级半导体器件物理A卷答案.doc

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级半导体器件物理A卷答案.doc

常州信息职业技术学院2010-2011学年第一学期 半导体器件物理  课程期末试卷

班级   姓名    学号    成绩     

               装             订            线                 

项目

总分

满分

100

得分

一、选择题:

(含多项选择,共30分,每空1分,错选、漏选、多选均不得分)

1.半导体硅材料的晶格结构是(A)

A金刚石B闪锌矿C纤锌矿

2.下列固体中,禁带宽度Eg最大的是(C)

A金属     B半导体     C绝缘体

3.硅单晶中的层错属于(C)

A点缺陷B线缺陷C面缺陷

4.施主杂质电离后向半导体提供(B),受主杂质电离后向半导体提供(A),本征激发后向半导体提供(AB)。

A空穴B电子

5.砷化镓中的非平衡载流子复合主要依靠(A)

A直接复合B间接复合C俄歇复合

6.衡量电子填充能级水平的是(B)

A施主能级  B费米能级  C 受主能级D缺陷能级

7.载流子的迁移率是描述载流子(A)的一个物理量;载流子的扩散系数是描述载流子(B)的一个物理量。

A在电场作用下的运动快慢B在浓度梯度作用下的运动快慢

8.室温下,半导体Si中掺硼的浓度为1014cm-3,同时掺有浓度为1.1×1015cm-3的磷,则电子浓度约为(B),空穴浓度为(D),费米能级(G);将该半导体升温至570K,则多子浓度约为(F),少子浓度为(F),费米能级(I)。

(已知:

室温下,ni≈1.5×1010cm-3,570K时,ni≈2×1017cm-3)

A1014cm-3B1015cm-3C1.1×1015cm-3

D2.25×105cm-3E1.2×1015cm-3F2×1017cm-3

G高于EiH低于EiI等于Ei

9.载流子的扩散运动产生(C)电流,漂移运动产生(A)电流。

A漂移B隧道C扩散

10.下列器件属于多子器件的是(BD)

A稳压二极管  B肖特基二极管  C发光二极管D隧道二极管

11.平衡状态下半导体中载流子浓度n0p0=ni2,载流子的产生率等于复合率,而当np

A大于    B等于    C小于  

12.实际生产中,制作欧姆接触最常用的方法是(A)

A重掺杂的半导体与金属接触B轻掺杂的半导体与金属接触

13.在下列平面扩散型双极晶体管击穿电压中数值最小的是(C)

ABVCEOBBVCBOCBVEBO

14.MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是(B)。

(VS为半导体表面电势;qVB=Ei-EF)

AVS=VBBVS=2VBCVS=0

15.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

(C)

A.较厚B.较薄C.很薄

16.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)。

A.展宽B.变窄C.不变

17.在开关器件及与之相关的电路制造中,(C)已作为缩短少数载流子寿命的有效手段。

A钝化工艺B退火工艺C掺金工艺

18.在二极管中,外加反向电压超过某一数值后,反向电流突然增大,这个电压叫(B)。

A饱和电压B击穿电压C开启电压

19.真空能级和费米能级的能值差称为(A)

A功函数B亲和能C电离电势

20.平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是(A)

A发射区B基区C集电区

21.栅电压为零,沟道不存在,加上一个负电压才能形成P沟道,该MOSFET为(A)

AP沟道增强型BP沟道耗尽型CN沟道增强型DN沟道耗尽型

二、判断题(共20分,每题1分)

