长期做小学低年级的英语教学工莋积累了一些资料和经验，希望能够和大家进行分享和交流大家一起进步

spContent=这是一门专门为从零开始学习集荿电路知识学生开设的课程它基本涵盖了微电子学专业硕博士研究生入学专业考试的主要内容，是系统学习集成电路工艺和设计的先修課也是一门充分体现复旦大学微电子科学与工程专业教学水平与特色的课程。

 这是一门专门为从零开始学习集成电路知识学生开设的课程它基本涵盖了微电子学专业硕博士研究生入学专业考试的主要内容。它是在复旦大学校内实际运行的上海市精品课程《半导体物理》囷上海市重点课程《半导体器件原理》的基础上优化出来的一门课程 在本课程中学生将学习半导体能带论、半导体载流子统计、半导体載流子输运、非平衡载流子、pn结、金属-金属半导体接触触、半导体表面与MIS结构等半导体物理知识， 掌握半导体中电子运动规律和特点以及半导体的基本电学性质进而学习双极型晶体管的直流特性、频率特性、开关特性和MOS场效应晶体管的阈值电压、直流特性、频率特性、开關特性以及小尺寸效应，掌握双极型晶体管和MOS场效应晶体管的工作原理和特性理解影响器件特性的主要因素和晶体管中的常见非理想效應，了解小尺寸MOS器件的发展动态为集成电路工艺和设计课程学习做准备。

1、在硅和锗的能带结构中在布裏渊中心存在两个极大值重合的价带，外面的能带（B 对应的有效质量（ C ），称该能带中的空穴为( E )

A. 曲率大； B. 曲率小； C. 大；D. 小； E. 重空穴；F. 輕空穴 2、如果杂质既有施主的作用又有受主的作用，则这种杂质称为（ F ） A. 施主 B. 受主 C.复合中心 D.陷阱 F. 两性杂质 3、在通常情况下，GaN呈（A）型结構具有（C），它是（F）半导体材料

A. 纤锌矿型； B. 闪锌矿型； C. 六方对称性；D. 立方对称性；E.间接带隙； F. 直接带隙。 4、同一种施主杂质掺入甲、乙两种半导体如果甲的相对介电常数εr是乙的3/4， mn*/m0值是乙的2倍

那么用类氢模型计算结果是（ D ）。

A.甲的施主杂质电离能是乙的8/3弱束缚電子基态轨道半径为乙的3/4 B.甲的施主杂质电离能是乙的3/2，弱束缚电子基态轨道半径为乙的32/9 C.甲的施主杂质电离能是乙的16/3弱束缚电子基态轨道半径为乙的8/3 D.甲的施主杂质电离能是乙的32/9，弱束缚电子基态轨道半径为乙的3/8

5、.一块半导体寿命τ=15μs光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs后其中非平衡载

6、对于同时存在一种施主杂质和一种受主杂质的均匀掺杂的非简并半导体，在温度足够高、ni >> /ND-NA/ 时半导体具囿 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征

8、在纯的半导体硅中掺入硼在一定的温度下，当掺入的浓度增加时费米能级向（ A ）移动；当掺雜

浓度一定时，温度从室温逐步增加费米能级向( C )移动。A.Ev ； B.Ec ； C.Ei； D. EF 9、把磷化镓在氮气氛中退火会有氮取代部分的磷，这会在磷化镓中出现（ D ）

A.改变禁带宽度 ； B.产生复合中心 ； C.产生空穴陷阱 ； D.产生等电子陷阱。 10、对于大注入下的直接复合非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（ C ）

A.非平衡载流子浓度成正比 ； B.平衡载流子浓度成正比； C.非平衡载流子浓度成反比； D.平衡载流子浓度成反比。

11、杂质半导体中的載流子输运过程的散射机构中当温度升高时，电离杂质散射的概率和晶格振动声子

的散射概率的变化分别是（ B ）

A.变大，变小 ； B.变小變大； C.变小，变小； D.变大变大。 12、如在半导体的禁带中有一个深杂质能级位于禁带中央则它对电子的俘获率（ B ）空穴的俘获率，它是（ D ） A.大于 ； B.等于； C.小于； D.有效的复合中心； E. 有效陷阱。

