算加5V反向电压时的耗尽区宽度;
2、施主浓度ND=1015cm-3的薄n型Si样品,寿命为1
室温下进行光照射,光被均匀吸收,电子-空穴对的产生率是
。
已知:
,设杂质全电离,求:
(1)光照下样品的电导率;
非平衡载流子浓度
1分
电子浓度
1分
空穴浓度
1分
2分
(2)电子和空穴准费米能级EFn和EFp与平衡费米能级EF的距离,并在同一能带图标出EF,EFn和EFp;
答:
作图3分EFn和EFp与EF
(3)若同时给该样品加10V/cm的电场,求通过样品的电流密度。
3、硅单晶作衬底制成MOS二极管,铝电极面积A=1.6×10-7m2。
在150℃下进行负温度-偏压和正温度-偏压处理,测得C-V曲线如图2中a、b所示。
已知硅和铝的功函数分别为WS=4.3eV,Wm=4.2eV,硅的相对介电常数为3.9。
计算:
(1)说明AB段是积累、耗尽还是反型状态,衬底硅是n型还是p型
答:
AB段是积累,N型。
(2)氧化层厚度d0
(3)氧化层中可动离子面密度Nm(4分)
兰州大学2009年攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目:
半导体物理科目代码:
807考试时间:
月日
(注:
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)
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一、名词解释
1.受主能级:
通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。
正常情况下,此能级为空穴所占据,这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。
2.直接复合:
导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带,与价带中的空穴复合,这样的复合过程称为直接复合。
3.空穴:
当满带顶附近产生P0个空态时,其余大量电子在外电场作用下所产生的电流,可等效为P0个具有正电荷q和正有效质量mp,速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流,这样的准经典粒子称为空穴。
4.过剩载流子:
在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下,半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴,超过热平衡浓度的电子△n=n-n0和空穴△p=p-p0称为过剩载流子。
5.费米能级、化学势
答:
费米能级与化学势:
费米能级表示等系统处于热平衡状态,也不对外做功的情况下,系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化,等于系统的化学势。
处于热平衡的系统有统一的化学势。
这时的化学势等于系统的费米能级。
费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。
费米能级标志了电子填充能级水平。
费米能级位置越高,说明较多的能量较高的量子态上有电子。
随之温度升高,电子占据能量小于费米能级的量子态的几率下降,而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。
二、简答题
1)当电子和空穴的浓度是空间和时间的函数时,它们随时间的变化率将由载流子的扩散、漂移及其产生和复合所决定,由电子数、空穴数的守恒原则,试写出载流子随时间的净变化率(
)和(
),并加以说明。
解:
载流子随时间的净变化率(
)和(
)为
右边第一项为扩散项,第二项为漂移项,第三项为产生,第四项为复合。
注意为电场,是几何空间坐标的函数,该式为连续性方程.
2)请描述小注入条件正向偏置和反向偏置下的pn结中载流子的运动情况,写出其电流密度方程,请解释为什么pn结具有单向导电性?
解:
在p-n结两端加正向偏压VF,VF基本全落在势垒区上,由于正向偏压产生的电场与内建电场方向相反,势垒区的电场强度减弱,势垒高度由平衡时的qVD下降到q(VD-VF),耗尽区变窄,因而扩散电流大于漂移电流,产生正向注入。
过剩电子在p区边界的结累,使-xTp处的电子浓度由热平衡值n0p上升并向p区内部扩散,经过一个扩散长度Ln后,又基本恢复到n0p。
在-xTp处电子浓度为n(-xTp),同理,空穴向n区注入时,在n区一侧xTn处的空穴浓度上升到p(xTn),经Lp后,恢复到p0n。
反向电压VR在势垒区产生的电场与内建电场方向一致,因而势垒区的电场增强,空间电荷数量增加,势垒区变宽,势垒高度由qVD增高到q(VD+VR).势垒区电场增强增强,破坏了原来载流子扩散运动和漂移运动的平衡,漂移运动大于扩散运动。
这时,在区边界处的空穴被势垒区电场逐向p区,p区边界的电子被逐向n区。
当这些少数载流子被电场驱走后,内部少子就来补充,形成了反向偏压下的空穴扩散电流和电子扩散电流。
电流密度方程:
正向偏置时随偏置电压指数上升,反向偏压时,反向扩散电流与V无关,它正比于少子浓度,数值是很小的,因此可以认为是单向导电。
四、计算题
1.已知室温时锗的本征载流子浓度
,均匀掺杂百万分之一的硼原子后,又均匀掺入1.442×1017cm-3的砷,计算掺杂锗室温时的多子浓度和少子浓度以及EF的位置。
解:
硼的浓度:
NA=4.42×1016cm-3。
有效施主杂质浓度为:
ND=(14.42-4.42)1016cm-3=1017cm-3
室温时下杂质全部电离,由于有效杂质浓度远大于本征载流子浓度2.4×1013cm-3,锗半导体处于饱和电离区。
多子浓度n0=ND=1017cm-3
少子浓度p0=ni2/n0==(2.41013)2/1017=5.76109(cm-3)
费米能级:
EF=EC+k0Tln(ND/NC)=EC+0.026ln[1017/(1.11019)]=EC-0.122(eV)
2、掺有1.1×1015cm-3硼原子和9×1014cm-3磷原子的Si样品,试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。
解:
对于Si:
ND=9×1014cm-3;NA=1.1×1015cm-3;T=300K时ni=2.4×1013cm-3.
多子浓度:
;
少子浓度:
3.由电阻率为4
的p型Ge和0.4
的n型Ge半导体组成一个p-n结,计算在室温(300K)时内建电势VD和势垒宽度xD。
已知在上述电阻率下,p区的空穴迁移率
n区的电子迁移率
,Ge的本征载流子浓度
,真空介电常数
解:
(2分)
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- 兰州大学 807 半导体 物理
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