半导体器件基础习题三

半导体器件基础习题三
半导体器件基础习题三

半导体器件基础习题三

2014年5月27日

姓名学号

作业务请写上中文姓名、学号,发往luming.sjtu42@https://www.360docs.net/doc/a414184599.html,。1,已知铝栅P 沟MOSFET的N型衬底掺杂浓度

N D=5×1015atoms/cm3,栅氧化层厚度d sio2=1000?氧化层中固定正电荷密度

Q SS/q = 1011atoms/cm2

求铝栅P 沟MOSFET的阈值电压。

解:由

先计算

先计算

再计算

代入

可得

2,已知硅栅N 沟MOSFET的P 型衬底掺杂浓度

N A = 1.5×1015 atoms/cm3,栅氧化层厚度d sio2=1000?氧化层中固定正电荷密度

Q SS/q = 1011atoms/cm2

多晶硅中掺入磷的浓度

N D=5×1018atoms/cm3

求MOSFET 的阈值电压。

解:根据给出的数据,可以算出

代入

可得

3,硅栅N 沟MOSFET场区氧化层厚度d sio2=10 4 ?氧化层中固定正电荷密度

Q SS/q=1011atoms/cm2

如果在场区增加掺杂浓度

N A=5×1015 atoms/cm3

试求厚膜场区的阈值电压。

解:这时因为有

根据数据可得

4.铝栅 N 沟 MOSFET 的 P 型衬底掺杂浓度

N A =2.0×1015 atoms /cm 3 氧化层厚度 d sio2 =1500? 铝的功函数 W m = 4.20 eV

P 型硅掺杂浓度为N A =1.5×1016 atoms /cm 3时的功函数 W si =4.97 eV

试求氧化层中固定正电荷密度分别为 Q SS /q = 5×1010 atoms /cm 2 Q SS /q = 5×1011 atoms /cm 2 时的阈值电压。 解:

UMS 和 氧化层中的电荷 QSS :

= 4.20V - 4.97 V = - 0.77 V 计算

根据数据可得

阈值电压

UT

= - 0.77 V – 0.47V + 0.1V + 0.66V

= - 0.48V

5.试问图示MOSFET 处于饱和状态还是非饱和状态?

解:

图(a) 是P 沟MOSFET,衬底接地,

因为

|U DS | >|U GS | - |U T |

8V >(5 - 3) V,

所以处于饱和工作状态。

图(b) 是N沟MOSFET,衬底也接地

由于

U DS >U GS –U T

9 V >(8 - 2) V

也处于饱和工作状态。

图(c) 是衬底接负偏压的N 沟MOSFET,由于

U DS<U GS–U T

8V <(12-2) V

将处于非饱和工作状态。

图(d) 是饱和工作状态的MOSFET,沟道端电压(沿沟道的电压降) 固定在

18 - 3 V = 15V

材料科学基础习题

查看文本 习题 一、名词解释 金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散 二、画图 1在简单立方晶胞中绘出()、(210)晶面及[、[210]晶向。 2结合Fe-Fe3C相图,分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后,试棒的成分-距离曲线示意图。 3如下图所示,将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。 4画出简单立方晶体中(100)面上柏氏矢量为[010]的刃型位错与(001)面上柏氏矢量为[010]的刃型位错交割前后的示意图。 5画图说明成分过冷的形成。 三、Fe-Fe3C相图分析 1用组织组成物填写相图。 2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。 3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 四、简答题 1已知某铁碳合金,其组成相为铁素体和渗碳体,铁素体占82%,试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 2什么是单滑移、多滑移、交滑移?三者的滑移线各有什么特征,如何解释?。 3设原子为刚球,在原子直径不变的情况下,试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。 4间隙固溶体与间隙化合物有何异同? 5可否说扩散定律实际上只有一个?为什么? 五、论述题 τC 结合右图所示的τC(晶体强度)—ρ位错密度 关系曲线,分析强化金属材料的方法及其机制。 晶须 冷塑变 六、拓展题 1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。 2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形? 3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核? 4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。 综合题一:材料的结构 1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。 2 金属键与其它结合键有何不同,如何解释金属的某些特性? 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同?其中有何须注意的问题? 5 画出三种典型晶胞结构示意图,其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么? 6 碳原子易进入a-铁,还是b-铁,如何解释? 7 研究晶体缺陷有何意义? 8 点缺陷主要有几种?为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷?

