【考研类试卷】半导体物理学(甲)A卷真题2007年及答案解析.doc

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1、半导体物理学(甲)A 卷真题 2007 年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.晶胞（分数：3.00）_2.原胞（分数：3.00）_3.晶格常数（分数：3.00）_4.面心立方晶格（分数：3.00）_5.体心立方晶格（分数：3.00）_6.简单晶格（分数：3.00）_7.复式晶格（分数：3.00）_8.金刚石结构（分数：3.00）_已知半导体的能带为 E(k) ，极小点在 k=0。（分数：18.00）(1).求 k=0 附近电子的有效质量。（分数：9.00）_(2).定性地说明电子有效质量与能带宽度的关系。（分数：9.00）_9.已知费米能级在禁带中，并且 Ec-EFE c

2、是导带底能量。计算导带中的平衡电子浓度。（分数：18.00）_10.什么是霍尔效应?霍尔系数如何定义?（分数：6.00）_11.计算 p 型半导体的霍尔系数。（分数：6.00）_12.霍尔效应在半导体样品的测量中起什么作用?（分数：6.00）_13.什么是过剩载流子?过剩载流子一般由什么方法产生?（分数：6.00）_14.过剩载流子与平衡载流子有什么差别?（分数：6.00）_15.用什么方法检测?（分数：6.00）_16.pn 结加正向偏压时，能带图有什么变化?正向电流由什么组成?（分数：9.00）_17.推导出正向电流与外加偏压的关系。（分数：9.00）_18.p 型半导体 MIS 结构的理

3、想 C-V 特性如下图，说明每一段的物理过程(I、II、IIIA、IIIB、IIIC) 。（分数：18.00）_19.金属-半导体接触有哪两类?（分数：9.00）_20.它们分别在什么情况下形成?（分数：9.00）_半导体物理学(甲)A 卷真题 2007 年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.晶胞（分数：3.00）_正确答案：(晶体中周期性重复的单元为晶胞。通常取能够最大限度反映晶格对称性质的最小单元，又称晶体学晶胞。)解析：2.原胞（分数：3.00）_正确答案：(最小的周期重复单元为原胞，其中包含的原子最少。)解析：3.晶格常数（分数：3.00）_正确答案：(晶体学晶胞每

4、边的长度。)解析：4.面心立方晶格（分数：3.00）_正确答案：(晶胞是立方体，除了立方体的顶点上有原子外，每个面的中心还有一个原子。)解析：5.体心立方晶格（分数：3.00）_正确答案：(晶胞是立方体，除了立方体的顶点上有原子外，立方的中心还有一个原子。)解析：6.简单晶格（分数：3.00）_正确答案：(原胞中只包含一个原子的晶格。)解析：7.复式晶格（分数：3.00）_正确答案：(原胞中包含两个或两个以上的晶格。)解析：8.金刚石结构（分数：3.00）_正确答案：(一种复式晶格，具有立方对称晶胞。它是由两个面心立方晶格沿晶胞的体对角线位移 1/4 长度套构而成。Si，Ge 和 -Sn 都是

5、金刚石结构。)解析：已知半导体的能带为 E(k) ，极小点在 k=0。（分数：18.00）(1).求 k=0 附近电子的有效质量。（分数：9.00）_正确答案：(一般情况下，k=0 附近电子的有效质量是一个张量，当能带是一个各向同性的抛物带时，有 )解析：(2).定性地说明电子有效质量与能带宽度的关系。（分数：9.00）_正确答案：(能带的宽窄和有效质量的大小有密切关系，因为能带宽窄直接和 )解析：9.已知费米能级在禁带中，并且 Ec-EFE c是导带底能量。计算导带中的平衡电子浓度。（分数：18.00）_正确答案：(因为 Ec-EFkT，费米分布可以近似为波尔兹曼分布，即以导带底作为能量原点

