(4年合编版)中考物理试题分类整合 知识点63 导体、绝缘体、半导体和超导体 新人教版
知识点63：导体、绝缘体、半导体和超导体
2020年
3．（09北京市）下列用品中，通常情况下属于导体的是
A．玻璃棒 B.塑料尺 C.橡皮 D.铁钉
答案：D
（09成都）．下列物体中，用到了半导体材料的是
A．智能机器狗 B．白炽灯泡 C．普通干电池 D．滑动变阻器
答案：A
（09·湖北宜昌市）3．当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体。下列物体可以用超导体来制作的是
A．家用保险丝 B．白炽灯泡的灯丝 C．电炉的电热丝 D．输电导线
答案：D
(09·广西柳州)2.下列物体属于导体的是
A．木片 B．塑料尺 C．橡皮 D．细铜线
答案：D
2．（09·湖北仙桃等市）下列关于半导体、超导体的说法中，正确的是
A．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，可制作二极管
B．半导体的导电性能良好，可制作远距离输电导线
C．超导体的导电性能最好，可制作电炉丝
D．超导体的电阻为零，没有实际用途
答案：A
4．（09·株洲）图1中标出了制成铅笔的几种材料，通常条件下属于导体的是A．木材、橡皮 B．石墨、金属
C．木材、金属D．石墨、橡皮
答案：B
13. （09·来宾）下列生活用品中，通常情况下属于导体的是（）
A．塑料筷子 B．金属勺 C.玻璃杯 D.陶瓷碗
答案：B
14. (09·河南)LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。二极管由下列哪种材料制成
A.陶瓷材料
B.金属材料
C.半导体材料
D.超导材料
答案：C
6．（09·衡阳）当温度降到很低时，某些金属的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象．假如所有导体都没有了电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是
A．白炽灯仍然能发光 B．电动机仍然能转动
C．电饭锅仍然能煮饭 D．取暖器仍然可以发热
1．（09·长春）下列物品通常情况下属于绝缘体的是（）
A大头针 B．金属刀 C．铅笔芯 D．塑料尺
（09湖南娄底）．节能与环保在“两型”社会的建设中起着重要作用．在电厂发电、输送电力、贮存电力等方面若能采用超导材料，就能大大降低由于电阻引起的电能损耗．超导材料就是在温度很低时，电阻变为．
答案：0
(09广东)．就导电性能来说，金属的导电性能一般比非金属（选填“强或弱）；有些元素如硅、锗等的导电性能介于金属和非金属之间，常称作。某些物质在温度极低时，电阻会变成零，这就是现象。
答案：强；半导体；超导
20. （09·大连）某些物质在温度很低时，电阻就变成了_____。这就是超导现象；硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力_______（填“强”或“弱”）。
27. （09·凉山州）在如图所示的实验装置中，玻璃球内的导线
是分开的，小磁针处于静止状态。当用酒精灯把玻璃球加热到红炽
状态时，发现小磁针发生了偏转，这说明在此条件下，玻璃变成了
__________。玻璃球的温度升高，内能增加是通过___________的
方法实现的。
答案：导体热传递
2020年
（10·北京）3．下列用品中，通常情况下属于导体的是
A．橡胶手套 B．玻璃杯 C．塑料盆D．钢尺
(10·重庆)4.楠楠同学在中考备考中，准备有：①透明塑料笔袋②金属刀片③塑料三角板④铅笔芯⑤橡皮擦等物品。上述五种物品中，其中属于绝缘体的有（）A. ①③⑤ B.②④⑤ C.③④⑤ D. ①②④
（10·安徽）12．下面各组材料，均为导体的是【】
A．塑料和铁B．盐水和铜 C．铝和煤油 D．空气和石墨（10·成都）2．下列关于各种材料的说法正确的是
A．铝、橡胶、塑料都是很好的绝缘材料
B．超导体是一种电阻很大的材料
C．纳米材料可以大大提高材料的强度和硬度
D．用半导体材料可以制成性能优良的输电线
(10·广州)2．图1所示的电子体温计通过流过半
导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利
用了半导体
A．良好的导电特性
B．良好的绝缘特性
C．电阻随温度变化而变化的特性
D．电阻随光照变化而变化的特性
（10·河南）9．关于材料的性质及其应用，下列说法错误的是
A．有的半导体对光比较敏感，可以用来制造光敏电阻
B．铜的导电性较好，可以用来制造保险丝
C．金刚石的硬度比较大，可以用来做钻头
D．超导材料在低于临界温度时电阻为零，将来可用于远距离输电
（10·江西）10．在我们的生活和生产中，经常要对物质进行分类.如以下物品可分成两类：①铅笔芯、铝质易拉罐、铜导线②塑料笔套、橡皮、食盐.这两类物品分别属于【】
A．导体和绝缘体 B．金属和非金属
C．磁性材料和非磁性材料 D．晶体和非晶体
(10·临沂)8.如图所示，电工师傅常用的测电笔，外壳是用
不导电的绝缘材料制成的，而测电笔的笔尖是用金属材料做
成的，这是利用了金属材料的
A.耐高温性
B.导电性
C.硬度高
D.延展性
(10·咸宁)4．超导体若能应用到社会生活中，会给人类带来很大的好处。各国科学家一直在努力寻找能够在室温下工作的超导材料，假如科学家已研制出室温下的超导材料。你认为它可作下列哪种用途
A．电炉中的电阻丝B．白炽灯泡的灯丝
C．保险丝D．远距离输电线
（10·湘潭）9．下列材料，既是晶体又是导体的是
A．塑料 B. 冰 C. 陶瓷 D. 铁
（10·泉州）2．下列物体中属于导体的是
A．硬币 B．橡胶棒 C．玻璃杯 D．干燥的木棒
（10·大理）1、下面是小仙同学物理课后自己整理的笔记，其中存在错误的是（）A．近视眼要佩戴凹透镜来矫正
B．利用超导体做白炽灯灯丝，灯将更亮
C．太阳能、风能、水能都是可再生能源
D．长度相同的同种导体横截面积越大，电阻越小
（10·郴州）1．有一种高效节能的新型LED光源，其核心元件是发光二极管。二极管主要由下面哪种材料制成（）
A．金属材料 B．陶瓷材料 C．超导体D．半导体
（10·梅州）2．LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。
二极管是由下列哪种材料制成
A．陶瓷材料 B．金属材料C．半导体材料 D．超导材料
1.（10·宜宾）小明同学准备有：①铅笔芯、②金属刀片、③塑料三角尺、④塑料笔袋、⑤橡皮等物品，以备考试之需，其中属于绝缘体的有（）
A. ①③⑤
B. ②④⑤
C. ③④⑤
D. ①②④
（10·日照）5．随着科技发展，新材料、新技术不断服务于人们的生活，许多电子设备用到热敏电阻、光敏电阻等电路元件，它们是用下列哪种材料制成的（）
A．导体 B．绝缘体 C．超导体 D．半导体
（10·攀枝花）22.上海世博的场馆采用了大量的LED灯来照明。LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。二极管由下列哪种材料制成的：
A.陶瓷材料
B.金属材料
C.超导材料
D.半导体材料
（10·宁德）9．下列各组物质中，属于导体的是
A．小刀、橡皮筋 B．橡皮、塑料尺C．人体、铁丝 D．硬币、陶瓷（10·玉林、防城港）11．图4所示的物体中，全部是由绝缘材料制成的是
答案：B
