2007半导体期末考试试卷-zhujun

学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第1页共6页电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试一、选择填空（含多选题）（2×20=40分）1、锗的晶格结构和能带结构分别是（C）。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、简并半导体是指（A）的半导体。A、(EC-EF)或(EF-EV)≤0B、(EC-EF)或(EF-EV)≥0C、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3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3,磷为1015cm-3，则该半导体为（B）半导体；其有效杂质浓度约为（E）。A.本征，B.n型，C.p型，D.1.1×1015cm-3,E.9×1014cm-34、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（B），并且该乘积和（E、F）有关，而与（C、D）无关。A、变化量；B、常数；C、杂质浓度；D、杂质类型；E、禁带宽度；F、温度5、在一定温度下，对一非简并n型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（C）靠近中间能级Ei；如果增加掺杂浓度，有可能使得（C）进入（A），实现重掺杂成为简并半导体。A、Ec；B、Ev；C、EF；D、Eg；E、Ei。67、如果温度升高，半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是（C）。A、变大，变大B、变小，变小C、变小，变大D、变大，变小8、最有效的复合中心能级的位置在（D）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C）附近，并且常见的是（E）陷阱。A、EAB、EBC、EFD、EiE、少子F、多子9、一块半导体寿命τ=15µs，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30µs后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（C）。A、1/4B、1/eC、1/e2D、1/210、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的（A）。A、散射机构；B、复合机构；C、杂质浓度梯度；C、表面复合速度。学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第2页共6页11、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（D）。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12、欧姆接触是指（D）的金属－半导体接触。A、Wms=0B、Wms＜0C、Wms＞0D、阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性13、MOS器件中SiO2层中的固定表面电荷主要是（B），它能引起半导体表面层中的能带（C）弯曲,要恢复平带，必须在金属与半导体间加（F）。A．钠离子；B硅离子.；C.向下；D.向上；E.正电压；F.负电压二、证明题：（8分）由金属－SiO2－P型硅组成的MOS结构，当外加的电压使得半导体表面载流子浓度ns与内部多数载流子浓度Pp0相等时作为临界强反型层条件，试证明：此时半导体的表面势为：22ln,AFsBBiNEiEkTVVVqnq其中证明：设半导体的表面势为VS，则表面的电子浓度为：200exp()exp()SiSsppqVnqVnnKTpKT（2分）当ns=pp0时，有：20exp(),SpiqVpnKT（1分）0exp()2SpiqVPnKT（1分）另外：0exp()exp()exp()FViFBpViiEEEEqVpNnnKTKTKT（2分）学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第3页共6页比较上面两个式子，可知VS=2VB饱和电离时，Pp0=NA,即：exp()2SAiqVNnKT（1分）故：22lnAsBiNKTVVqn（1分）三、简答题（32分）1、解释什么是Schottky接触和欧姆接触，并画出它们相应的I-V曲线？（8分）答：金属与中、低掺杂的半导体材料接触，在半导体表面形成多子的势垒即阻挡层，其厚度并随加在金属上的电压改变而变化，这样的金属和半导体的接触称为Schottky接触。