半导体器件工艺基础知识

半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识  通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体,它可以很好的传导电流,如:金属类,铜、银、铝、金等;电解液类:NaCl水溶液,血液,普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体,电流不能通过,如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体,其导电能力介于导体和绝缘体之间,如四族元素Ge锗、Si硅等,三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等,二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值,单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下,绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体,也不同于普通的绝缘体,同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间,而是由于半导体具有以下的特殊性质: (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时,电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件(如热敏电阻等),但是由于半导体的这一特性,容易引起热不稳定性,在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量,需要考虑器件使用环境的温度等,考虑如何散热,否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍,利用这一特点,可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量(千万分之一)的其它元素(这个过程我们称为掺杂),可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子,比例为10-7(即千万分之一),硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的,而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小,带负电,在一定的轨道上运转;原子核带正电,电荷量与电子的总电荷量相同,两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后,整个原子呈现正电,缺少电子的地方产生一个空位,带正电,成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力,而参与导电的又分为电子和电洞,这样掺杂的元素(即杂质)可分为两种:施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多自由电子参与导电,而杂质本身失去电子形成正离子,但不是电洞,不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素:锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多电洞参与导电,这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素:铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子,在相同大小的电场作用下,电子导电的速度比电洞

第1章半导体器件习题及答案教学总结

第 1 章半导体器 件 习题及答案

第1章半导体器件 一、是非题(注:请在每小题后[]内用” V"表示对,用” X "表示错) 1、P型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。() 2、N型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。() 3、在N型半导体中,掺入高浓度的三价杂质可以发型为P型半导体。() 4、P型半导体带正电,N型半导体带负电。() 5、N型半导体的多数载流子是电子,所以它带负电。() 6半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。() 7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。() 8、施主杂质成为离子后是正离子。() 9、受主杂质成为离子后是负离子。() 10、PN结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。() 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。() 12、由于PN结交界面两边存在电位差,所以,当把PN结两端短路时就有电流流过。() 13、PN结在无光照、无外加电压时,结电流为零。() 14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外,还可以描述 二极管的反向击穿特性。() 15、通常的BJT管在集电极和发射极互换使用时,仍有较大的电流放大作用。 () 16、有人测得某晶体管的U BE=0.7V, I B=20^A,因此推算出r be=U BE/|B=0.7V/20 卩A=35k Q()

17、 有人测得晶体管在U BE =0.6V , I B =5^A,因此认为在此工作点上的r be 大约为 26mV/l B =5.2k ◎() 18、 有人测得当U BE =0.6V , I B =10^A O 考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到 、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处 .1、在绝对零度(0K )时,本征半导体中 __________ 载流子 A.有 B.没有 C.少数 D.多数 2、在热激发条件下,少数价电子获得足够激发能,进入导带,产生 ___________ F 很大关系。A.温度B. 掺杂工艺C.杂质浓度C.晶体缺陷 7、当PN 结外加正向电压时,扩散电流 _____ 漂移电流,耗尽层 _____ 。当PN 结 外加反向电压 时,扩散电流 _____ 漂移电流,耗尽层 ____ 。 A.大于B.小于C.等于D.变宽E.变窄F.不变 8、二极管正向电压从0.7V 增大15%时,流过的电流增大 ________ 。( A 1. 15% B 1 ?大于 仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢2 U BE 1 B 0.6 0 10 0 60(k ) ,多选或不选按选错论) A.负离子 B. 空穴 C. 3、 半导体中的载流子为 ________ 。 空穴 4、 N 型半导体中的多子是 ________ < 5、 P 型半导体中的多子是 _________ < &在杂质半导体中,多数载流子的浓度 度则与 ______ 有 正离子 D. 电子-空穴对 \.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子和 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 A.电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 _____ ,而少数载流子的浓