（10·黔南州）4．当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体。下列物体可以用超导体来制作的是
A．家用保险丝 B．白炽灯泡的灯丝 C．电炉的电热丝 D．输电导线（10·清远）2． LED发光二极管的主要材料是
A．纳米材料 B．超导体 C．导体D．半导体
（10·无锡）13．现有橡皮、盐水、水银、塑料尺、铅笔芯五种物品．请将它们分类，其中___________________属于一类，特征是______________________．盐水、水银、铅笔芯导体
（10·泸州）1、根据材料的导电性能，材料可以分为、半导体以及绝缘体三大类，其中不容易导电。
导体绝缘体
（2020·莆田）12．如图，在构成铅笔的四种材料
中，通常情况下，属于导体的有_______；属于
绝缘体的有_______。
12．石墨、金属木材、橡皮
（10·西宁）15．有这样几种物质：硅、铝、橡胶、锗、铜、陶瓷，其中____是半导体，____是绝缘体（每类答出一种即可）
硅（锗）橡胶（陶瓷）
（10·陕西）9．下表是小敏同学将几种物体依据物质的导电性进行的分类，请你在表格的空白处填上分类的物理名称．
物理名称
物体陶瓷橡胶
干燥的空气
晶体二极管
热敏电阻
光敏电阻
铜片
铅笔芯
食盐水
答案：
物理名称绝缘体半导体导体
物体
陶瓷
橡胶
干燥的空气
晶体二极管
热敏电阻
光敏电阻
铜片
铅笔芯
食盐水
（10·湛江）26．小明通过学习得知：一般情况下，水的质量一定时，加入食盐的质量越多，溶液的浓度就越高．他想探究食盐水溶液的导电性能与什么因素有关．小明的猜想是：
a．食盐水溶液的导电性能与溶液的浓度有关．
b．食盐水溶液的导电性能与金属片之间的距离有关．
c．食盐水溶液的导电性能与溶液的温度有关．
小明利用水、食盐、烧杯、小勺子、电源、刻度尺、小灯泡、金属片、酒精灯等器材，设计了如图13的装置，进行了探究实验．他记录的实验表格如下：
(1)比较实验次数1和2可验证猜想___________(选填“a”、“b”或“c”) 。
(2)这个实验用到了控制变量法，我们所学的实验中，很多也用到了控制变量法，请举一例：______________________________
(3)在实验过程中，小明认为用电流表代替小灯泡也能进行实验，你认为___________(选填“可行”或“不可行”)，理由是
_____________________________。
(4)利用现有的装置和器材，请你对猜想c进行探究验证。
①实验步骤：用酒精灯加热食盐水溶液，观察小灯泡的亮度变化。
②你怎样对该实验结果进行分析判断?
(5)请你提出一个新的猜想：溶液的导电性能可能还与__________有关。
（1）a (2)探究电流与电压、电阻的关系等（合理均可得分）
（3）可行电流表能测出电路中的电流大小可反映出溶液的导电性能
（4）如果小灯泡亮度发生变化，说明溶液的导电性与溶液的温度有关，否则无关。（5）金属片插入溶液中的深度（或金属片与溶液中的接触面积等）
2020年
一、选择题
（11·泉州）6．下列物体中属于导体的是
A．玻璃杯 B．竹筷 C．瓷碗 D．不锈钢杯
答案：D
（11·南宁）1．下列物品中，通常情况下属于导体的是
A．玻璃试管 B．钢尺 C．塑料笔筒 D．橡皮答案：B
（11·北京）3．下列用品中，通常情况下属于绝缘体的是
A．金属勺 B．瓷碗 C．铅笔芯 D．铁钉答案：B
（11·三明）3．下列物品中，属于绝缘体的是
A．.陶瓷碗 B．二极管 C.铅笔芯 D．缝衣针
答案：A
（11·泰安）5．一下学习文具，通常情况下属于导体的是
A．铅笔芯 B．塑料三角尺 C．透明塑料笔袋 D．橡皮
答案：A
（11·莆田）8．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫做超导体。电流通过超导体时不发热，因此超导体的应用十分广泛。假如有室温环境中的超导体，可用它来制作
A．家用保险丝 B．白炽灯灯丝
C．电热丝 D．输电导线
答案：D
（11·漳州）9．下列物品中使用了半导体材料的是
A．机器人 B白炽灯 C．滑动变阻器 D，机械手表
答案：A
（11·柳州）2．下列物体中，通常情况下属于绝缘体的是
A．金属 B．人体 C．铅笔芯 D．橡胶
答案：D
（11·昆明）7．下列材料中符合大功率、远距离输送电能要求并最具有应用前景的是
A．铝质材料 B．超导体材料 C．纳米材料 D．半导体材料答案：B
（11·新疆）4．将下面一个物体与小灯泡串联在电源上，闭合开关后，能使小灯泡发光的是
A．橡皮 B．铅笔芯 C．塑料尺 D．透明胶带
答案：B
(11·潜江、天门、仙桃等)34．下列物体中，不可能应用超导材料的是
A．输电导线B．发电机线圈C．电炉丝D．磁悬浮列车
答案：C
（11·茂名）1．下列物品中，通常情况下属于导体的是
A．玻璃 B．铁钉 C．橡胶 D．塑料
答案：B
（11·娄底）5．上海世博会园区80%的夜景照明光源采用低碳节能的LED（发光二极管）照明技术。制作LED灯的核心材料是
A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体
答案：B
（11·杭锦旗）6．今年四月，美国《科学》杂志发表“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的评述。这表明，在新超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就。假如人们已研制出常温下的超导体，则可以用它制作
A．家用保险丝 B．白炽灯泡的灯丝
C．电炉的电阻丝 D．远距离输电导线
答案：D
（11·沈阳）4．材料科学的发展正在影响着我们的生活，下列关于材料应用的说法中正确的是
A．保险丝是利用半导体材料制成的
B．利用超导材料做电热丝，电热丝会更热
C．利用钨做灯丝，是因为钨的熔点低
D．试电笔外壳是用塑料制成的，因为它是绝缘材料
答案：D
（11·清远）2．太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的，它能把太阳能直接转化为电能，其主要材料是
A．磁性材料 B．纳米材料 C．半导体 D．超导体
答案：C
（11·岳阳）3．通常情况下，属于导体材料的一组是
A．铜和玻璃 B．银和陶瓷 C．铁和橡胶 D．铝和盐水
答案：D
（11·大庆）11．关于材料的性能或用途，下列说法不正确的是
A．利用钢的硬度做成钢叉
B．用半导体材料制成的二极管具有单向导电性
C．用纳米材料制成的导线可以提高计算机性能
D．用超导材料制成的电阻丝发热效率更高
答案：D
（11·海南）6．上海交大研究团队于2020年初成功研发了百米级第二代高温超导带材，使我国跻身该技术领域国际先进行列。你认为超导材料不适合制作：A．电炉丝 B．电动机线圈 C．计算机电子元件 D．输电导线
答案：A
（11·宁德质检）5．下列五种学习用品中：①透明塑料袋②金属刀片③塑料三角尺④铅笔芯⑤橡皮擦。属于绝缘体的有
A．①③⑤ B．②④⑤ C．③④⑤ D ．①②④
答案：A
（11·南平）7．超导材料是一种电阻为零的材料，小欣预测超导材料将会在以下方面得到应用，你认为其中合理的是
A．制而成电饭锅的发热体
B．制成白纸灯泡的灯丝
C．制成滑动变阻器的电阻线
D．作为远距离输电导线
答案：D
二、填空题
（11·湛江）14．在我国，家庭电路的电压是_______V，每个用户之间的电路连接方式是_______联；今年高考，湛江市首次使用金属探测仪防止考生作弊，金属是______（填“导体”或“绝缘体”）．