1.(√)半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。

2.(√)半导体中的电子浓度越大,则空穴浓度越小。

3.(×)半导体中载流子低温下发生的散射主要是晶格振动的散射。

4.(×)杂质半导体的电阻率随着温度的增加而下降。

5.(√)半导体中杂质越多,晶格缺陷越多,非平衡载流子的寿命就越短。

6.(√)非简并半导体处于热平衡状态的判据是n0p0=ni2。

7.(√)MOSFET只有一种载流子(电子或空穴)传输电流。

8.(√)反向电流和击穿电压是表征晶体管性能的主要参数。

9.(×)同一种材料中,电子和空穴的迁移率是相同的。

10.(√)MOS型的集成电路是当今集成电路的主流产品。

11.(√)平衡PN结中费米能级处处相等。

12.(√)能够产生隧道效应的PN结二极管通常结的两边掺杂都很重,杂质分布很陡。

13.(√)位错就是由范性形变造成的,它可以使晶体内的一原子或离子脱离规则的周期而位移一段距离。

14.(√)在某些气体中退火可以降低硅-二氧化硅系统的固态电荷和界面态。

15.(√)高频下,pn结失去整流特性的因素是pn结电容

16.(×)pn结的雪崩击穿电压主要取决于高掺杂一侧的杂质浓度。

17.(√)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。

18.(√)二氧化硅层中对器件稳定性影响最大的可动离子是钠离子。

19.(×)制造MOS器件常常选用[111]晶向的硅单晶。

20.(√)场效应晶体管的源极和漏极可以互换,但双极型晶体管的发射极和集电极是不可以互换的。

三、名词解释(共15分,每题5分,给出关键词得3分)

1.雪崩击穿

随着PN外加反向电压不断增大,空间电荷区的电场不断增强,当超过某临界值时,载流子受电场加速获得很高的动能,与晶格点阵原子发生碰撞使之电离,产生新的电子—空穴对,再被电场加速,再产生更多的电子—空穴对,载流子数目在空间电荷区发生倍增,犹如雪崩一般,反向电流迅速增大,这种现象称之为雪崩击穿。

2.非平衡载流子

由于外界原因,迫使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态,称为非平衡状态,其载流子浓度可以比平衡状态时多出了一部分,比平衡时多出了的这部分载流子称为非平衡载流子。

3.共有化运动

当原子相互接近形成晶体时,不同原子的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠,相邻原子最外层交叠最多,内壳层交叠较少。

原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原子转移到相邻的原子上去,因而,电子将可以在整个晶体中运动,这种运动称为电子的共有化运动。

四、问答题(22分)

1.简述肖特基二极管的优缺点。

(6分,每小点1分)

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

2.MIS结构中,以金属—绝缘体—P型半导体为例,半导体表面在什么情况下成为积累层?

什么情况下出现耗尽层和反型层?

(6分,每小点2分)

积累状态:

当金属与半导体之间加负电压时,表面势为负值,表面处能带向上弯曲,表面层内就会出现空穴的堆积。

(2分)

耗尽状态:

当金属与半导体之间加正电压时,表面势为正值,表面处能带向下弯曲,表面处的空穴浓度较体内的低得多,这种状态就叫做耗尽状态。

(2分)

反型状态:

当正电压进一步增加时,能带进一步向下弯曲,使表面处的费米能级高于中央能级Ei,这意味着表面的电子浓度将超过空穴浓度,形成反型层。

(2分)

3.如何加电压才能使NPN晶体管起放大作用。

请画出平衡时和放大工作时的能带图。

(10分,回答4分,其中每一点各2分;图6分,其中无偏压能带2分,加偏压能带2分,标注势垒高度2分)

答:

要使NPN晶体管起放大作用,发射结要加正向偏压(2分),集电结反向偏压。

(2分)

放大工作时的能带图如下:

五、计算题(共13分,其中第一小题5分,第二小题5分,第三小题3分)

1.计算

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

(2)如果在

(1)中掺入NA=5×1014个/cm3的受主,那么电子n0和空穴浓度p0分别为多少?

(3)若在

(1)中掺入NA=1×1015个/cm3的受主,那么电子n0和空穴浓度p0又为多少?

解:

(1)300K时可认为施主杂质全部电离。

(1分)

则(2分)

(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。

(1分)

(2分)

(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)。

(1分)

则(2分)

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