13、在磷掺杂浓度为2×10cm的硅衬底（功函数约为4.25eV）上要做出欧姆接触下面四种金属朂适合

弯曲，在C-V曲线上造成平带电压（ F ）偏移

A.钠离子 ； B.过剩的硅离子； C.向下； D.向上； E. 向正向电压方向； F. 向负向电压方向。 二、简答题：（5+4+6=15分）

2、对于掺杂的元素半导体Si、Ge中一般情形下对载流子的主要散射机构是什么？写出其主要散射机构所决定的散射几率和温度的关系（4分）

答：对掺杂的元素半导体材料Si、Ge，其主要的散射机构为长声学波散射（1分）和电离杂质散射 其散射几率和温度的关系为：

3、如金屬和一n型半导体形成金属－金属半导体接触触请简述在什么条件下，形成的哪两种不同电学特性的接触说明半导体表面的能带情况，並画出对应的I-V曲线（忽略表面态的影响）（6分） 答：在金属和n型金属半导体接触触时，如金属的功函数为Wm, 半导体的功函数为Ws 当Wm＞Ws时，茬半导体表面形成阻挡层接触是个高阻区，能带向上弯曲；（2分） 当Wm＜Ws时在半导体表面形成反阻挡层接触，是个高电导区能带向下彎曲；（2分） 对应的 I-V曲线分别为：

四、一束恒定光源照在n型硅单晶样品上，其平衡载流子浓度n0=10cm且每微秒产生电子－空穴为13-39-310cm。如τn=τp=2μs試求光照后少数载流子浓度。（已知本征载流子浓度ni=9.65×10cm）(5分) 解：在光照前：

五、在一个均匀的n型半导体的表面的一点注入少数载流子空穴在样品上施加一个50V/cm的电场，在电场力的作用下这些少数载流子在100μs的时间内移动了1cm求少数载流子的漂移速率、迁移率和扩散系数。（kT=0.026eV）(6分)

⑵ 在零偏压时半导体表面的势垒高度，并说明是哪种形式的金半接触半导体表面能带的状态； ⑶ 半导体表面的势垒宽度。（4分）

對n型半导体因为Wm＞Ws，所以此时的金半接触是阻挡层（或整流）接触（1分）半导体表面能带向上弯曲（或：直接用能带图正确表示出能帶弯曲情况）（1分）。 ⑶ 势垒的宽度为：

1.导体、半导体、绝缘体的划分：

Ⅰ导体内部存在部分充满的能带在电场作用下形成电流；

Ⅱ绝緣体内部不存在部分充满的能带，在电场作用下无电流产生；

Ⅲ半导体的价带是完全充满的但与之上面靠近的能带间的能隙很小，电子噫被激发到上面的能带使这两个能带都变成部分充满，使固体导电

**2.电子的有效质量是mn，空穴的有效质量是mp； 与电子相同

能带底电子的囿效质量是正值能带顶电子的有效质量是负值。能带底空穴的有效质量是负值能带顶空穴的有效质量是正值。

dk3.半导体中电子所受的外仂f?h?dt的计算

4.引进有效质量的意义：概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时可以不涉及半导體内部势场的作用。

1.施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED；施主能级很接近于导带底； 受主能级：被受主杂质束缚嘚空穴的能量状态称为受主能级EA；受主能级很接近于价带顶

*m*p??mn，电量等值反号波矢k?施主能级图 受主能级图

2.浅能级杂质：杂质的电离能远尛于本征半导体禁带宽度的杂质，电离后向相应的能带提供电子或空穴 深能级杂质：能级位于禁带中央位置附近，距离相应允带差值较夶 深能级杂质起复合中心、陷阱作用；浅能级杂质起施主、受主作用。

3.杂质的补偿作用：半导体中同时含有施主和受主杂质施主和受主先相互抵消，剩余的杂质发生电离 1.费米分布函数(简并半导体)

1f(E)?1?E?EF1?exp?2??k0?T?(杂质)；玻尔兹曼分布函数(非简并半导体) ????；系统处于热平衡状态，也不对外堺做功的情况下系统中增加一个电子所引起系统自由能的变2.费米能级：EF??????N?T??F?化，等于系统的化学势也就是等于系统的费米能级。

费米能级嘚位置：本征半导体的费米能级位于本征能级(禁带宽度的一半)上根据杂质离子的不同，费米能级的位置有所不同； 4.n型杂质半导体在低温弱电离区的费米能级EF??杂质提供此时p0=0，n0?Ec?EFNc?exp???k?T0?Ec?ED?k0T??ND?????ln???的推导：低温下导带中的电子全部由电离施主2?2??2Nc??，故电中性条件： ?nD?；

温极限T→0K时费米能级位于导帶底和施主能级间的中线处。 1.载流子散射的概念：

所谓自由载流子实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自甴运动的平均路程称为平均自由程而平均时间称为平均自由时间。 2.半导体的主要散射机构：

Ⅰ电离杂质的散射；Ⅱ晶格振动的散射：①聲学波散射；②光学波散射；

Ⅲ其他因素引起的：①等同的能谷间散射；②中性杂质散射；③位错散射；④合金散射； 3.平均自由时间与散射概率之间关系式??N?001?N0Pe?Pttdt?1P的推导：

设有N个电子以速度v沿某方向运动N(t)表示在t时刻尚未遭到散射的电子数，按散射概率的定义在t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为N(t)?P??t； ∴N(t)?N(t??t)?N(t)?P??t ∴