答案：220 并导体
（11·北海）15．海洋中有一种会放电的鱼叫电鳐，它放电时最高电压可高达200V，即为_____kV，游近电鳐的鱼会被电死或电晕，因为海水是________。
答案：0.2 导体
（11·肇庆）12．有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为_______材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；
某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为_______材料，此处的特定温度通常_______（选填“很高”、“接近常温”或“很低”）．答案：半导体超导很低
（11·抚顺、铁岭）7．计算机的发明和使用给我们的生活带来了高效和便捷，计算机集成电路里的二极管是利用_______材料制成的。计算机在使用过程中，会产生很多的热，如果能使用___________（填“纳米”或“超导”）材料制成的电子元件，就可以不必考虑散热问题。
答案：半导体超导
（11·崇左）18．如图（甲）所示，把玻璃珠接入电路中，闭合开关，发现小灯泡不发光。说明：；
现给玻璃珠加热，如图乙所示，当玻璃珠加热到红炽状态时，发现小灯泡发光，说明：。
答案：玻璃珠不容易导电（或：玻璃珠是绝缘体）红炽状态下的玻璃珠是导体
（11·丹东）11．在声控和光控电灯中起到自动控制作用那部分元件，主要用________材料制成的。
答案：半导体
（11·牡丹江）16．今年的中考，同学们要使用2B铅笔涂卡，如图所示。使用时，铅笔与纸面之间发生滑动产生________，只有在一定面积上均匀涂抹并且深度
适合，计算机才能有效识别。若将2B铅笔的笔芯接入电路中，小灯泡会发光，这说明铅笔芯是________。
答案：摩擦（或摩擦力、滑动摩擦力）导体
（11·广东）8．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力____(选填“强”或“弱”)。某些物质在温度很低时，电阻变为____，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用____(选填序号)。
①用作电吹风的电热丝②用作白炽灯的灯丝③用作输电线缆
答案：弱零③
（11·东营）17．1911年，荷兰科学家昂内斯在低温实验中意外发现：当温度下降到-269℃时，水银的电阻突然消失了，这就是超导现象。超导现象应用于实际的好处有：__________________________________________________（写出一条即可）。
答案：电能输送过程降低电能损耗）或“电厂发电过程降低电能损耗”、“储存电力过程降低电能损耗”、“因不考虑散热问题，可使电子设备微型化”等）
2020年
一、选择题
（2020苏州）2．下列常见的物体通常情况下都属于绝缘体的一组是
A．汽油和盐水 B．黄铜和石墨 C．人体和大地 D．塑料和陶瓷
答案：D
（2020泉州）3．一般情况下,下列物体属于绝缘体的是
A．硬币 B．盐水 C．橡胶棒 D．人体
答案：C
（2020北京）4．下列文具中，通常情况下属于绝缘体的是
A．铅笔芯 B．橡皮 C．金属小刀 D．不锈钢尺
答案：B
（2020恩施州）5．下列学习用品中，通常情况下属于绝缘体的是：
A．铅笔芯B．塑料尺
C．铁制铅笔盒D．金属小刀片
答案：B
（2020东营）6．通常情况下，下列各组物品均属于导体的是
A．干木棒、陶瓷碗 B．塑料尺、食盐水
C．金属硬币、人体 D．石墨、空气
答案：C
（2020广安）7．下列物体中属于导体的是
A．陶瓷 B．塑料 C．橡胶 D．人体
答案：D
（2020娄底）8．通常情况下，下列属于导体材料的一组是
A．橡胶、铜 B．铁、陶瓷 C．石墨、盐水 D．玻璃、空气
答案：C
（2020来宾）9．下列物质，一般情况下属于导体的是
A．玻璃 B．橡胶 C．铁钉 D．陶瓷
答案：C
（2020成都）10．下列说法正确的是
A．任何固体都具有良好的导电性 B．不容易导电的物体叫做绝缘体C．常用的电热水器都用到了超导材料 D．铜、铁、铝都可以被磁化答案：B
（2020黔西南州）11．下列物体中，不善于导电的是
A．金属 B．食盐水 C．玻璃 D．人体
答案：C
（陕西省2020）12．在超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就，关于超导状态下的超导体，下列说法中错误的是
A．超导体的电阻为零
B．使用超导体制成的导线将降低远距离输电线中的电能损耗
C．超导体适合制作滑动变阻器中的电阻丝
D．超导体适合制作电动机的线圈
答案：C
（2020桂林）13．导体和绝缘体都是很好的电工材料，下面列举的几种物体中属于绝缘体的是：
A．铅笔芯 B．人体 C．橡胶棒 D．铝线
答案：C
（2020朝阳）14．下列物体中，通常状态下是绝缘体的是
A．铁钉 B．瓷碗 C．人体 D．食盐水
答案：B
（2020日照）15．LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。二极管是由下列哪种材料制成
A．纳米材料 B．金属材料 C．半导体材料 D．超导材料
答案：C
（2020乐山）16．小红利用如图所示的电路装置来判断物体的导电性，在A、B 两个金属夹之间分别接入下列物体时，闭合开关不能使小灯泡发光的是
A ．塑料直尺
B ．铅笔芯
C ．钢制小刀
D ．铜制钥匙
答案：A
（2020深圳）17．如图所示的电路，用鳄鱼夹分别与下列四种物品相连，闭合开关后，灯泡能发光的是
A ．橡皮
B ．陶瓷
C ．塑料
D ．铅笔芯
答案：D
（2020厦门）18．小东在安装如图所示的电路装置时，发现导线不够长。他用下列哪个物体将A 、B 两点连接后，按下开关，灯泡却始终无法．．
发亮
A ．塑料直尺
B ．石墨圆棒
C ．钢制刀叉
D ．银制筷子 答案：A
（2020潜江）19．自动照相机能够根据光的强弱自动调整曝光量，所用的感光元件就是一个用半导体材料制成的光敏电阻。影响光敏电阻导电性能的主要因素是
A ．温度
B ．光照
C ．电压
D ．压力
答案：B
二、填空题
（2020天津）20．如图所示是电工常用的一种钢丝钳，钳柄上套有橡胶套，因为这种橡胶是＿＿＿＿＿体。用它修理电路时可防止触电。橡胶外表面刻有凹凸不B
A
平的花纹，目的是增大手与钳柄之间的＿＿＿＿＿。
答案：绝缘摩擦
（2020内江）21．如图所示，是发光二级管的示意图。当电流从较长的接线脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其发光；如果电流从较短接线脚流入，电流处于___________（选填“短路”或“开路”）状态，这说明发光二极管具有___________导电性。
答案：开路单向
（2020兰州）22．一般情况下，下列物体：①橡皮擦②铅笔芯③塑料尺④钢尺⑤盐水⑥食用油，其中属于导体的是，属于绝缘体的是。（只填序号）
答案：②④⑤①③⑥
（2020长春）23．塑料尺是_________（选填“导体”或“绝缘体”），用带电的塑料尺接触验电器金属球时，两金属箔片张开，这是因为同种电荷相互________．答案：绝缘体排斥
三、实验题
（2020莆田）24．明在科技活动中，了解到有一种半导体材料制成的热敏电阻，其电阻R随温度t变化的图像如甲图所示。
甲 乙
（1）热敏电阻R 的阻值随温度t 的增大而＿＿＿＿＿（选填“增大”或“减小”）。