材料科学基础练习题

练习题 第三章 晶体结构,习题与解答 3-1 名词解释 (a )萤石型和反萤石型 (b )类质同晶和同质多晶 (c )二八面体型与三八面体型 (d )同晶取代与阳离子交换 (e )尖晶石与反尖晶石 答:(a )萤石型:CaF2型结构中,Ca2+按面心立方紧密排列,F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型:阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反,即碱金属离子占据F-的位置,O2-占据Ca2+的位置。 (b )类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 (c )二八面体型:在层状硅酸盐矿物中,若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型:在层状硅酸盐矿物中,若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 (d )同晶取代:杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换:在粘土矿物中,当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时,一些电价低、半径大的阳离子(如K+、Na+等)将进入晶体结构来平衡多余的负电荷,它们与晶体的结合不很牢固,在一定条件下可以被其它阳离子交换。 (e )正尖晶石:在AB2O4尖晶石型晶体结构中,若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙,称为正尖晶石; 反尖晶石:若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙,通式为B(AB)O4,称为反尖晶石。 3-2 (a )在氧离子面心立方密堆积的晶胞中,画出适合氧离子位置的间隙类型及位置,八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干?四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干? (b )在氧离子面心立方密堆积结构中,对于获得稳定结构各需何种价离子,其中: (1)所有八面体间隙位置均填满; (2)所有四面体间隙位置均填满; (3)填满一半八面体间隙位置; (4)填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解:(a )参见2-5题解答。1:1和2:1 (b )对于氧离子紧密堆积的晶体,获得稳定的结构所需电价离子及实例如下: (1)填满所有的八面体空隙,2价阳离子,MgO ; (2)填满所有的四面体空隙,1价阳离子,Li2O ; (3)填满一半的八面体空隙,4价阳离子,TiO2; (4)填满一半的四面体空隙,2价阳离子,ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构,Mg2+半径为0.072nm ,O2-半径为0.140nm ,计算MgO 晶体中离子堆积系数(球状离子所占据晶胞的体积分数);计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%?

无机材料科学基础试题及答案

1螺位错:柏格斯矢量与位错线平行的位错。 2同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 3晶胞:指晶体结构中的平行六面体单位,其形状大小与对应的空间格子中的单位平行六面体一致。 4肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,迁移到晶体的表面,在晶格内正常格点上留下空位,即为肖特基缺陷。 5聚合:由分化过程产生的低聚合物,相互作用,形成级次较高的聚合物,同时释放出部分Na2O,这个过程称为缩聚,也即聚合。 6非均匀成核:借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。7稳定扩散:扩散质点浓度分布不随时间变化。 8玻璃分相:一个均匀的玻璃相在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相(或液相),并相互共存的现象称为玻璃的分相(或称液相不混溶现象)。 9不一致熔融化合物:是一种不稳定的化合物。加热这种化合物到某一温度便发生分解,分解产物是一种液相和一种晶相,两者组成与化合物组成皆不相同,故称不一致熔融化合物。10晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。 11非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点迁移。(2.5)本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。 12稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0。不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0。这种扩散称为不稳定扩散。(2.5分) (2.5分) 13可塑性:粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团,该泥团受到高于某一个数值剪应力作用后,可以塑造成任何形状,当去除应力泥团能保持其形状,这种性质称为可塑性。(2.5晶胞参数:表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数。 14一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。 15二次再结晶:是液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。(2.5) 16泰曼温度:反应物开始呈现显著扩散作用的温度。(2.5) 17晶子假说:苏联学者列别捷夫提出晶子假说,他认为玻璃是高分散晶体(晶子)的结合体,硅酸盐玻璃的晶子的化学性质取决于玻璃的化学组成,玻璃的结构特征为微不均匀性和近程有序性。无规则网络假说:凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样,也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是由离子多面体(三角体或四面体)构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成,而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。 18正尖晶石;二价阳离子分布在1/8四面体空隙中,三价阳离子分布在l/2八面体空隙的尖晶石。 19液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被

《半导体器件》习题及参考答案

第二章 1 一个硅p -n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结,a=1019cm -4,n 型一侧为均匀掺杂,杂质浓度为3×1014cm -3,在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm,求零偏压下的总耗尽层宽度、内建电势和最大电场强度。 解:)0(,22≤≤-=x x qax dx d p S εψ )0(,2 2n S D x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22 ≤≤--=- =E x x x x qa dx d x p p S εψ n n S D x x x x qN dx d x ≤≤-=- =E 0),()(εψ x =0处E 连续得x n =1.07μm x 总=x n +x p =1.87μm ?? =--=-n p x x bi V dx x E dx x E V 0 516.0)()( m V x qa E p S /1082.4)(25 2max ?-=-= ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 2 一个理想的p-n 结,N D =1018cm -3,N A =1016cm -3,τp=τn=10-6s ,器件的面积为1.2×10-5cm -2,计算300K 下饱和电流的理论值,±0.7V 时的正向和反向电流。 解:D p =9cm 2/s ,D n =6cm 2/s cm D L p p p 3103-?==τ,cm D L n n n 31045.2-?==τ n p n p n p S L n qD L p qD J 0 + =

