半导体器件物理题库

（ ）半导体中的电子浓度越大，则空穴浓度越小。 （ ）同一种材料中，电子和空穴的迁移率是相同的。 （ ）非简并半导体处于热平衡状态的判据是n0p0=ni2。 （ ）PN结空间电荷区宽度随反偏电压的增大而减小。 （ ）MOSFET只有一种载流子（电子或空穴）传输电流。 （ ）平衡PN结中费米能级处处相等。

（ ）双极性晶体管的放大作用是在工作在饱和区。

（ ）要提高双极晶体管的直流电流放大系数α、β值，就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。

（ ）金属与N型半导体接触，如果金属的功函数大于半导体的功函数则形成欧姆接触，反之形成肖特基势垒接触。

（ ）场效应晶体管的源极和漏极可以互换，双极型晶体管的发射极和集电极也是可以互换的。

1．下列固体中，禁带宽度Eg最大的是（ ）

A金属 B 半导体 C 绝缘体 D超导体

2．受主杂质电离后向半导体提供（ ）

A 空穴 B 电子 C质子 D中子

3．硅中非平衡载流子的复合主要依靠（ ）

A 直接复合 B 间接复合 C 俄歇复合 D直接和间接复合

4．衡量电子填充能级水平的是（ ）

A 施主能级 B 费米能级 C受主能级 D 缺陷能级

5．室温下，半导体Si中掺硼的浓度为1014cm3，同时掺有浓度为1.1×1015cm

－

－3

的磷，则空穴浓度约为（ ）。（已知：室温下，ni≈1.5×1010cm-3，570K时，ni≈2×1017cm-3）

A 1014cm-3 B 1015cm-3 C 1010cm-3 D 105cm-3

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6．MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是（ ）。（VS为半导体表面电

势；qVB=Ei-EF）

A VS=VB B VS=2VB C VS=0

7．晶体管中复合与基区厚薄有关，基区越厚，复合越多，因此基区应做得（ ）

A．较厚 B．较薄 C．很薄

8． pn结反偏状态下，空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而（ ）。

A．展宽 B．变窄 C．不变

9．平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是（ ）

A 发射区 B 基区 C 集电区

10．栅电压为零，沟道不存在，加上一个负电压才能形成电子沟道，该MOSFET

为（ ）

A. P沟道增强型 B. P沟道耗尽型 C. N沟道增强型 D. N沟道耗尽型

三、简答（每题5分，共30分） *半导体中的电荷输运机理？

半导体中存在两种基本的电荷输运机理，一种称谓载流子的漂移，漂移引起的载流子流动与外加电场有关；另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散，它是由杂质浓度梯度引起的（或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运）。

*费米能级随掺杂浓度是如何变化的？

?E?EFi?利用n0?niexp?F??kT??E?EFi?p0?niexp??F?可分别求出： kT???n??p?EF?EFi?kTln?0?;EFi?EF?kTln?0??ni??ni??6? 如果掺杂浓度Na??ni，且Na??Nd利用（5）式得到，p0?Na；

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如果掺杂浓度Nd??ni，且Nd??Na利用（4）式得到，n0?Nd； 带入（6）式得：

?N??N?EF?EFi?kTln?d?;EFi?EF?kTln?a??ni??ni??7? 所以，随着施主掺杂浓度Nd的增大，N型半导体的费米能级EF远离本征费米能级EFi向导带靠近；同样，随着受主掺杂浓度Na的增大，P型半导体的费米能级

EF远离本征费米能级EFi向价带靠近。

*解释空间电荷区（或称耗尽区）

冶金结的两边的P区和N区，由于存在载流子浓度梯度而形成了空间电荷区或耗尽区。该区内不存在任何可移动的电子或空穴。N区内的空间电荷区由于存在着施主电离杂质而带正电，P区内的空间电荷区由于存在着受主电离杂质而带负电。