（2）实验室中有两只外形完全相同的电阻R 1和R 2，，其中一只为热敏电阻，另
一只为定值电阻（阻值不随温度的变化而变化）。为了辨别它们，小明设计了如乙图所示的电路并进行如下操作：
①闭合开关后，对其中一只电阻进行＿＿＿＿＿
②若电流表示数改变，则该电阻为＿＿＿＿＿电阻，若电流表示数不变，则该电阻为＿＿＿＿＿电阻。（选填“热敏”或“定值”）
答案：（l ）减小 （2）①加热（答案涉及“温度改变”即可） ②热敏 定值
A R 2
S
R 1 t R
电子科技大学半导体物理期末考试试卷试题答案
电子科技大学二零零六至二零零七学年第一学期期末考试半导体物理课程考试题卷（ 120分钟）考试形式：闭卷考试日期200 7年 1 月 14日 注：1、本试卷满分70分，平时成绩满分15分，实验成绩满分15分； 2.、本课程总成绩=试卷分数+平时成绩+实验成绩。 课程成绩构成：平时分，期中分，实验分，期末分 一、选择填空（含多选题）（2×20=40分） 1、锗的晶格结构和能带结构分别是（ C ）。 A. 金刚石型和直接禁带型 B. 闪锌矿型和直接禁带型 C. 金刚石型和间接禁带型 D. 闪锌矿型和间接禁带型 2、简并半导体是指（ A ）的半导体。 A、(E C -E F )或(E F -E V )≤0 B、(E C -E F )或(E F -E V )≥0 C、能使用玻耳兹曼近似计算载流子浓度 D、导带底和价带顶能容纳多个状态相同的电子 3、在某半导体掺入硼的浓度为1014cm-3, 磷为1015cm-3，则该半导体为（ B ）半导体；其有效杂质浓度约为（ E ）。 A. 本征， B. n型， C. p型， D. 1.1×1015cm-3, E. 9×1014cm-3 4、当半导体材料处于热平衡时，其电子浓度与空穴浓度的乘积为（ B ），并且该乘积和（E、F ）有关，而与（ C、D ）无关。 A、变化量； B、常数； C、杂质浓度； D、杂质类型； E、禁带宽度； F、温度 5、在一定温度下，对一非简并n型半导体材料，减少掺杂浓度，会使得（ C ）靠近中间能级E i ；如果增加掺杂浓度，有可能使得（ C ）进入（ A ），实现重掺杂成为简并半导
体。 A 、E c ； B 、E v ； C 、E F ； D 、 E g ； E 、E i 。 67、如果温度升高，半导体中的电离杂质散射概率和晶格振动散射概率的变化分别是（C ）。 A 、变大，变大 B 、变小，变小 C 、变小，变大 D 、变大，变小 8、最有效的复合中心能级的位置在（D ）附近，最有利于陷阱作用的能级位置位于（C ）附近，并且常见的是（ E ）陷阱。 A 、E A ； B 、E B ； C 、E F ； D 、 E i ； E 、少子； F 、多子。 9、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，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A 、1/4 B 、1/e C 、1/e 2 D 、1/2 10、半导体中载流子的扩散系数决定于该材料中的（ A ）。 A 、散射机构； B 、复合机构； C 、杂质浓度梯度； C 、表面复合速度。 11、下图是金属和n 型半导体接触能带图，图中半导体靠近金属的表面形成了（D ）。 A 、n 型阻挡层 B 、p 型阻挡层 C 、p 型反阻挡层 D 、n 型反阻挡层 12、欧姆接触是指（ D ）的金属－半导体接触。 A 、W ms =0 B 、W ms ＜0 C 、W ms ＞0 D 、阻值较小并且有对称而线性的伏－安特性 13、MOS 器件中SiO 2层中的固定表面电荷主要是（ B ），它能引起半导体表面层中的能带（ C ）弯曲,要恢复平带，必须在金属与半导体间加（ F ）。 A ．钠离子； B 硅离子.；C.向下；D.向上；E. 正电压；F. 负电压 二、证明题：（8分） 由金属－SiO 2－P 型硅组成的MOS 结构，当外加的电压使得半导体表面载流子浓度n s 与内部多数载流子浓度P p0相等时作为临界强反型层条件，试证明：此时半导体的表面势为： 证明：设半导体的表面势为V S ，则表面的电子浓度为： 200exp()exp()S i S s p p qV n qV n n KT p KT == （2分） 当n s =p p0时，有：20exp( ),S p i qV p n KT = （1分）
半导体物理知识点及重点习题总结
基本概念题： 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。 答： 能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。 单电子近似： 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似： 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案： 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k 关系决定。 1.4本征半导体 既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。 1.4空穴 空穴是为处理价带电子导电问题而引进的概念。设想价带中的每个空电子状态带有一个正的基本电荷，并赋予其与电子符号相反、大小相等的有效质量，这样就引进了一个假想的
小学科学《导体与绝缘体》教案
导体与绝缘体 教学目标 科学概念： 1.知道导体和绝缘体的定义 2.了解导电性是材料的基本属性之一。 过程与方法： 1.根据任务要求制定一个小组的研究计划，并完成设想的计划。 2.实施有关检测的必要步骤，并整理实验记录。 情感态度价值观： 1.学会与人合作。 2.培养尊重事实的实证精神。 3.认识到井然有序的实验操作习惯和形成安全用电的意识是很重要的。 教学准备 为每组学生准备:木片、塑料片、陶瓷、纸板、橡皮、布、丝绸、皮毛、钢管、玻璃、铅笔、铜丝、铅丝、铝丝(易拉罐)、铁丝、卷笔刀、硬币、导线、插座、20种待检测的物体，一个电路检测器。一份科学检测记录表。 教学过程 一、观察导入： 1.观察简单的电路连接，说说电流在电路中是怎么流的。 2.讨论将电路中的导线剪断，会出现什么情况，为什么? 3.想办法重新接亮小灯泡，在此过程中引导学生发现电路检测器的两个金属头接在一起，小灯泡会亮，而把外面的塑料皮接触在一起或把金属头和塑料皮接触在一起，小灯泡就不会亮。 4.讨论：为什么电路检测器的两个金属头接在一起，小灯泡会亮，而把外面的塑料皮接触在一起或把金属头和塑料皮接触在一起，小灯泡就不会亮。 5.讲授：像铜丝那样容易让电流通过的物质叫做导体；像塑料那样不容易让电流通过的物质，叫做绝缘体。（板书：导体、绝缘体） 二、检测橡皮是导体还是绝缘体 1.提问：怎样检测一块橡皮是导体还是绝缘体呢？ 2.预测橡皮能否通过电流使小灯泡发光，并做好记录。