I S =A*J S =1.0*10-16A 。 +0.7V 时,I =49.3μA , -0.7V 时,I =1.0*10-16A 3 对于理想的硅p +-n 突变结,N D =1016cm -3,在1V 正向偏压下,求n 型中性区内存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1μm,空穴扩散长度为5μm。 解:P + >>n ,正向注入:0)(2 202=---p n n n n L p p dx p p d ,得: ) sinh() sinh() 1(/00p n n p n kT qV n n n L x W L x W e p p p ---=- ??=-=n n W x n n A dx p p qA Q 20010289.5)( 4一个硅p +-n 单边突变结,N D =1015cm -3,求击穿时的耗尽层宽度,若n 区减小到5μm,计算此时击穿电压。 解:m V N E B g c /1025.3)1 .1E )q ( 101.148 14 32 1S 7 ?=?=( ε V qN E V B C S B 35022 == ε m qN V x B B S mB με5.212== n 区减少到5μm 时,V V x W x V B mB mB B 9.143])(1[2 2 /=--= 第三章 1 一个p +-n-p 晶体管,其发射区、基区、集电区的杂质浓度分别是5×1018,1016,1015cm -3,基区宽度W B 为1.0μm,器件截面积为3mm 2。当发射区-基区结上的正向偏压为0.5V ,集电区-基区结上反向偏压为5V 时,计算

无机材料科学基础习题答案

第一章晶体几何基础 1-1 解释概念: 等同点:晶体结构中,在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵:概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点:空间点阵中的点称为结点。 晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称:物体相同部分作有规律的重复。 对称型:晶体结构中所有点对称要素(对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴)的集合为对称型,也称点群。 晶类:将对称型相同的晶体归为一类,称为晶类。 晶体定向:为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置,在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子:是指法国学者 A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则,将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞:能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数:表示晶胞的形状和大小的6个参数(a、b、c、α 、β、γ ). 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么?哪种几何图形可表示晶体的基本特征? 解答:⑴晶体结构的基本特征: ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。 ②晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示。 解答:对称面—m,对称中心—1,n次对称轴—n,n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ,滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶面的晶面指数。 解答:在X、Y、Z轴上的截距系数:3、4、6。 截距系数的倒数比为:1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为:(432) 补充:晶体的基本性质是什么?与其内部结构有什么关系? 解答:①自限性:晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性:均一性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上,质点排列一般是不同的,因而表现出不同的性质。 ③对称性:是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性:在相同的热力学条件下,较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体,晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同,但处于不同物态下的物体而言,晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变,但晶体不可能自发地转变为其他物态。

半导体器件原理简明教程习题答案

半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料; 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料; 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量,根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??=2 1*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大,所以Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2 的禁带宽度为 3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= Θ两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- ΘT k 9.1>0 ∴21n n > ∴在高温环境下2n 更合适 1.11 在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图, 判断该半导体是n 型还是p 型半导体. 解 3 173 21002 02 0010125.1102)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p Θ是p 型半导体 1.16 硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费米能级相 对于本征费米能级的位置,画出能带图. 解 3 17010-==cm N p A 200i n p n = T=300K →3 10 105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p >Θ ∴该半导体是p 型半导体 )105.110ln(0259.0)ln(10 17 0??==-i FP i n p KT E E

半导体器件物理课后习题解答

半导体器件物理课后作业 第二章 对发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、隧道二极管、齐纳二极管、变容管、快恢复二极管和电荷存储二极管这7个二端器件,请选择其中的4个器件,简述它们的工作原理和应用场合。 解: 发光二极管 它是半导体二极管的一种,是一种固态的半导体器件,可以把电能转化成光能;常简写为LED。 工作原理:发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少是不同的,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短;反之,则发出的光的波长越长。 应用场合:常用的是发红光、绿光或黄光的二极管,它们主要用于各种LED显示屏、彩灯、工作(交通)指示灯以及居家LED节能灯。 光电二极管 光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性,但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 工作原理:普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光,而电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子—空穴对,称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流迅速增大到几十微安,光的强度越大,反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光电二极管有多种类型,用途也不尽相同,主要有以下几种: PN型特性:优点是暗电流小,一般情况下,响应速度较低。 用途:照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型特性:缺点是暗电流大,因结容量低,故可获得快速响应 用途:高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型特性:使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体 用途:主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型特性:响应速度非常快,因具有倍速做用,故可检测微弱光 用途:高速光通信、高速光检测 隧道二极管 隧道二极管(Tunnel Diode)又称为江崎二极管,它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb)等材料混合制成的半