6、，则导带中电子浓度为令 E/kT=，则上式变为)解析：10.什么是霍尔效应?霍尔系数如何定义?（分数：6.00）_正确答案：(若在一条状半导体样品中，沿 x 方向(长方向) 通以电流密度 jx，沿垂直于电流的方向施加磁场 Bz，那么在垂直于电流和磁场的 y 方向上将出现横向电场 Ey。这个效应称为霍尔效应。在弱场范围内，Ey=RjxBz，比例常数 R 称为霍尔系数。)解析：11.计算 p 型半导体的霍尔系数。（分数：6.00）_正确答案：(考虑 p 型半导体中的空穴，空穴在 x，y 方向的稳态运动方程为其中，v x，v y是空穴漂移速度分量，p 是空穴浓度，m *是空穴有效质量。方程左边第二项

7、是由磁场 Bz引起的洛伦兹速度，右边第一项是动量损失速率。在霍尔效应的实验条件下，沿 y 方向的电流为零，v y=0，由上第二式求得 Ey=BzVx。由上第一式求得代入上式，得到 。得到 。同理，对 n 型半导体可求得 )解析：12.霍尔效应在半导体样品的测量中起什么作用?（分数：6.00）_正确答案：(通过霍尔系数的测量，可以得到样品中载流子的类型和浓度。)解析：13.什么是过剩载流子?过剩载流子一般由什么方法产生?（分数：6.00）_正确答案：(在热平衡情况下，载流子浓度是恒定的。用 hvE g的光照射半导体，将价带中的电子激发到导带，使电子浓度和空穴浓度分别增加n 和p 通常把数量上超过

8、平衡载流子浓度的载流子称为过剩载流子。由电中性要求，过剩电子和过剩空穴的浓度相等。n=p。)解析：14.过剩载流子与平衡载流子有什么差别?（分数：6.00）_正确答案：(过剩载流子对多子的影响不大，但对少子来说，过剩载流子往往使少子浓度增加几个数量级。)解析：15.用什么方法检测?（分数：6.00）_正确答案：(过剩载流子将使样品的电导增加，称为光电导。通过测量电导率的增加可检测过剩载流子，=e( n+ p) n。)解析：16.pn 结加正向偏压时，能带图有什么变化?正向电流由什么组成?（分数：9.00）_正确答案：(加正向偏压后(图 6.3(a) ) ，p 区与 n 区之间的势差由原来的 e

9、VD减小为 e(VD-V) 。结果扩散流将超过漂移流，有更多的电子和空穴分别注入 p 区和 n 区，以少子的形式存在。由于存在浓度梯度，p 区和 n 区中的少子将继续向纵深扩散，形成 pn 结电流。)解析：17.推导出正向电流与外加偏压的关系。（分数：9.00）_正确答案：(在 pn 区边界处 Xp和 Xn处的少子扩散电流分别为，得到 pn 结电流)解析：18.p 型半导体 MIS 结构的理想 C-V 特性如下图，说明每一段的物理过程(I、II、IIIA、IIIB、IIIC) 。（分数：18.00）_正确答案：(对 p 型半导体的 MIS 结构。I、负偏压下，p 型半导体界面是积累层，电容不随

10、电压而变。II、正偏压下，p 型半导体界面是耗尽层，电容与 Vs-1/2成正比，随电压增大而减小。IIIA、正偏压继续增大时，p 型半导体界面变成反型层，少子一电子积累，类似于积累层，电容又不随电压变化。C、深耗尽。耗尽层的宽度将随偏压增加而增加，电容继续减小，直至击穿。IIIB、当叠加在偏压之上的小信号电压是高频信号时，测量的电容不随偏压变化。)解析：19.金属-半导体接触有哪两类?（分数：9.00）_正确答案：(金属-半导体有 2 种接触：肖特基势垒和欧姆接触。)解析：20.它们分别在什么情况下形成?（分数：9.00）_正确答案：(前者是金属和掺杂浓度不高的半导体形成的，具有整流特性；后者是金属与高掺杂半导体形成的，具有低的接触电阻。)解析：