3.使“电路检测器”的两个检测头相互接触，检验小灯泡是否发光。 4.用两个检测头接触橡皮的两端，观察小灯泡是否发光。 5.重复检测一次，并将检测时小灯泡“亮”或“不亮”的情况记录下来。 6.得出结论：橡皮是绝缘体。 三、检测20种物体的导电性： 1.在材料盘中为学生提供20种供检测的材料，一张“我们的检测记录”表。 2.在检测前，要求学生对每一种物体是否可以使小灯泡发亮做出预测，然后进行尝试实验，并做好检测记录。（活动中，要关注每组学生活动的参与性、兴趣的持久性，鼓励他们学会合作。） 3.待所有的检测都完成后，各组整理分析检测的结果。 4.表达与交流：哪些物体能使小灯泡发亮，哪些物体不能使小灯泡发亮。 5.在观察的基础上对20种物体进行分类，并从分类中发现一定的规律，由学生对导体和绝缘体做出自己的描述。（说明：对插头、卷笔刀等复杂物体可以引导学生进行识别，知道许多物体构成复杂，有的部分能使小灯泡发光，有的部分不能使小灯泡发光。我们常利用绝缘体阻止电流到人们不需要的地方。） 四、讨论教室电器设备的绝缘措施和进行安全用电教育。 1.引导学生观察教室里哪些设施是绝缘体做的，哪些是导体做的。 2.描述绝缘材料的用处，理解各种材料的作用。提醒学生要好好保护电器设备上的绝缘体部分，注意安全用电。 3.概括：我们利用导体把电送到人们需要的地方，利用绝缘体阻止电流到人们不需要的地方。 板书设计： 5.导体与绝缘体 导体导电性 绝缘体 安全用电
半导体物理期末试卷含部分答案
一、填空题 1．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。 2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。 10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。 11．指出下图各表示的是什么类型半导体？ 12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数，电子占据（E F +kT ）能级的几率 B 。 A ．等于空穴占据（E F +kT ）能级的几率 B ．等于空穴占据（E F －kT ）能级的几率 C ．大于电子占据E F 的几率 D ．大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C ．价带顶 D ．费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C ．经过一极小值趋近E i D ．经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D ＿。 A ．不含施主杂质 B ．不含受主杂质 C ．不含任何杂质 D ．处于绝对零度
半导体物理知识点总结
半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。（重点掌握）在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。（重点掌握）在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。（重点掌握）在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。（理解即可）在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构。（掌握能带结构特征）在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构。（掌握能带结构特征）本章重难点： 重点： 1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点； 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同：孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动，自由电子是在恒定为零的势场中运动，而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动（共有化运动），单电子近似认为，晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点： ①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。
半导体物理试卷a答案
一、名词解释（本大题共5题每题4分，共20分） 1. 受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级。正常情况下，此能级为空穴所占据，这个被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 2. 直接复合：导带中的电子越过禁带直接跃迁到价带，与价带中的空穴复合，这样的复合过程称为直接复合。 3. 空穴：当满带顶附近产生P0个空态时，其余大量电子在外电场作用下所产生的电流，可等效为P0个具有正电荷q和正有效质量m p，速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流，这样的准经典粒子称为空穴。 4. 过剩载流子：在光注入、电注入、高能辐射注入等条件下，半导体材料中会产生高于热平衡时浓度的电子和空穴，超过热平衡浓度的电子△n=n-n0和空穴 △p=p-p0称为过剩载流子。 5.费米能级、化学势 答：费米能级与化学势：费米能级表示等系统处于热平衡状态，也不对外做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势。处于热平衡的系统有统一的化学势。这时的化学势等于系统的费米能级。费米能级和温度、材料的导电类型杂质含量、能级零点选取有关。费米能级标志了电子填充能级水平。费米能级位置越高，说明较多的能量较高的量子态上有电子。随之温度升高，电子占据能量小于费米能级的量子态的几率下降，而电子占据能量大于费米能级的量子态的几率增大。 二、选择题（本大题共5题每题3分，共15分） 1．对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ） A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2．有3个硅样品，其掺杂情况分别是： 含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是（C ） 甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙3．有效复合中心的能级必靠近( A ) 禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级4．当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿
导体 绝缘体和半导体的能带论解释
6.3 导体、绝缘体和半导体的能带论解释
一.满带电子不导电 二.未满带电子导电 三.近满带和空穴导电 四.导体、绝缘体和半导体
见黄昆书 5.3节p250
虽然所有固体都含有大量电子，但却有导体和绝缘体 之分，这一基本事实曾长期得不到严格解释，能带论首次 从理论上做了严格说明，是能带论发展初期的重大成就， 也由此开辟了金属电导、绝缘体和半导体的现代理论。
有电场存在时，由于不同材料中电子在能带中的填充情况 不同，对电场的响应也不同，导电能力也各不相同。我们分三 种情况讨论（针对价电子形成的价带而言)：
满 带：电子已填满了能带中所有的能态。 导 带：一个能带中只有部分能态填有电子，而其余的能
态为没有电子填充的空态。 近满带：一个能带的绝大部分能态已填有电子，只有少数
能态是空的。
能带中每个电子对电流的贡献 -ev(k)，因此带中所有
电子的贡献为：
J
?