（2分）金属和中、低掺杂的半导体材料接触，在半导体表面形成多子的势阱即反阻挡层，或金属和重掺杂的半导体接触，半导体表面形成极薄的多子势垒，载流子可以隧穿过该势阱，形成隧穿电流，其电流－电压特性满足欧姆定律。（2分）Schottky势垒接触的I-V特性欧姆接触的I-V特性（2分）（2分）2、试画出n型半导体构成的理想的MIS结构半导体表面为积累、耗尽、反型时能带图和对应的的电荷分布图？(3×3分＝9分)解：对n型半导体的理想MIS结构的在不同的栅极电压下，当电压从正向偏置到负电压是，在半导体表面会出现积累、耗尽、反型现象，其对应的能带和电荷分布图如下：IIVV学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第4页共6页3、试画出中等掺杂的Si的电阻率随温度变化的曲线，并分析解释各段对应的原因和特点（8分）解：ρCADBT（2分）EcEvEiEF(a)堆积xEcEvEiEF(b)耗尽xx(c)反型EcEFEiEv学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第5页共6页电阻率随温度的变化分三个阶段：AB：本征激发可忽略。温度升高，载流子浓度增加，杂质散射导致迁移率也升高，故电阻率ρ随温度T升高下降；（2分）BC：杂质全电离，以晶格振动散射为主。温度升高，载流子浓度基本不变。晶格振动散射导致迁移率下降，故电阻率ρ随温度T升高上升；（2分）CD：本征激发为主。晶格振动散射导致迁移率下降，但载流子浓度升高很快，故电阻率ρ随温度T升高而下降；（2分）4、试比较半导体中浅能级杂质和深能级杂质对其电学参数的影响，并说明它们在实践中的不同应用。（7分）答：在常温下浅能级杂质可全部电离，可显著地改变载流子的浓度，从而影响半导体材料的电导率。深能级杂质在常温下，较难电离，并且和浅能级杂质相比，掺杂浓度不高，故对载流子的浓度影响不大，但在半导体中可以起有效的复合中心或陷阱作业，对载流子的复合作用很强。（4分）所以，在实际的应用中，通过浅能级杂质调节载流子的浓度、电阻率，改变材料的导电类型；而通过深能级杂质提供有效的复合中心，提高器件的开关速度。（3分）四、计算题（2×10分）1、设p型硅能带图如下所示，其受主浓度NA=1017/cm3，已知：WAg=4.18eV，WPt=5.36eV，NV=1019/cm3，Eg=1.12eV，硅电子亲和能χ＝4.05eV，试求：（10分）（1）室温下费米能级EF的位置和功函数WS;（2）不计表面态的影响，该p型硅分别与Pt和Ag接触后是否形成阻挡层？（3）若能形成阻挡层，求半导体一边的势垒高度。（已知WAg=4.81eV,WPt=5.36eV,Nv=1019cm-3,Eg=1.12eV,Si的电子亲和能Χ＝4.05eV）解：（1）室温下，杂质全部电离，本征激发可以忽略，则：0exp()FVAvEEpNNkT（1分）E0ECEVEnχWSEFEg=1.12eV学院姓名学号任课老师选课号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……第6页共6页191710ln0.026ln0.1210VFVVVANEEkTEEeVN（2分）∴0.121.120.121.0ngEEeV（1分）所以，功函数为：1.04.055.05()snWEeV（1分）(2)不计表面态的影响，对P型硅，当Ws＞Wm时，金属中的电子流向半导体，使得表面势Vs＞0，空穴附加能量为qVs，能带向下弯，形成空穴势垒。故p型硅和Ag接触后半导体表面形成空穴势垒，即空穴的阻挡层；而Wpt=5.36eV大于Ws=5.05eV,所以p型硅和Pt接触后不能形成阻挡层。（3分）(3)Ag和p-Si接触后形成的阻挡层的势垒高度为：4.815.060.24()DmsqVWWeV（2分）5、一个理想的MOS电容器结构，半导体衬底是掺杂浓度NA=1.5×1015cm-3的p型硅。如氧化层SiO2的厚度是0.1μm时，阈值电压VT为1.1V,问氧化物层的厚度为0.1μm时，其VT是多少？（10分）解：00002SSTSBrQdQVVVC（2分）∴100012STBrQVVd10100()2STBrQVdV（1分）∴100012STBrQVVd代入20200()2STBrQVdV（1分）可得：022111010.2(2)2(2)2220.1TTBBTBBTBdmVVVVVVVVVdm（2分）因为：200exp()exp()SiSsppqVnqVnnKTpKT0exp()exp()FBAiiEiEqVPNnnKTKT（2分）所以，15101.510ln0.026ln0.30()1.510ABiFiNkTVEEVqn（1分）故221.120.31.6()TVV（1分）