*解释空间电荷区的内建电场

空间电荷区的内建电场方向由N型空间电荷区指向P型空间电荷区。

*解释空间电荷区的内建电势差

空间电荷区两端的内建电势差维持着热平衡状态，阻止着N区的多子电子向P区扩散的同时，也阻止着P区的多子空穴向N区扩散。

*什么是空间电荷区复合电流和产生电流，它们是怎么产生的？

正偏压PN结空间电荷区边缘处的载流子浓度增加，以致；pn>ni2。这些过量载流子穿越空间电荷区，使得载流子浓度可能超过平衡值。因而在空间电荷区中这些过量载流子会有复合，所产生的电流叫做空间电荷区复合电流。

反偏压下PN结空间电荷区pn

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*解释P-N结的势垒电容？

随着反偏电压的改变，耗尽区中的电荷数量也会改变，随电压改变的电荷量可以用P-N结的势垒电容描述

*画出正偏电压下空间电荷区边缘附近过剩少数载流子分布图，指出少子浓度是按何种关系分布的。

*双极结型晶体管BJT有几种工作模式？写出工作条件。 答：（1） 正向有源模式： C ?0； V E ?0， V （2） 反向有源模式： C ?0； V E ?0， V （3） 饱和模式： V E ?0， V C ?0； （4） 截止模式： V E ?0， V C ?0。

*下图为NPN晶体管两种不同工作模式对应的少数载流子分布，请指出它们各是什么工作模式，并给出两种模式下基区中性区边界少子浓度大小。设发射结和集电结偏置电压分别为VE和VC。

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*下图为NPN晶体管两种不同工作模式对应的少数载流子分布，请指出它们各是什么工作模式，并给出两种模式下基区中性区边界少子浓度大小。设发射结和集电结偏置电压分别为VE和VC。

*画出太阳电池的理想等效电路并写出IV特性方程

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IID RL IL h? V RL

I?IL?ID?IL?I01?e?VVT?*简述肖特基二极管的优缺点。

优点： （1） 正向压降低 （2） 温度系数小

（3）工作频率高。 （4）噪声系数小

缺点： （1）反向漏电流较大 （2）耐压低

*什么是欧姆接触？怎样才能形成欧姆接触？

*简述金属和半导体接触形成的两种效应及其特点？

*画出金属和N型半导体在形成理想接触前后的能带图并说明肖特基势垒形成。

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*画出结型场效应管结构示意图，简述其工作原理。

*如何理解结型场效应管JFET在夹断点处夹断电压相等？夹断电压主要与什么有关？

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*什么是增强型和耗尽型JFET？

*简述JFET的主要特点？

*导出MOS理想结构的阈值电压表达式并解释物理意义。

*

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*解释PN结光生伏特效应的主要物理过程，并绘出PN结在无光照平衡时和有光照开路时的能带图。

*画出能带图，说明LED的工作原理。

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四、综合题 *计算

（1）掺入ND为1×1015个/cm3的施主硅，在室温（300K）时的电子浓度n0和空穴浓度p0分别为多少？（其中本征载流子浓度n i=2×1010个/cm3。）

（2）如果在（1）中掺入NA=5×1014个/cm3的受主，那么n0和p0分别为多少？ （3）如果在（1）中掺入NA=1×1015个/cm3的受主，那么n0和p0又为多少？ 解：（1） 300K时可认为施主杂质全部电离。

则 n o ? N D ? 1 ? 10 15 /cm 3 （2分） 个 n i 2?10102PO? （2分）

（2）掺入了NA=5×1014个/cm3的受主，那么同等数量的施主得到了补偿。

则 15 14 3 14no???21?1015?4?105个/cm3no?ND?NA?1?10?5?10?5?10个/cmPO?i n 2 10 10 2 （2分） 2 ?? 10 n o 5 （2分）

（3）因为施主和受主相互完全补偿，杂质的掺杂不起作用。因此该半导体可看作是本征半导体（实际上不是）。

???14?8?105个/cm3则 n 10 3 （2分） o?pO?ni?2?10个/cm

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* 推导单边突变P+N结（Na>>Nd）空间电荷区耗尽层宽度表达式。

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