1 V
? ?e? ? v ?k ?
k
求和包括能带中所有被占据态。
一. 满带电子不导电
在 k 空间中，对于同一能带有 En ?k ? ? En ?-k ?
容易证明，对于同一能带，处于k态和处于－k态的电 子具有大小相等方向相反的速度。
v
?
k
?
?
1 ?
?k
En
?
k
?
v
?-k?
?
1 ?
?-k En
?-k?
?
?
1 ?
?k En
?k?
?
?v
?k?
当没有外加电场时，在一定温度下，电子占据 k 态和－k态的 几率只与该状态的能量有关。所以，电子占据 k 态和－k态的
几率相同，这两态的电子对电流的贡献相互抵消。由于能带 相对于 k是对称的，所以，电流密度对整条能带积分后也没 有宏观电流，即 J ＝ 0。
半导体物理知识点及重点习题总结
基本概念题: 第一章半导体电子状态 1、1 半导体 通常就是指导电能力介于导体与绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1、2能带 晶体中,电子的能量就是不连续的,在某些能量区间能级分布就是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1、2能带论就是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程与周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1、2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型就是为分析晶体中电子运动状态与E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上就是周期函数,而且某些能量区间能级就是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1、2导带与价带 1、3有效质量 有效质量就是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k
电子科技大学半导体物理期末考试试卷试题答案
电子科技大学二零一零至二零一一学年第一学期期末考试 1．对于大注入下的直接辐射复合，非平衡载流子的寿命与（D ） A. 平衡载流子浓度成正比 B. 非平衡载流子浓度成正比 C. 平衡载流子浓度成反比 D. 非平衡载流子浓度成反比 2．有3个硅样品，其掺杂情况分别是： 甲．含铝1×10-15cm-3乙.含硼和磷各1×10-17cm-3丙.含镓1×10-17cm-3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是（C ） A.甲乙丙 B. 甲丙乙 C. 乙甲丙 D. 丙甲乙 3．题2中样品的电子迁移率由高到低的顺序是（ B ） 4．题2中费米能级由高到低的顺序是（ C ） 5. 欧姆接触是指（ D ）的金属一半导体接触 A. W ms = 0 B. W ms < 0 C. W ms > 0 D. 阻值较小且具有对称而线性的伏安特性 6．有效复合中心的能级必靠近( A ) A.禁带中部 B.导带 C.价带 D.费米能级 7．当一种n型半导体的少子寿命由直接辐射复合决定时，其小注入下的少子寿命正比于（C ） A.1/n0 B.1/△n C.1/p0 D.1/△p 8．半导体中载流子的扩散系数决定于其中的( A ) A.散射机构 B. 复合机构 C.杂质浓变梯度 D.表面复合速度 9．MOS 器件绝缘层中的可动电荷是（ C ） A. 电子 B. 空穴 C. 钠离子 D. 硅离子 10．以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是（ D ） A. Si B. Ge C. GaAs D. GaN 二、解释并区别下列术语的物理意义（30 分，7+7+8+8，共4 题） 1. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量（7 分） 答：有效质量：由于半导体中载流子既受到外场力作用，又受到半导体内部周期性势场作用。有效概括了半导体内部周期性势场的作用，使外场力和载流子加速度直接联系起来。在直接由实验测得的有效质量后，可以很方便的解决电子的运动规律。(3分) 纵向有效质量、横向有效质量：由于k空间等能面是椭球面，有效质量各向异性，在回旋共振实验中，当磁感应强度相对晶轴有不同取向时，可以得到为数不等的吸收峰。我们引入纵向有效质量跟横向有效质量表示旋转椭球等能面纵向有效质量和横向有效质量。(4分) 2. 扩散长度、牵引长度与德拜长度（7 分） 答：扩散长度：指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离。由扩散系数
2011东南大学半导体物理试卷
共 10 页 第 1 页 东 南 大 学 考 试 卷（卷） 课程名称 半导体物理 考试学期 11-12-2 得分 适用专业 电子科学与技术 考试形式 闭卷 考试时间长度 120分钟 室温下，硅的相关系数：10300.026, 1.510,i k T eV n cm -==? 1932.810c N cm -=? 1931.110v N cm -=?，电子电量191.610e C -=?。 一、 填空题（每空1分，共35分） 1. 半导体中的载流子主要受到两种散射,对于较纯净的半导体 散射起主要作 用，对于杂质含量较多的半导体，温度很低时，______________散射起主要作用。 2.非平衡载流子的复合率 ，t N 代表__________，t E 代表__________，当2i np n -为___________时，半导体存在净复合，当2i np n -_______时，半导体处于热平衡状态。杂质能级位于___________位置时，为最有效复合中心，此杂质称为____________杂质。 3.纯净的硅半导体掺入浓度为17 3 10/cm 的磷，当杂质电离时能产生导电________，此时杂质为_________杂质，相应的半导体为________型。如果再掺入浓度为16 3 10/cm 的硼，半导体是_______型。假定有掺入浓度为15 3 10/cm 的金，则金原子带电状态为__________。 4.当PN 结施加反向偏压，并增到某一数值时，反向电流密度突然__________开始的现象称为击穿，击穿分为___________和___________。温度升高时，________击穿的击穿电压阈值变大。 5. 当半导体中载流子浓度存在_________时，载流子将做扩散运动，扩散流密度与_______成正比，比例系数称为_________；半导体存在电势差时，载流子将做 运动，其运动速度正比于 ，比例系数称为 。 6. GaAs 样品两端加电压使内部产生电场，在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小，这区域称为________________，这是由GaAs 的_____________结构决定的。 20() 2t i t i i N C np n U E E n p n ch k T -= ?? -++ ? ??