材料科学基础习题及答案

习题课

一、判断正误 正确的在括号内画“√”,错误的画“×” 1、金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。 2、位错滑移时,作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。 3、只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶,间隙固溶体则不能。 4、金属结晶时,原子从液相无序排列到固相有序排列,使体系熵值减小,因此是一个自发过程。 5、固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG<0、结构起伏和能量起伏。 6三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 7物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 8塑性变形时,滑移面总是晶体的密排面,滑移方向也总是密排方向。 9.晶格常数是晶胞中两相邻原子的中心距。 10.具有软取向的滑移系比较容易滑移,是因为外力在在该滑移系具有较大的分切应力值。11.面心立方金属的滑移面是{110}滑移方向是〈111〉。 12.固溶强化的主要原因之一是溶质原子被吸附在位错附近,降低了位错的易动性。13.经热加工后的金属性能比铸态的好。 14.过共析钢的室温组织是铁素体和二次渗碳体。 15.固溶体合金结晶的过程中,结晶出的固相成份和液相成份不同,故必然产生晶内偏析。16.塑性变形后的金属经回复退火可使其性能恢复到变形前的水平。 17.非匀质形核时液体内部已有的固态质点即是非均匀形核的晶核。 18.目前工业生产中一切强化金属材料的方法都是旨在增大位错运动的阻力。 19、铁素体是α-Fe中的间隙固溶体,强度、硬度不高,塑性、韧性很好。 20、体心立方晶格和面心立方晶格的金属都有12个滑移系,在相同条件下,它们的塑性也相同。 21、珠光体是铁与碳的化合物,所以强度、硬度比铁素体高而塑性比铁素体差。 22、金属结晶时,晶粒大小与过冷度有很大的关系。过冷度大,晶粒越细。 23、固溶体合金平衡结晶时,结晶出的固相成分总是和剩余液相不同,但结晶后固溶体成分是均匀的。 24、面心立方的致密度为0.74,体心立方的致密度为0.68,因此碳在γ-Fe(面心立方)中的溶解度比在α-Fe(体心立方)的小。 25、实际金属总是在过冷的情况下结晶的,但同一金属结晶时的过冷度为一个恒定值,它与冷却速度无关。 26、金属的临界分切应力是由金属本身决定的,与外力无关。 27、一根曲折的位错线不可能是纯位错。 28、适当的再结晶退火,可以获得细小的均匀的晶粒,因此可以利用再结晶退火使得铸锭的组织细化。 29、冷变形后的金属在再结晶以上温度加热时将依次发生回复、再结晶、二次再结晶和晶粒长大的过程。 30、临界变形程度是指金属在临界分切应力下发生变形的程度。 31、无限固溶体一定是置换固溶体。 32、金属在冷变形后可形成带状组织。 33、金属铅在室温下进行塑性成型属于冷加工,金属钨在1000℃下进行塑性变形属于热加工。

无机材料科学基础第九章习题

第九章习题与答案 一、判断正误 1、烧结中始终可以只有一相是固态。(对) 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。(对) 3、二次再结晶对坯体致密化有利。(错) 4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。(对) 5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。(错) 6、一般来说,晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说,晶界是杂质的富集之 地。(对) 二、填空 1、烧结的主要传质方式有:蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种,这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L~t2/5、ΔL/L~t和ΔL/L~t1/3。 三、选择 1、在烧结过程中,只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是(a、c)。 a.表面扩散 b.流动传质 c.蒸发-凝聚 d.晶界扩散 2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是(b)。 a. 流动传质 b. 蒸发—凝聚传质 c. 溶解—沉淀 d. 扩散传质 四、问答题 1、典型的传质过程有哪些?各采用什么烧结模型?分析产生的原因是什么? 答:典型的传质过程有:固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质,液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。 固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。 固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。 原因:蒸发—冷凝:压力差ΔP;扩散传质:空位浓度差ΔC;流动传质:应力—应变; 溶解—沉淀:溶解度ΔC(大、小晶粒溶解度不同;自由表面与点接触溶解度)。 2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。 答:烧结推动力是粉状物料的表面能(γsv)大于多晶烧结体的晶界能(γgb),即γsv>γgb。 晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差,使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。 烧结的推动力较大,约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小,约为0.4~2J/g,因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时,原始粉料粒度为2μm,烧结至最高温度保温0.5h,测得晶粒尺寸为10μm,试问保温2h,晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温2h,晶粒尺寸又有多大? 解:1、G 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h,得 代入数据:G

