发布时间 : 星期三 文章电子科技大学2009半导体物理期末考试试卷B试题答案更新完毕开始阅读
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………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
B. Cr (Wm=4.6 eV) C. Au (Wm=4.8 eV) D. Al (Wm=4.2 eV)
得 分 三、 问答题（共31分，共四题， 6 分＋10分＋10分＋5分）
1. 写出下面能带图代表的半导体类型，掺杂程度。 （6分）
ECEF
i
(a)
E E
V
EC
i
(b)
E E E
FV
(c)
E E
EC
FV
EC
i
E E E
FV
ECEFEi
E
V E E E
EC
iFV
(d) (e) (f)
答：(a) 强n型 (b) 弱p型 (c) 本征型或高度补偿型
(d) 简并、p型 (e) 弱n型 (f) 强p型
2. 型半导体衬底形成的MIS结构，画出外加不同偏压下积累、平带、耗尽、反型四种状态的能带图。画出理想的低频和高频电容-电压曲线。解释平带电压。 (10分) 答： 图略（各2分，共8分）
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。 （2分）
3. 写出至少两种测试载流子浓度的实验方法，并说明实验测试原理。 （10分） 答：可以采用C-V测试以及霍耳效应来测试载流子浓度；（2分）
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………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 方法⑴： C-V测试法：a)采用金半接触结构，测试C-V曲线，可以得到条直线，斜率为2q?sND(NA)1C2V曲线为一，因此可以求出掺杂浓度ND或NA；b)若采用MIS结构，测试高频C-V曲线，由C-V曲线的最大值求出氧化层厚度d0，再结合最小值可以求出掺杂浓度；（4分）
方法⑵：霍耳效应。霍耳实验中，根据Ix，Bz，d，测出霍耳电压VH，由霍耳电压正负判断导电类型，因为 RH?载流子浓度。 （4分）
4. 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为：VHd11，因此求出霍耳系数RH；再根据RH?或RH??求出pqnqIxBz?E?p?p?2p?p?Dp2??pE??pp??gp，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意?t?x?x?x?p义。 （5分）
?p答：――在x处，t时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（1分）
?t?2pDp2――由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分） ?x??pE?E?p??pp――由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1分） ?x?x??p?p――由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（1分）
（1分） gp――由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。
得 分 四、 计算题（共38分，8＋10＋10＋10，共4题）
1. 有一块半导体硅材料，已知在室温下（300K）它的空穴浓度为p0=2.25×1016cm-3,室温时硅的Eg=1.12eV，ni=1.5×1010cm-3，k0T=0.026eV。 （8分）
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………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
⑴ 计算这块半导体材料的电子浓度；判断材料的导电类型； ⑵ 计算费米能级的位置。
解：（1）
?n0p0?ni22 ni1.5?10104?3?n0???1?10(cm)16p2.25?10（2分）
因为p0?n0，故该材料为p型半导体。 （2分） （2） （4分）
E?EF?p0?niexp(i)k0T?Ei?EF?k0Tlnp0ni
??22.25?1016?0.026ln1.5?1010?0.37eV即该p型半导体的费米能级在禁带中线下0.37eV处。 （1分＋2分＋1分）
2. 某p型Si半导体中受主杂质浓度为 NA=1017cm-3且在室温下完全电离， Si的电子亲和能为4.05eV，禁带宽度为1.12eV，ni?1.5?1010cm?3，试求：
1) Si半导体费米能级位置及功函数；
2) 若不计表面态的影响，该p型Si半导体与银接触后是否能够形成阻挡层？
已知银的功函数为WAg=4.81eV。
3) 若能形成阻挡层，求半导体一侧的势垒高度和势垒宽度。
（室温下k0T=0.026eV，Si介电常数εr=12，ε0=8.85×10-14F/cm，q?1.6?10?19C）
(10分)
1017?Ei?0.41(eV) （2分） 解：1) 费米能级：EF?Ei?k0Tln1.5?1010第 7 页 共 9页
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………密………封………线………以………内………答………题………无………效……
即位于禁带中心以下0.41 eV位置 （即qVB=0.41 eV）
功函数：Ws?En???Eg/2?qVB???5.03(eV) （2分）
2) 对于p型Si，因为Ws?Wm能够形成空穴阻挡层 （2 分） 3) 半导体一侧的势垒高度：qVD?Wm?Ws??0.22(eV) （2分）
????12?2?r?0VD势垒宽度：xd???qNA??2?12?8.85?10?0.22?????1917??1.6?10?10???1412?5.4?10?6(cm) （2分）
3. 假设室温下某金属与SiO2及p型Si构成理想MIS结构，设Si半导体中受主杂质浓度为NA=1.5×1015/cm3, SiO2厚度0.2 mm，SiO2介电常数3.9，Si介电常数12。
1) 求开启电压VT；
2) 若SiO2-Si界面处存在固定的正电荷,实验测得VT=2.6eV, 求固定正电荷的
电荷量。
（k0T=0.026eV，Si:ni?1.5?1010cm?3,ε0=8.85×10-14 F/cm，q?1.6?10?19C）(10分) 解：1) 费米势：VB?k0TNln(A)?0.36(V) （2分） qni12
?4?rs?0VB??8?表面电荷量：Qs??qNAxdm??qNA???6.05?10(C) （1分） ?qN?A??绝缘层电容：C0??ri?0/d0?1.72?10?8(F/cm2) （1分） 开启电压：VT?V0?Vs??Qs?2VB?3.5?0.72?4.22(V) （2分） C02) 开启电压变化即平带电压的变化：?VT??VFB??
QfcC0??1.62(V) （2分） 固定电荷量：Qfc???VTC0?2.79?10?8(C) （2分）
4．Pt/Si肖特基二极管在T=300K时生长在掺杂浓度为ND=1016cm-3的n型<100>Si上。肖特基势垒高度为0.89eV。计算1）En=EC-EF，2）qVD,，3）忽略势垒降低时的JST，4）使
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J=2A/cm2时的外加偏压V。 （10分） 解：
1)NEc?EFD?Ncexp(?kT)0?Ec?EF?k0TlnNc
ND E2.8?1019?c?EF?0.026?ln1016?0.206eV 2)qVD??ns?En?0.684eV 3)J2ST?A?Texp(?q?nsk)0T ?2.1?120?3002exp(?0.89)?3.09?10?8A/cm20.026 4)J?J??exp(qV)?1?ST?kT?0? ?V?k0Tqln(JJ?1)?0.026?ln(2?8?1)?0.467VST3.09?10
1分）
1分）
2分）
2分）
1分）
2分）
（1分）
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