半导体物理知识点梳理
半导体物理考点归纳 一· 1.金刚石 1) 结构特点： a. 由同类原子组成的复式晶格。其复式晶格是由两个面心立方的子晶格彼此沿其空间对角线位移1/4的长度形成 b. 属面心晶系，具立方对称性，共价键结合四面体。 c. 配位数为4，较低，较稳定。(配位数：最近邻原子数) d. 一个晶体学晶胞内有4+8*1/8+6*1/2=8个原子。 2) 代表性半导体：IV 族的C ，Si ，Ge 等元素半导体大多属于这种结构。 2.闪锌矿 1) 结构特点： a. 共价性占优势，立方对称性； b. 晶胞结构类似于金刚石结构，但为双原子复式晶格； c. 属共价键晶体，但有不同的离子性。 2) 代表性半导体：GaAs 等三五族元素化合物均属于此种结构。 3.电子共有化运动： 原子结合为晶体时，轨道交叠。外层轨道交叠程度较大，电子可从一个原子运动到另一原子中，因而电子可在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。 4.布洛赫波： 晶体中电子运动的基本方程为： ，K 为波矢，uk(x)为一个与晶格同周期的周期性函数， 5.布里渊区： 禁带出现在k=n/2a 处，即在布里渊区边界上； 允带出现在以下几个区： 第一布里渊区:－1/2a 电子科技大学二零零 七 至二零零 八 学年第 一 学期期 末 考试 一、选择填空（22分） 1、在硅和锗的能带结构中，在布里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. 轻空穴 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 ）型结构，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， m n */m 0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，弱束缚电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，的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，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ）。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e 2 ； D.1/2 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、n i >> /N D -N A / 时，半导体具有 （ B ） 半导体的导电特性。 A. 非本征 B.本征 7、在室温下，非简并Si 中电子扩散系数D ｎ与ＮＤ有如下图 （C ） 所示的最恰当的依赖关系： Ｄｎ Ｄｎ Ｄｎ Ｄｎ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 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 ＮＤ ＮＤ ＮＤ ＮＤ 一、填空题 1．纯净半导体Si 中掺错误！未找到引用源。族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半导体称 N 型半导体。 2．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。 3．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 4．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 5． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 6．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 7．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主要作用 对载流子进行复合作用 。 8、有3个硅样品，其掺杂情况分别是：甲 含铝1015cm -3 乙. 含硼和磷各1017 cm -3 丙 含镓1017 cm -3 室温下，这些样品的电阻率由高到低的顺序是 乙 甲 丙 。样品的电子迁移率由高到低的顺序是甲丙乙 。费米能级由高到低的顺序是 乙> 甲> 丙 。 9．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那么 T k E E F C 02>- 为非简并条件； T k E E F C 020≤-< 为弱简并条件； 0≤-F C E E 为简并条件。 10．当P-N 结施加反向偏压增大到某一数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为 PN 结击穿 ，其种类为： 雪崩击穿 、和 齐纳击穿（或隧道击穿） 。 11．指出下图各表示的是什么类型半导体？ 12. 以长声学波为主要散射机构时，电子迁移率μn 与温度的 -3/2 次方成正比 13 半导体中载流子的扩散系数决定于其中的 载流子的浓度梯度 。 14 电子在晶体中的共有化运动指的是 电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动 。 二、选择题 1根据费米分布函数，电子占据（E F +kT ）能级的几率 B 。 A ．等于空穴占据（E F +kT ）能级的几率 B ．等于空穴占据（E F －kT ）能级的几率 C ．大于电子占据E F 的几率 D ．大于空穴占据 E F 的几率 2有效陷阱中心的位置靠近 D 。 A. 导带底 B.禁带中线 C ．价带顶 D ．费米能级 3对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级E f 随温度上升而 D 。 A. 单调上升 B. 单调下降 C ．经过一极小值趋近E i D ．经过一极大值趋近E i 7若某半导体导带中发现电子的几率为零，则该半导体必定＿D ＿。 A ．不含施主杂质 B ．不含受主杂质 C ．不含任何杂质 D ．处于绝对零度 半导体物理 绪 论 一、什么是半导体 导体 半导体 绝缘体 电导率ρ <3 10- 93 10~10 - 910> cm ?Ω 此外，半导体还有以下重要特性 1、 温度可以显著改变半导体导电能力 例如：纯硅（Si ） 若温度从ο 30C 变为C ο 20时，ρ增大一倍 2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力 例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be ）此时纯度99.9999% ，室温（C ο 27 300K ）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω 3、 光照可以明显改变半导体的导电能力 例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS ）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。 另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。 综上： ● 半导体是一类性质可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。 二、课程内容 本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。 预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构 晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs 等都是晶体 固体 非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料） 晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里 （6 10-m ）按一定方式规则排列——称为长程有序。 单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。 多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。 非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距） 存在结构有序——短程有序。 §1 化学键和晶体结构 1、 原子的负电性 化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。 电离能：失去一个价电子所需的能量。 亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。(ⅡA 族和氧除外) 原子负电性=（亲和能+电离能）18.0? （Li 定义为1） ● 负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。 § 5-6 导体、绝缘体和半导体的能带模型 尽管所有的固体都包含大量有电子，但有些固体具有很好的电子导电性能，而另一些固体则观察不到任何电子的导电性。