西安邮电大学 微电子学系 商世广
半导体器件试题库
常用单位：
在室温（T = 300K）时，硅本征载流子的浓度为 ni = 1.5×1010/cm3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn=1350 cm/V?s μp=500 cm/V?s
ε0=8.854×10-12 F/m
22一、半导体物理基础部分
（一）名词解释题
杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消
的作用，通常称为杂质的补偿作用。
非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，
额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。
迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向： 晶面：
（二）填空题
1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和
三种。
2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。 3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。
5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带
向 弯曲。
6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为 杂质。
7．对于N型半导体，根据导带低EC和EF的相对位置，半导体可分为 、弱简
并和 三种。
8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。
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9．在Si-SiO2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基
本形式的电荷或能态。
10．对于N型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P型半
导体，当温度升高时，费米能级向 移动。
（三）简答题
1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si、Ge中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？
（四）问答题
1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？
要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？
（五）计算题
1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N型半导体Si，已知室温下其施主能级ED与费米能级EF之差为
1.5kBT，而测出该样品的电子浓度为2.0×1016cm-3，由此计算：
（a）该样品的离化杂质浓度是多少？ （b）该样品的少子浓度是多少？ （c）未离化杂质浓度是多少？ （d）施主杂质浓度是多少？
3．室温下的Si，实验测得n0?4.5?104 cm?3，ND?5?1015 cm?3，
（a）该半导体是N型还是P型的？ （b）分别求出其多子浓度和少子浓度。 （c）样品的电导率是多少？
（d）计算该样品以本征费米能级Ei为参考的费米能级位置。
4．室温下硅的有效态密度Nc?2.8?1019 cm?3，Nv?1.1?1019 cm?3，kBT?0.026 eV，禁带
宽度Eg?1.12 eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化
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（a）计算77 K,300 K,473 K三个不同温度下的本征载流子浓度；
（b）300 K纯硅电子和空穴迁移率是1350 cm2/(V?s)和500 cm2/(V?s)，计算此时的电阻率；
（c）473 K纯硅电子和空穴迁移率是420 cm2/(V?s)和150 cm2/(V?s)，计算此时的样品电阻率。
5．若硅中的施主杂质浓度是1?1017 cm?3、施主杂质电离能?ED?0.012 eV时，求施主杂质
3/4电离时所需要的温度是多少？
6．现有一块掺磷（P）浓度为6?1016 cm?3的N型Si，已知P在Si中的电离能?ED?0.044 eV，
如果某一温度下样品的费米能级EF与施主能级重合，此时的导带电子浓度是多少，对应的温度又是多少？
7．对于掺Sb的半导体Si，若Ec?EF?kBT为简并化条件，试计算在室温下发生简并化的
掺杂浓度是多少？
8．半导体电子和空穴迁移率分别是?n和?p，证明当空穴浓度为p0?ni(?n?p)12时，电导
率最小且?min?2?i(?n?p)12(?n??p),?i为本征电导率。
9．掺有3?1015 cm?3硼原子和1.3?1016 cm?3磷原子的硅，室温下计算：
（a）热平衡态下多子、少子浓度，费米能级位置（Ei为参考）。 （b）样品的电导率?0。
（c）光注入?n??p?3?1012 cm?3的非平衡载流子，是否小注入，为什么? （d）附加光电导??。
（e）光注入下的准费米能级EFN和EFP（Ei为参考）。
（f）画出平衡态下的能带图，标出Ec、Ev、EF、Ei等能级的位置，在此基础上再画出光注入时的EFN和EFP，说明为什么EFN和EFP偏离EF的程度是不同的。
（g）光注入时的样品电导率?。
10．用h?…Eg的光分别照射两块N型半导体，假定两个样品的空穴产生率都是gp，空穴
寿命都是?p。如果其中一块样品均匀地吸收照射光，而另一块样品则在光照表面的极薄区域内照射光就被全部吸收，写出这两个样品在光照稳定时非平衡载流子所满足的方程并指出它们的区别。
二、P-N部分
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（一）名词解释题
平衡PN结：就是指没有外加电压、光照和辐射等的PN结。
单边突变结：PN结一侧的掺杂浓度比另外一侧高很多，表示为P+N 或PN+。
空间势垒区：也称耗尽区，是指在PN结的形成过程中，电子从N区向P区扩散，从而在N区侧留下不能移动的电离施主，在P区留下不能移动的电离受主，载流子的分布按指数变化，该区域称空间势垒区。
隧道击穿：当PN结两边掺入高浓度的杂质时, 其耗尽层宽度很小, 即使外加反向电压不太高, 在PN结内就可形成很强的电场, 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电流急剧增加, 出现击穿现象。
势垒电容：PN结空间电荷区的宽度随外加电压变化而变化，即正、负电荷的增减靠外加电压的改变而改变；当外加电压不变时，空间电荷的冲、放电停止，类似一个电容，常称之为PN结势垒电容。
欧姆接触：金属和半导体之间形成反阻挡层，称之为欧姆接触。
（二）填空题
1．PN结的主要制备工艺有： 、扩散法和 和中子嬗变法。 2．在PN结的理论分析中，常假设空间电荷区中电子和空穴完全被耗尽，即正、负空 间电荷密度分别等于 浓度和 浓度，这种假设称为耗尽层近似。 3．PN结电容包括 和 。
4．PN结的反向恢复时间包括 和 。 5．二次击穿主要包括 二次击穿和 二次击穿。 6．耗尽层的宽度与掺杂浓度成 关系，空间势垒区宽度取决于 掺 杂浓度的一侧。
7．PN结正向偏压时的电流为 ，反向偏压时的电流为 。 8．目前，已提出的PN结击穿机理有： 、隧道击穿和 三种。
9．在PN结中， 容易发生雪崩击穿； 容易发生隧道 击穿。
（三）简答题
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1．什么叫PN结的动态平衡和PN结空间电荷区？ 2．试画出正向PN结的能带图，并进行简要说明。
3．试画出正向PN结少子浓度分布示意图。其少子分布表达式是什么？ 4．试解释正、反向PN结的电流转换和传输机理。
5．大注入时PN+结正向电流公式是什么？试比较大注入与小注入的不同之处。 6．什么是PN结的正向注入和反向抽取？
7．什么叫PN结的反向抽取作用？试画出反向PN结少子浓度分布示意图。少子分布的表
达式是什么?
8．PN结正、反向电流?电压关系表达式是什么？PN结的单向导电性的含义是什么？ 9．PN结在正向和反向偏置的情况下，势垒区和载流子运动是如何变化的？ 10．简述PN结雪崩击穿、隧道击穿和热击穿的机理．
11．什么叫二极管的反向恢复时间，提高二极管开关速度的主要途径有那些？
12．如图1所示，请问本PN结的偏压为正向，还是反向？准费米能级形成的主要原因? PN
结空间电荷区宽度取决的什么因素，对本PN结那边空间电荷区更宽？
图1 PN结的少子分布和准费米能级
13．求出硅突变PN结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。 14．求出硅缓变PN结空间电荷区电场分布及其宽度的函数表达式。
（四）问答题
1．什么叫PN结的击穿及击穿电压？试叙述PN结雪崩击穿和隧道击穿的机理，并说明其
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