2023年《半导体物理学》习题库.pdf

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1、优秀学习资料 欢迎下载 第 1 章 思考题和习题 1.300K 时硅的晶格常数 a=5.43，求每个晶胞内所含的完整原子数和原子密度为多少？2.综述半导体材料的基本特性及 Si、GaAs的晶格结构和特征。3.画出绝缘体、半导体、导体的简化能带图，并对它们的导电性能作出定性解释。4.以硅为例，简述半导体能带的形成过程。5.证明本征半导体的本征费米能级 Ei位于禁带中央。6.简述迁移率、扩散长度的物理意义。7.室温下硅的有效态密度Nc=2.8 1019cm-3,T=0.026eV,禁带宽度Eg=1.12eV，如果忽略禁带宽度随温度的变化，求：（a）计算 77K、300K、473K 3 个温度下的本

2、征载流子浓度。（b）300K 本征硅电子和空穴的迁移率分别为 1450cm2/Vs 和500cm2/Vs，计算本征硅的电阻率是多少？8.某硅棒掺有浓度分别为 1016/cm3和 1018/cm3的磷，求室温下的载流子浓度及费米能级 EFN的位置（分别从导带底和本征费米能级算起）。9.某硅棒掺有浓度分别为 1015/cm3和 1017/cm3的硼，求室温下的载流子浓度及费米能级 EFP的位置（分别从价带顶和本征费米能级算起）。10.求室温下掺磷为 1017/cm3的 N+型硅的电阻率与电导率。11.掺有浓度为 31016cm-3的硼原子的硅，室温下计算：（a）光注入n=p=31012 cm-3的

3、非平衡载流子，是否为小注入？为什么？优秀学习资料 欢迎下载（b）附加光电导率 为多少？（c）画出光注入下的准费米能级 EFN和 EFP(Ei为参考)的位置示意图。（d）画出平衡下的能带图，标出 EC、EV、EFP、Ei能级的位置，在此基础上再画出光注入时，EFP和 EFN，并说明偏离 EFP的程度是不同的。12.室温下施主杂质浓度 ND=41015 cm-3的 N型半导体，测得载流子迁移率 n=1050cm2/Vs，p=400 cm2/Vs,T/q=0.026V,求相应的扩散系数和扩散长度为多少？第 2 章 思考题和习题 1简述结空间电荷区的形成过程和动态平衡过程。2画出平衡结，正向结与反向结

4、的能带图，并进行比较。3如图-所示，试分析正向小注入时，电子与空穴在个区域中的运动情况。4仍如图-为例试分析 PN结加反向偏压时，电子与空穴在个区域中的运动情况。5 试画出正、反向 PN结少子浓度分布示意图，写出边界少子浓度及以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 少子浓度分布式，并给予比较。6.用平衡 PN结的净空穴等于零的方法，推导出突变结的接触电动势差 UD表达式。7简述正反向 PN结的电流转换和传输机理。8何为正向 P

5、N结空间电荷区复合电流和反向 PN结空间电荷区的产生电流。9写出正、反向电流_电压关系表达式，画出 PN结的伏安特性曲线，并解释 pN结的整流特性特性。10推导硅突变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。11推导线性缓变变结空间电荷区电场分布及其宽度表达式。并画出示意图。12什么叫 PN结的击穿与击穿电压，简述 PN结雪崩击穿与隧道击穿的机理，并说明两者之间的不同之处。13如何提高硅单边突变结的雪崩击穿电压？14如何提高线性缓变结的雪崩击穿电压？15如何减小 PN结的表面漏电流？16什么叫 PN结的电容效应、势垒电容和扩散电容？17 什么叫做二极管的反向恢复过程和反向恢复时间？提高

6、二极管开关速度的途径有哪些？18以 N型硅片为衬底扩硼制备 PN结，已知硼的分布为高斯函数分布，衬底浓度 ND=11015/cm3，在扩散温度为 1180下硼在硅中的扩以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 散系数 D=1.510-12cm2/s，扩散时间 t=30min，扩散结深 Xj=2.7 m。试求：扩散层表面杂质浓度 Ns？结深处的浓度梯度 aj？接触电势差 UD？19.有 两 个 硅PN结，其 中 一 个 结 的 杂