对于固体为什么分为导体、绝缘体和半导体呢？这一基础事实曾长期得不到解释，能带论对这一问题给出了一个理论说明，并由此逐步发展成为有关导体、绝缘体和半导体的现代理论。 每个能带均由N个准连续能级组成(N为晶体原胞数)，所以，每个能 带可容纳2N个电子。晶体电子从最低能级开始填充，被电子填满的能带称作满带，被电子 部分填充的能带称为不满带，没有电子填充的能带称为空带。能带论解释固体导电的基本观点是：满带电子不导电，而不满带中的电子对导电有贡献。 5. 6. 1 满带电子不导电 从前面的知识中，已经知道，晶体中电子能量本征值E(k)是k的偶函数，则利用(5-5-11)，可以证明 k空间具有中心对 v(-k)=-v(k)，即v(k)是k的奇函数。一个完全填满的电子能带，电子在能带上的分布，在 称性，即一个电子处于k态，其能量为E(k)，则必有另一个与其能量相同的E(-k)=E(k)电子处于-k态。当 不存在外电场时，尽管对于每一个电子来证，都带有一定的电流-ev,但是k态和-k态的电子电流-ev(k)和 -ev(-k)正好一对对相互抵消，所以说没有宏观电流。 当存在外电场或外磁场时，电子在能带中分布具有k空间中心对称性的情况仍不会改变。以一维能带 为例，图5-6-1中k轴上的点子表示简约布里渊区内均匀分布的各量子态的电子。如上所述，在外电场 的作用下，所有电子所处的状态都以速度 dk dt eE h (5-6-1) 沿k轴移动。由于布里渊区边界A和A两点实 F 图5-6-1外场下满带电子的运动 际上代表同一状态，在电子填满布里渊区所有状 态即满带情况下，从A点称动出去的电子同时就 从A点流进来，因而整个能带仍处于均匀分布填 满状态, 5. 6. 2 并不产生电流。 不满带的电子导电 5-6-2给出不满带电子填充的情况，没有 外电场时，电子从最低能级开始填充，而且k态 和-k态总是成对地被电子填充的，所以总电流为 零。存在外电场时，整个电子分布将向着电场反方向移动, 由于电子受到声子或晶格不完整性的散射作用, 5-6-2 (b)所示。当电子分布偏离中心对称状况时，各电了所荷载的电流中将只有一部分被抵消，因而总电流不为零。外加电场增强，电子 电子的状态代表点不会无限地称动下去，而是稍稍偏离原来的分布，如图 分布更加偏离中心对称分布，未被抵消的电子电流就愈大，晶体总电流也就愈大。由于不满带电子可以导晶体中电子有能量本征值分裂成一系列能带, 半导体物理学考题 A (2010年1月)解答 一、（20分）简述下列问题: 1．（5分）布洛赫定理。 解答：在周期性势场中运动的电子，若势函数V(x)具有晶格的周期性，即：)x (V )na x (V =+， 则晶体中电子的波函数具有如下形式：)x (u e )x (k ikx =ψ，其中，)x (u k 为具有晶格周期性的函数，即：)x (u )na x (u k k =+ 2．（5分）说明费米能级的物理意义； 试画出N 型半导体的费米能级随温度的变化曲线。 解答： 费米能级E F 是反映电子在各个能级中分布情况的参数。 能量为E F 的量子态被电子占据的几率为1/2。 N 型半导体的费米能级随温度变化曲线如右图所示：（2分） 3、（5分）金属和N 型半导体紧密接触，接触前，二者的真空能级相等，S M W W <。试画出金属— 半导体接触的能带图，标明接触电势差、空间电荷区和内建电场方向。 解答： 4．（5分）比较说明施主能级、复合中心和陷阱在半导体中的作用及其区别。 解答： 施主能级：半导体中的杂质在禁带中产生的距离能带较近的能级。可以通过杂质电离过程向半导体导带提供电子，因而提高半导体的电导率；（1分） 复合中心：半导体中的一些杂质或缺陷，它们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级，非平衡载流子（电子和空穴）可以通过复合中心进行间接复合，因此复合中心很大程度上影响着非平衡载流子的寿命。（1分） 陷阱：是指杂质或缺陷能级对某一种非平衡载流子的显著积累作用，其所俘获的非平衡载流子数目可以与导带或价带中非平衡载流子数目相比拟。陷阱的作用可以显著增加光电导的灵敏度以及使光电导的衰减时间显著增长。（1分） 浅施主能级对载流子的俘获作用较弱；有效复合中心对电子和空穴的俘获系数相差不大，而且，其对非平衡载流子的俘获几率要大于载流子发射回能带的几率。一般说来，只有杂质的能级比费米能级离导带底或价带顶更远的深能级杂质，才能成为有效的复合中心。而有效的陷阱则要求其对电子和空穴的俘获几率必须有很大差别，如有效的电子陷阱，其对电子的俘获几率远大于对空穴的俘获几率，因此才能保持对电子的显著积累作用。一般来说，当杂质能级与平衡时费米能级重合时，是最有效的陷阱中心。（2分） C E v E x FN E FM E i E eV E C E i E d E V E T () 型N E F §5-6 导体、绝缘体和半导体的能带模型 尽管所有的固体都包含大量有电子，但有些固体具有很好的电子导电性能，而另一些固体则观察不到任何电子的导电性。对于固体为什么分为导体、绝缘体和半导体呢？这一基础事实曾长期得不到解释，能带论对这一问题给出了一个理论说明，并由此逐步发展成为有关导体、绝缘体和半导体的现代理论。 晶体中电子有能量本征值分裂成一系列能带，每个能带均由N 个准连续能级组成（N 为晶体原胞数），所以，每个能带可容纳2N 个电子。晶体电子从最低能级开始填充，被电子填满的能带称作满带，被电子部分填充的能带称为不满带，没有电子填充的能带称为空带。能带论解释固体导电的基本观点是：满带电子不导电，而不满带中的电子对导电有贡献。 5. 6. 1 满带电子不导电 从前面的知识中，已经知道，晶体中电子能量本征值E (k )是k 的偶函数，则利用（5-5-11），可以证明v (-k )=-v (k )，即v (k )是k 的奇函数。一个完全填满的电子能带，电子在能带上的分布，在k 空间具有中心对称性，即一个电子处于k 态，其能量为E(k )，则必有另一个与其能量相同的E (-k )=E (k )电子处于-k 态。当不存在外电场时，尽管对于每一个电子来证，都带有一定的电流-e v ，但是k 态和-k 态的电子电流-e v (k )和-e v (-k )正好一对对相互抵消，所以说没有宏观电流。 当存在外电场或外磁场时，电子在能带中分布具有k 空间中心对称性的情况仍不会改变。以一维能带为例，图5-6-1中k 轴上的点子表示简约布里渊区内均匀分布的各量子态的电子。如上所述，在外电场E 的作用下，所有电子所处的状态都以速度 d e dt =- k E …………………………………………………………………………………………(5-6-1) 沿k 轴移动。由于布里渊区边界A 和A '两点实 际上代表同一状态，在电子填满布里渊区所有状态即满带情况下，从A 点称动出去的电子同时就从A '点流进来，因而整个能带仍处于均匀分布填满状态，并不产生电流。 5. 6. 2 不满带的电子导电 图5-6-2给出不满带电子填充的情况，没有外电场时，电子从最低能级开始填充，而且k 态和-k 态总是成对地被电子填充的，所以总电流为 零。存在外电场时，整个电子分布将向着电场反方向移动，由于电子受到声子或晶格不完整性的散射作用，电子的状态代表点不会无限地称动下去，而是稍稍偏离原来的分布，如图5-6-2 (b)所示。当电子分布偏离中心对称状况时，各电了所荷载的电流中将只有一部分被抵消，因而总电流不为零。外加电场增强，电子分布更加偏离中心对称分布，未被抵消的电子电流就愈大，晶体总电流也就愈大。由于不满带电子可以导 图5-6-1 外场下满带电子的运动 F 广东工业大学考试试卷 课程名称: 考试时间题 号 一 评卷得分 评卷签名 复核得分 复核签名 一、（20分）名词解释（每题布喇菲格子，离子晶体，二、（10分）硅晶体为金刚石结构，晶格常数为位面积上的原子数。三、（10分）已知一维晶体的电子能带可以写成 )(2 2a m h k E o =其中a 为晶格常数。求能带的宽度。四、（10分）晶格常数为场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。五、（10分）设E 计算电子占据该能级的概率。 这样的复合过程称为间接复合。 二、解：已知硅为金刚石结构，（110）面上原子排列如图 由此可以计算出单位面积上的原子数为4/(5.43×5.43×1.414×10-20)(cm-2) =9.6×1014cm-2 三、 四、晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 [解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk ∴t=?t dt = ? a qE h 210 dk =a qE h 21 代入数据得： t ＝E ??????--10 19-34105.2106.121062.6＝E 6103.8-?（s ） 当E ＝102 V/m 时，t ＝8.3×10－8（s ）；E ＝107V/m 时，t ＝8.3×10－13（s ）。 五、解：费米分布函数为 T k E E F e E f 0/)(11)(-+= 当E －EF 等于1.5k 0T 时，f ＝0.182 玻耳兹曼分布函数为T k E E B o F e E f --=)( 当E －EF 等于1.5k 0T 时，f ＝0.223 上述结果显示在费米能级附近费米分布和玻耳兹曼分布有一定的差距。半导体物理期末考试试卷A参考答案与评分标准
半导体物理期末试卷(含部分答案
半导体物理知识归纳及习题讲解
导体绝缘体和半导体的能带模型
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半导体物理试卷A