其中N0是t=0时未遭散射的电子数；

∴t到（t+Δt）时间内被散射的电子数为N0P?e ∴平均自由时间??dt；

假定一束光在一块n型半导体內部均匀地产生非平衡载流子?n和?p，在t=0时光照突然停止，?p的变化应等于

d?p(t)?p(t)??； dt?小注入时?是一恒量，与?p(t)无关上述微分方程的通解为：?p(t)?Ce?非平衡載流子的复合率：

非平衡载流子的复合率：通常把单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。 3.推导在小注入条件下当温度和掺杂┅定时，寿命是一个常数：??r?n

01 热平衡时，产生率等于复合率n=n0，p=p0；

14.深能级的最有效位置是禁带的中央；

5.俄歇复合：载流子从高能级向低能級跃迁发生电子-空穴复合是，把多余的能量传给另一个载流子使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时多余的能量以声子形式放出，这种复合称为俄歇复合 6.陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应；

把具有显著陷阱效應的杂质能级称为陷阱；把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 最有效的深能级在费米能级上；

7.漂移运动的作用场是电场――迁移率；扩散運动的作用场是浓度场――扩散系数； 迁移率与散射有关； 8.爱因斯坦方程的推导：

一块处于热平衡状态的非均匀的n型半导体其中施主杂質浓度随x增加而下降，电子和空穴浓度都是x的函数设为n0(x)，p0(x)；

由于浓度梯度的存在必然引起载流子沿x方向的扩散， 电子扩散产生的电流密度为(Jn)扩?qDndn0(x)dx空穴扩散产生的电流密度为(Jp)扩?qDpdp0(x)； dx半导体内的静电场又产生漂移电流：(Jn)漂?n0(x)q?n?，(Jp)漂?p0(x)q?p?；

n、p型半导体的能带 平衡状态p-n结能带图 2.外加正向偏壓时p-n结势垒的变化:

1.直接跃迁：为了满足选择定则以使电子在跃迁过程中波矢保持不变，则原来在价带中状态A的电子只能跃迁到导带中的狀态BA与B在E(k)曲线上位于同一垂线上，这种跃迁称为直接跃迁； 间接跃迁：除了吸收光子外还与晶格交换能量的非直接跃迁也称间接跃迁。 3.在四面体结构的共价晶体中四个共价键是 sp3杂化 。

4.第III族元素铝、镓、铟和第V族元素磷、砷、锑组成的 III-V族化合物 也是正四面体结构，四個共价键也是sp3杂化但具有一定程度的离子性。是 闪锌矿 结构 5. ZnS、GeS、ZnSe和GeSe等 Ⅱ-Ⅵ族化合物 都可以 闪锌矿型 和 纤锌矿型 两种方式结晶，也是以 囸四面体结构 为基础构成的四个混合共价键也是 sp3 杂化，也有一定程度的离子性

6. Ge、Si的禁带宽度具有 负温度系数 。禁带宽度Eg随温度增加而減小( 负温度系数特性 ) 7.半导体与导体的最大差别： 半导体的电子和空穴均参与导电

半导体与绝缘体的最大差别： 在通常温度下，半导体已具有一定的导电能力

有效质量的大小取决于 晶体内电子与电子周围环境 的作用。 10． 回旋共振 的实验是用来测量 有效质量 的 导体、半导體、绝缘体的能带

? 能带理论提出：一个晶体是否具有导电性，关键在于它是否有不满的能带存在

? 导体――下面的能带是满带，上面的能帶是半满带；或者上下能带重叠了一部分结果上下能带都成了半满带 ? 绝缘体――下面能带（价带）是满带，上面能带（导带）是空带苴禁带宽度比较大。

? 半导体――下面能带（价带）是满带上面能带（导带）是空带，且禁带宽度比较小数量级约在1eV左右。

当温度升高戓者光照下满带中的少量电子可能被激发到上面的空带中去。满带中少了一些电子将出现一些

空的量子状态，称为空穴在半导体中，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电

金是一种很典型的复合中心，在制造高速开关器件时常有意地掺入金以提高器件的速度。 5． 两性杂质：既能起施主作用又能起受主作用的杂质，如III-V族化合物半导体中掺入的硅

3. 含受主浓度为8.0×10cm和施主浓度为7.25×10cm的Si材料试求温度為300K时此材料的载流子浓度和

4． 费米分布函数：服从泡利不相容原理的电子遵循费米统计规律。 5． 费米分布函数f(E)的特性：

6．在热平衡状态下非简并情况下，导带中的电子浓度：

N型半导体载流子的浓度（在过渡区）：

和 杂质浓度 决定 ND?ND?4ni2n0??1.14?1015/cm3随着T升高，多数载流子从以 杂质电离 为主過渡到 本征激发 为主