7、 质 浓 度cmND315105,cmNA317105;另 一 个 结 的cmND319105，cmNA317105，求室温下两个 PN结的接触电动势差。并解释为什么杂质浓度不同，接触电动势差的大小也不同。20.计算一硅 PN结在 300K时的内建电场，cmNA31810，cmND31510。21.已 知 硅PN 结：,10,105316316cmNcmNDAscmDn221，scmDP210，,1057snP截面积cmA24102，求 理想饱和电流J0？外加正向电压为V5.0时的正向电流密度J？电子电流与空穴电流的比值？并给以解释。22.仍以上题的条件为例，假设,png计算V4反向偏压时的产

8、生电流密度。23.最大电场强度（T=300K）？求反型电压 300V时的最大电场强度。24.对于一个浓度梯度为cm42010的硅线性缓变结，耗尽层宽度为m5.0。计算最大电场强度和结的总电压降。25.一硅PN结，其cmNcmNDA31531910,10，面积,10123cmA计算反向偏压U分别等于V5和V10的么势垒电容CT、空间电荷区宽度XM和最大电场强度EM。26.计算硅PN结的击穿电压，其cmND31610（利用简化式）。以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型

9、硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 27.在衬底杂质浓度cmND316105的N型硅晶片上进行硼扩散，形成PN结,硼扩散后的表面浓度,10318cmNS结深m5Xj。试求结深处的浓度梯度aj，施加反向偏压V5时的单位面积势垒电容和击穿电压UB。28.设计一PN突变结二极管。其反向电压为V130，且正向偏压为V7.0时的正向电流为mA2.2。并假设sp1070。29.一硅PN结，cmND31510，求击穿时的耗尽层宽度，若N区减小到m5计算击穿电压并进行比较。30.一个理想的硅突变结cmNcmNDA31531810,10，求计算K250、K300、K400、K500下的内建电场UD，并画出

10、UD对温度T的关系曲线。用能带图讨论所得结果。求K300下零偏压的耗尽层宽度和最大电场。第 3 章 思考题和习题 1.画出 PNP晶体管在平衡和有源工作模式下的能带图和少子分布示意图。2.画出正偏置的 NPN晶体管载流子输运过程示意图，并解释电流传输和转换机理。3.解释发射效率0和基区输运系数0的物理意义。4.解释晶体管共基极直流电流放大系数，共发射极直流电流放大系数的含义，并写出、0和0的关系式。5.什么叫均匀基层晶体管和缓变基区晶体管？两者在工作原理上有什么不同？6.画出晶体管共基极、共发射机直流输出、输出特性曲线、并讨论以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁

11、移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 它们之间的异同。7.晶体管的反向电流、是如何定义的？写出与之间的关系式并加以讨论。8.晶体管的反向击穿电压、是如何定义的？写出与之间的关系式，并加以讨论。9.高频时晶体管电流放大系数下降的原因是什么？10.描写晶体管的频率参数主要有哪些？它们分别的含义是什么？11.影响特征频率的因素是什么？如何特征频率？12.画出晶体管共基极高频等效电路图和共发射极高频等效电路图。13.大电流时晶体管的、下降的主要原因是什么？14.简要叙述大注入效应、基区扩展效应、发射

12、极电流集边效应的机理。15.什么叫晶体管最大耗散功率？它与哪些因素有关？如何减少晶体管热阻？16.画出晶体管的开关波形，图中注明延迟时间、上升时间、储存时间、下降时间，并解释其物理意义。17.解释晶体管的饱和状态、截止状态、临界饱和和深饱和的物理意义。18.以硅平面为例，当发射结正偏、集电结反偏状态下，分别说明从发射极进入的电子流，在晶体管的发射区、发射结势垒区、基区、集电结势垒和集电区的传输过程中，以什么运动形式（指扩散或漂移）为主。以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺

13、磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 19.试比较、的相对大小。20.画出晶体管饱和态时的载流子分布，并简述超量存储电荷的消失过程。21.画出普通晶闸的基本结构图，并简述其基本工作原理。22.有一低频小功率合金晶体管，用 N 型 Ge 作基片，其电阻率为1.5cm，用烧铟合金方法制备发射区和集电区，两区掺杂浓度约为31018/cm3，求 ro（已知 Wb=50m，Lne=5m）。23.某一对称的 P+NP+锗合金管，基区宽度为 5m，基区杂质浓度为 51015cm-3，基区空穴寿命为 10s（AE=AC=10-3cm2）。计算在 UEB=0.26V、UCB=-50V 时的基极电流I