《半导体器件》习题与参考答案

A-A- ― 第——早 1 一个硅p — n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结,a=1019cm -4, n 型一侧为均匀 掺 杂,杂质浓度为3X1014cm — 3,在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8 um X = 0处E 连续得X n = 1.07 m X 总=X n +x p =1.87 m 0 X n E(x)dx E(x)dx 0.516V x p - 16 |s =A*J s =1.0*10 16 A 。 + 0.7V 时,1 = 49.3 A , —0.7V 时,1= 1.0*10-16 A 3对于理想的硅p + -n 突变结,N D = 1016 cm 3 ,在1V 正向偏压下,求n 型中性 解: 求零偏压下的总耗尽层宽度、 d 2 qaX ,( X p x 0) 建电势和最大电场强度。 d 2 qN ° ,(0 X n ) (X) d dx qa 2 (X 2 S 2 X p ), X p x 0 (X) d dx X n ),0 X X n V bi E max X p ) 4.82 1 05 V/m,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。 J S qD p P no qD n n p° L p L n

区存贮的少数载流子总量。设n 型中性区的长度为1ym,空穴扩散长度为5ym 解:PJn,正向注入:叫严先严。,得: *W n X 、 sinh( ) L P 1)- -K/W n g sinh( ) L p Q qA Wn (P n P no )dx 5.289 1020A x n 4 一个硅p +-n 单边突变结,N D = 1015cm 3,求击穿时的耗尽层宽度,若 n 区减 小到5^m,计算此时击穿电压 (c) Q B qAWP n (0) 5.93 10 13 C 2 2推导基区杂质浓度为N B (X ) N B (0)e x/l 时的基区建电场公式及基区少子浓 度分布表达式。 P n qV/kT P n0 P nO (e 解:E c 1.1 10 U 诗1 3 1 9 )讥8 3.25 104 V/m V B S E C 350V 2qN B n 区减少至U 5 pm 时,vB=[1 (b) P n (O) P no e qV B E/kT 4.73 1012cm 3 X mB 21.5 m 0.217 m 0.261 m W = W B — X neb — X ncb = 0.522

半导体器件物理复习题

半导体器件物理复习题 一. 平衡半导体: 概念题: 1. 平衡半导体的特征(或称谓平衡半导体的定义) 所谓平衡半导体或处于热平衡状态的半导体,是指无外界(如电压、电场、磁场或温度梯度等)作用影响的半导体。在这种情况下,材料的所有特性均与时间和温度无关。 2. 本征半导体: 本征半导体是不含杂质和无晶格缺陷的纯净半导体。 3. 受主(杂质)原子: 形成P 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子(一般为元素周期表中的Ⅲ族元素)。 4. 施主(杂质)原子: 形成N 型半导体材料而掺入本征半导体中的杂质原子(一般为元素周期表中的Ⅴ族元素)。 5. 杂质补偿半导体: 半导体中同一区域既含受主杂质又含施主杂质的半导体。 6. 兼并半导体: 对N 型掺杂的半导体而言,电子浓度大于导带的有效状态密度, 费米能级高于导带底(0F c E E ->);对P 型掺杂的半导体而言,空穴浓度大于价带的有效状态密度。费米能级低于价带顶(0F v E E -<)。

7. 有效状态密度: 在导带能量范围( ~c E ∞ )内,对导带量子态密度函数 导带中电子的有效状态密度。 在价带能量范围( ~v E -∞) 内,对价带量子态密度函数 8. 以导带底能量c E 为参考,导带中的平衡电子浓度: 其含义是:导带中的平衡电子浓度等于导带中的有效状态密度乘以能量为导带低能量时的玻尔兹曼分布函数。 9. 以价带顶能量v E 为参考,价带中的平衡空穴浓度: 其含义是:价带中的平衡空穴浓度等于价带中的有效状态密度乘以能量为价带顶能量时的玻尔兹曼分布函数。 10.

11. 12. 13. 14. 本征费米能级Fi E : 是本征半导体的费米能级;本征半导体费米能级的位置位于禁带 带宽度g c v E E E =-。? 15. 本征载流子浓度i n : 本征半导体内导带中电子浓度等于价带中空穴浓度的浓度 00i n p n ==。硅半导体,在300T K =时,1031.510i n cm -=?。 16. 杂质完全电离状态: 当温度高于某个温度时,掺杂的所有施主杂质失去一个电子成为带正电的电离施主杂质;掺杂的所有受主杂质获得一个电子成为带负电的电离受主杂质,称谓杂质完全电离状态。 17. 束缚态: 在绝对零度时,半导体内的施主杂质与受主杂质成电中性状态称谓束缚态。束缚态时,半导体内的电子、空穴浓度非常小。 18. 本征半导体的能带特征: 本征半导体费米能级的位置位于禁带中央附近,且跟温度有关。如果电子和空穴的有效质量严格相等,那么本征半导体费米能级