14、B？求出上述条件下的0和0（r01）。24.已知均匀基区硅 NPN晶体管的0=0.99，BUCBO=150V,Wb=18.7m，基区中电子寿命b=1us（若忽略发射结空间电荷区复合和基区表面复合），求0、0、0*和 BUCEO（设 Dn=35cm2/s).25.已知 NPN双扩散外延平面晶体管，集电区电阻率c=1.2 cm，集电区厚度 Wc=10m，硼扩散表面浓度 NBS=51018cm-3，结深Xjc=1.4m。求集电极偏置电压分别为 25V和 2V时产生基区扩展效应的临界电流密度。26.已知 P+NP晶体管，其发射区、基区、集电区德杂质浓度分别为 51018cm-3、21016cm-3、1

15、1015cm-3，基区宽度 Wb=1.0m，器件截面积为 0.2mm2,当发射结上的正向偏压为 0.5V，集电结反向偏压为 5V时，计算：（1）中性基区宽度？（2）发射结少数载流子浓度？27.对于习题 26 中的晶体管，少数载流子在发射区、基区、集电区以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 德扩散系数分别为 52cm2/s、40cm2/s、115cm2/s，对应的少数载流寿命分别为 10-8s、10-7s、10-6s，求晶体管

16、的各电流分量？28.利用习题 26、习题 27 所得到的结果，求出晶体管的端点电流IE、IC和IB。求出晶体管的发射效率、基区输运系数、共基极电流增益和共发射极电流增益，并讨论如何改善发射效率和基区运输系数？29.判断下列两个晶体管的最大电压的机构是否穿通：晶体管 1:BUCBO=105V；BUCEO=96V；BUEBO=9V；BUCES=105V (BUCES为基极发射极短路时的集电极 发射极击穿电压)晶体管 2：BUCBO=75V；BUCEO=59V；BUEBO=6V。30.已知 NPN晶体管共发射极电流增益低频值0=100，在 20MHz下测得电流增益|=60。求工作频率上升到 400M

17、Hz时，下降到多少？计算出该管的和T。31.分别画出 NPN晶体管小注入和大注入时基区少子分布图，简述两者的区别于原因。32.硅 NPN平面晶体管，其外延厚度为 10m，掺杂浓度 N=1015.cm-3，计算|UCB|=20V 时，产生有效基区扩展效应的临界电流密度。33.晶体管处于饱和状态时 IE=IC+IB的关系式是否成立？画出少子的分布与电流传输图，并加以说明。34.对于具有同样几何形状、杂质分布和少子寿命的硅和锗 PNP、NPN管，哪一种晶体管的开关速度最快？为什么？35.硅 NPN平面管的基区杂质为高斯分布，在发射区表面的受主浓度为 1019 cm-3，发射结构深度为 0.75，集电

18、结结深为 1.5，集以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 电区杂质浓度为 1015 cm-3，试求其最大集电极电流浓度？36.硅晶体管的集电区总厚度为 100，面积为 10-4cm2，当集电极电压为 10V电流为 100mA时，其结温与管壳温度之差为几度（忽略其他介质的热阻）？37.硅 NPN晶体管的基区平均杂质浓度为 51017cm-3，基区宽度为 2，发射极条宽为 12，=50,如果基区横向压降为 kT/q，求发射极最大

19、电流密度。38.在习题 37 中晶体管的T为 800MHz，工作频率为 500MHz，如果通过发射极的电流浓度为 3000A/cm2，则其发射极有效条宽应为多少？第 4 章 思考题和习题 1.试画出 UG=0 时，P衬底的 SiO2栅极的 MOS二级管能带图。2.试画出 P 型衬底的理想 MOS二极管不同偏压下对应截流子积累、耗尽及强反型的能带图及电荷分布示意图。3.试画出 SiO2Si 系统的电荷分布图。4.N 沟和 P沟 MOS场效应晶体管有什么不同？概述其基本工作原理。5.制作 N沟增强型 MOS管衬底材料的电阻率与制作 N沟耗尽型 MOS管衬底的电阻率，哪个选的应高一些，为什么？6.M

20、OS 场效应晶体管的阈值电压 UT值电压受那些因素的影响？其中最重要的是哪个？7.MOS 场效应晶体管的输出特性曲线可分为哪几个区？每个区所对应的工作状态是什么？8.用推导 N沟 MOS器件漏电流表示式的方法，试推导出 P 沟 MOS器以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 件的漏电流表示式。9.为什么 MOS场效应晶体管的饱和电流并不完全饱和？10.MOS 场效应晶体管跨导的物理意义是什么？11.如何提高 MOS场效应晶体管

21、的频率特性？12.MOS 场效应晶体管的开关特性与什么因素有关？如何提高其开关速度？13.短沟道效应对 MOS场效应晶体管特性产生什么影响？14.已知 P沟 MOS器件的衬底杂质浓度 ND=51015cm-3，栅氧化层厚度tOX=100nm，栅电极材料为金属铝，测得器件的 值电压 Ug=-2.5V。试计算 SiO2中的正电荷密度 QOX；若加上衬底偏置电压 UBS=10V，值电压漂移多少？分别计算 UBS为 0V、10V时最大耗尽层宽度？15.已知N沟MOS 器件的衬底杂质浓度NA=51015cm-3，栅极为金属铝，栅氧化层厚度 tOX=150nm，SiO2中的正电荷密度 QOX=11022q

22、/cm2（q 为电子电荷），试求该管的阈值电压 UT？并说明它是耗尽型还是增强型的？16.如果一个 MOS场效应晶体管的 UT=0V，UGS=4V，IDS=3mA时，MOS管是否工作在饱和区？为什么？17.在掺杂浓度 NA=1015cm-3P型 Si 衬底上制作两个 N沟 MOS管，其栅SiO2层的厚度分别为 100nm和 200nm，若 UGS-UFB=15V，则为多少时，漏极电流达到饱和？18.已知 N沟 MOS器件具有下列参数：NA=101cm-3，cm2/.，tOX=10nm，沟道宽度，UT=0 以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅

23、的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 V。试计算 UGS=4V 时的跨导；若已知 QOX=51010C/cm2，试计算UGS=4V，UDS=10A时的器件的饱和漏电导 gDsat；试计算器件的截止频率fT？19.已知 N沟 MOS器件 NA=101cm-3，tOX=150nm，试计算 UGS=0V时，器件的漏源击穿电压，并解释击穿受什么限制。20.定性说明在什么情况下 MOS场效应晶体管会出现短沟道效应?第 5 章 半导体器件制备技术 1.硅的晶格常数为 5.43，假设硅原子为一硬球模型，试计算硅原子的半径和确定

24、硅原子的浓度为多少？2.用于柴可拉斯基法的籽晶，通常先拉成一小直径（5.5mm）的狭窄颈以作为无位错生长的开始，如果硅的临界屈服度为 2106g/cm2，试计算此籽晶可以支撑的 200mm直径单晶锭的最大长度。3.在利用柴可拉斯基法锁生长的晶体中掺入硼原子，为何在尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高？4.简述热氧化形成 SiO2的机理和制备 SiO2的方法？5.试比较湿法化学腐蚀和干法刻蚀的优缺点。6.假设测得的磷扩散分布可以用高斯函数表示，其扩散系数 D=2.310-13cm/s，测出的表面浓度是 11018cm-3，衬底浓度为 11015cm-3，测得结深为 1um，试计算扩散时间和扩散层中

25、的全部杂质量。7.画出离子注入系统示意图，并结合图简述离子注入机理。、8.为何在定积多晶硅时，通常以硅烷为气体源，而不以硅氯化物为以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率优秀学习资料 欢迎下载 气体源？9.解释为何一般锭积多晶硅薄膜的温度普遍较低，大约在 600650之间。10.简述硅平面工艺的过程和各个工序的意义。第 6 章 Ga 在 SiO2/Si 结构下的开管掺杂 1.简述开展 Ga在 SiO2/Si 结构下单温区开管掺杂的背景。2.叙述 Ga在 SiO2/Si 系下实现掺杂的原理。3.简述再分布过程近硅表面 Ga的反扩散特性。4.简述开管扩 Ga对晶体管I-V特性的影响。5.简述开管扩 Ga在晶闸管一类器件中的应用原理。以硅为例简述半导体能带的形成过程证明本征半导体的本征费米能级位穴的迁移率分别为和计算本征硅的电阻率是多少某硅棒掺有浓度分别为从价带顶和本征费米能级算起求室温下掺磷为的型硅的电阻率与电导率