无机材料科学基础题库_选择题

选择题 1.NaCl 型结构中,Cl - 按立方最紧密方式堆积,Na +充填于( B )之中。 A 、全部四面体空隙 B 、全部八面体空隙 C 、1/2四面体空隙 D 、1/2八面体空隙 2.在析晶过程中,若?T 较大,则获得的晶粒为( A ) A 、数目多而尺寸小的细晶 B 、数目少而尺寸大的粗晶 C 、数目多且尺寸大的粗晶 D 、数目少且尺寸小的细晶 3.在熔体中加入网络变性体会使得熔体的析晶能力( c ): a.不变 b. 减弱 c. 增大 4.在烧结过程的传质方式中,不会使坯体致密的是( a ) a. 扩散传质 b. 溶解-沉淀传质 c. 蒸发-凝聚传质 d. 流动传质 5.过冷度愈大,临界晶核半径( c )相应的相变( e ) a. 不变 b. 愈大 c. 愈小 d. 愈难进行 e. 愈易进行 f. 不受影响 6.从防止二次再结晶的角度考虑,起始粒径必须( c ) a. 细 b. 粗 c. 细而均匀 d. 粗但均匀 7.根据晶界两边原子排列的连贯性来划分,在多晶体材料中主要是( B ) A 、共格晶界 B 、非共格晶界 C 、半共格晶界 8.玻璃结构参数中的Z 一般是已知的,请问硼酸盐玻璃的Z =( B ) A 、2 B 、3 C 、4 D 、5 9.石英晶体结构属于( d ) a. 岛状结构 b. 链状结构 c. 层状结构 d. 架状结构 10. 在离子型化合物中,晶粒内部扩散系数D b ,晶界区域扩散系数D g 和表面区域扩散系数D s 三者中( C )最大 A 、D b B 、D g C 、 D s 11. 系统2222CaO + SiO 2CaO SiO + CaO SiO + 3CaO 2SiO →???中的独立组分数为( d ) a. 5 b. 4 c. 3 d. 2 12. 熔体系统中组成越简单,则熔体析晶( B ) A 、不受影响 B 、越容易 C 、越难 13. 过冷度越大,相应的成核位垒( b ),临界晶核半径( b ),析晶能力( a ) a. 越大 b. 越小 c. 不变 14. 下列选项中不属于马氏体相变的特征的是( B ) A 、相变后存在习性平面 B 、属扩散型相变 C 、新相与母相间有严格的取向关系 D 、在一个温度范围内进行 E 、速度很快 15. 颗粒不同部位的空位浓度存在差异,下列区域中( b )处的空位浓度最大 A 、晶粒内部 B 、颈部表面张应力区 C 、受压应力的颗粒接触中心 16. 塑性泥团中颗粒之间最主要的吸力为( B ) A 、范德华力 B 、毛细管力 C 、局部边-面静电引力 17. CaTiO 3(钛酸钙)型结构中,Ca 2+和O 2-共同组成立方紧密堆积,Ca 2+占据立方面心的角顶位置,O 2-占据立方面

材料科学基础习题三

材料科学基础习题三 1.下图为A-B二元相图,请指出: (1)水平线上反应的性质; (2)各区域的组织组成物; (3)分析合金I,II的冷却过程; (4)合金工,II室温时组织组成物的相对量表达式。 2. 下图为Fe-Fe C相图,试:(1)解释图中各相区、特性点和特性线的意义是什 3 (%)=0.004,0.77,0.55,1.11,2.11,2.5,4.3,4.9的合金平么? (2)比较W C 衡状态下的结晶过程和室温组织有何不同,并计算组织相对含量。

4.利用相律辨别下图中各相图是否正确,并说明原因。 10 , 100 和 200℃,计算:

(a) 临界晶核尺寸; (b) 半径为 r*的晶核个数; (c) 从液态转变到固态时,单位体积的自由能变化ΔG* (形核功)。 注:铝的熔点 Tm=993K,单位体积熔化热 Lm=1.836×109J/m3 ,固液界面比表面能δ=93mJ/m2,书中表 6-4 是121mJ/m2, 原子体积 V0=1.66×10-29m3 。 6. 试解释凝固与结晶、晶胚与形核的相互关系。 7. 金属材料结晶的热力学条件和结构条件是什么 8. 哪些因素会影响金属材料结晶时的非均匀形核率。 9. 试解释为什么大多数聚合物材料难于结晶? 10. 试说明影响扩散的因素。 11. 二元合金相图表达了合金的哪些关系?各有哪些实际意义? 12. 何谓合金扩散过程中的柯肯达尔效应,柯肯达尔实验结果给人们哪些启示? 13. 解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。 14. 典型铸锭的组织是什么,并解释其形成原因。 15. 简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。 16. 分析再结晶过程中形核和长大与凝固过程中的形核和长大有何不同。 17. 画出导体、绝缘体、半导体的能带结构,并解释它们导电性明显不同的原因。 18. 为什么金属滑移在最密排面和最密排方向进行?

无机材料科学基础期末试题及答案

无机材料科学基础试卷六 一、名词解释(20分) 1、反萤石结构、晶胞; 2、肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷; 3、网络形成体、网络改变体; 4、触变性、硼反常现象; 二、选择题(8分) 1、粘土泥浆胶溶必须使介质呈() A、酸性 B、碱性 C、中性 2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的()的聚集体。 A、近程有序,远程无序 B、近程无序,远程无序 C、近程无序,远程有序 3、依据等径球体的堆积原理得出,六方密堆积的堆积系数()体心立方堆积的堆积系数。 A、大于 B、小于 C、等于 D、不确定 4、某晶体AB,A—的电荷数为1,A—B键的S=1/6,则A+的配位数为()。 A、4 B、12 C、8 D、6 5、在单位晶胞的CaF2晶体中,其八面体空隙和四面体空隙的数量分别为()。 A、4,8 B、8,4 C、1,2 D、2,4 6、点群L6PC属()晶族()晶系。 A、高级等轴 B、低级正交 C、中级六方 D、高级六方 7、下列性质中()不是晶体的基本性质。 A、自限性 B、最小内能性 C、有限性 D、各向异性 8、晶体在三结晶轴上的截距分别为1/2a、1/3b、1/6c。该晶面的晶面指数为()。 A、(236) B、(326) C、(321) D、(123) 9、非化学计量化合物Cd1+xO中存在()型晶格缺陷 A、阴离子空位 B、阳离子空位 C、阴离子填隙 D、阳离子填隙 10、可以根据3T曲线求出熔体的临界冷却速率。熔体的临界冷却速率越大,就()形成玻璃。 A、越难 B、越容易 C、很快 D、缓慢 11、晶体结构中一切对称要素的集合称为()。 A、对称型 B、点群 C、微观对称的要素的集合 D、空间群 12、在ABO3(钙钛矿)型结构中,B离子占有()。 A、四面体空隙 B、八面体空隙 C、立方体空隙 D、三方柱空隙晶体 三、填空(17分) 1、在玻璃形成过程中,为避免析晶所必须的冷却速率的确定采用()的方法。 2、a=b≠c α=β=γ=900的晶体属()晶系。 3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的()面,立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的

材料科学基础习题及答案

《材料科学基础》习题及答案 第一章 结晶学基础 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 1 名词解释:配位数与配位体,同质多晶、类质同晶与多晶转变,位移性转变与重建性转变,晶体场理论与配位场理论。 晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数(晶面指数)、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应. 答:配位数:晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。 配位体:晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。 同质多晶:同一化学组成在不同外界条件下(温度、压力、pH 值等),结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。 多晶转变:当外界条件改变到一定程度时,各种变体之间发生结构转变,从一种变体转变成为另一种变体的现象。 位移性转变:不打开任何键,也不改变原子最邻近的配位数,仅仅使结构发生畸变,原子从原来位置发生少许位移,使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。 重建性转变:破坏原有原子间化学键,改变原子最邻近配位数,使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。 晶体场理论:认为在晶体结构中,中心阳离子与配位体之间是离子键,不存在电子轨道的重迭,并将配位体作为点电荷来处理的理论。 配位场理论:除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外,还考虑了共价成键的效应的理论 图2-1 MgO 晶体中不同晶面的氧离子排布示意图 2 面排列密度的定义为:在平面上球体所占的面积分数。 (a )画出MgO (NaCl 型)晶体(111)、(110)和(100)晶面上的原子排布图; (b )计算这三个晶面的面排列密度。 解:MgO 晶体中O2-做紧密堆积,Mg2+填充在八面体空隙中。 (a )(111)、(110)和(100)晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。 (b )在面心立方紧密堆积的单位晶胞中,r a 220= (111)面:面排列密度= ()[] 907.032/2/2/34/222==?ππr r

相关文档
最新文档