半导体思考题答案.doc

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直拉法生长硅单晶过程包括哪些工序?每个工序的作用是什么?

1.拉晶前的准备工作

(1)清洁处理:多晶原料、掺杂用的中间合金,石英圳,籽晶等。目的是除去表面附着物和氧化物,得到淸洁表而。(2)装料:在高纯环境下装炉。a.多晶原料b.籽晶: 通常在拉制硅单品时,所用的籽品大都采用柑同材料、完:整性好的硅单品制成。作用:在熔体中引入一个晶核。c.±ft璃(3)原料熔化:多晶硅熔化通常是在真空或制气中进行。真空熔化经常出现的问题是“塔桥”和'‘硅跳”。

2.硅单晶的拉制工艺过程

直拉硅单晶过程中有如下几个工序:熔接籽晶、引晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾(1)熔接籽晶:包括烤晶和熔接。烤晶可以除去衣面挥发性杂质,同时可减少热冲击。熔接使籽晶与熔体完全接好,为晶体的生长做准备。(2)引晶和缩颈。引晶为结晶的开始, 收颈的主要作用在于排除接触不良引起的多品和尽量消除籽品内原有位错的延伸。(3)放肩目的是让晶体逐淅长大到所需直径。(4)等径生长等径生长的晶体就是生产上的成晶。

(5)收尾使晶体直径逐渐变小,单晶生长结束。

二、悬浮区熔法生长硅单晶过程包括哪些工序?每个工序的作用是什么?

a.准备工作①硅棒②籽晶③ 加热线圈④装炉操作⑤真空操作

b.开炉① 预热多晶硅在开始预热时的电阻率很高,高频线圈功率耦合不上,所以需进行预热。② 产生起始熔区形成半圆球形熔区,为熔接做准备。③熔接熔区与籽品接触,为品体的生长做准备。④缩颈主要作用在于排除接触不良引起的多品和尽量消除籽品内原有位错的延伸。⑤放肩使硅棒长到所需要的尺寸。⑥等径生长。等径生长的晶体就是生产上的成殆。

三、试比较直拉法和悬浮区熔法生长硅单晶这两种方法各自的优缺点。

直拉法设备和工艺比较简单,容易实现自动控制;生产效率高,易于制备大直径单晶;

容易控制单晶中杂质浓度,可以制备低阻单晶。但用此法制单晶时,原料易被堆圳污染,硅单晶纯度降低,拉制的硅单晶电阻率大于50欧姆?厘米,质量很难控制。

区熔法不使用堆堰,污染少,经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高,含氧量和含碳最低。

高阻硅单晶一般用此法生长。目前区熔单晶应用范围较窄,不及ff?拉工艺成熟,单晶中吐结构缺陷没有解决。

四、根据导电类型和电阻率的要求选择掺杂元素时,应依据哪五条原则?

以掺杂过程方便为准,乂能获得良好的电学性能和$好的晶体完一整性为前提。制备N 型硅虹晶,必须选择V族元素(如P、As、Sb、Bi);制备P型硅单晶,必须选择111族元素

(如B、Al、Ga、ln)o杂质元索在硅晶体中含量的多少决定了硅单晶的电阻率。电阻率不仅与杂质浓度有关,而且与载流子的迁移率有关。当杂质浓度较大时,杂质对载流子的散射作用,可使载流子的迁移率大大降低,从而影响材料的导电能力。

五、直拉法生长硅单晶的掺杂方式有哪几种?

按掺杂剂的形式可分为元素掺杂和合金掺杂。(1)元素掺杂:即直接将纯杂质元素加入硅中。这种方式适于制备电阻率10-2?10-3 (Qcm)的重掺杂硅单晶。(2)母合金掺杂:是将掺杂元素与硅先作成母合金(例如,硅纟弟合金,硅硼合金),根据母合金含的杂质量相应加入母合金量。这种方法适于制备电阻率为10 —10-2 (Qcm)的硅虹晶。(3)中子辐照掺杂(NTD):按上述两种掺杂方式掺杂,山于杂质分凝、蒸发、温度分布等因素的影响使得杂质均匀性很难作好,尤其是高阻材料更困难。近年来发展了一种中子姻变掺朵技术。可大大提高硅单晶电阻率的均匀性。

六、平衡分凝系数、界面分凝系数、有效分凝系数,三者有何不同?

平衡分凝系数K0:平衡状态下,晶体与熔体中杂质浓度Z比。

?

0.0102(加g)

界而分凝系数K*:晶体生长过程中,固液界而两侧的溶质浓度之比.

有效分凝系数Ke:在固液界而移动的情况下,固液两相中溶质的分配情况,固体与液休非界面处的溶质浓度之比。

七、有效分凝系数与那些工艺条件有关?

K E C

L(B)K _ “ill 「JT+d — Kjexp(一学)死=160〃仏2

熔体的休积。溶质边界层厚度。晶体转动角速度。熔休的流动愈猛烈,6c愈薄

八、影响直拉法生长硅单晶纵向电阻率均匀性的主要因素是什么?为什么可以通过改变拉速来改善纵向电阻率的均匀性?

止常凝固使品体电阻率分布山大到小,其原因主要是山于拉品过程中览圳里的熔体不断减少,同时山于

杂质分凝作用,也会造成熔体内杂质浓度CL的不断增加,从而造成品体中

杂质分布不均匀。

二心只要设法使塩堪中熔体的杂质浓度CL和有效分凝系数

K°+(l-K。)严D

Ke的乘积不变Cs =Ke C L(B) 6C= 1.6 山上述三个表示式看出,有效分凝系数Ke 与晶体生长速率(拉速)f有关。当拉速逐渐变慢时(满足f§c/D?l时,Ke接近KO), Ke 也逐渐变小;同时CL (B)"CL又逐渐变大,所以总能通过改变拉速使Ke和CL⑻的乘积不变, 从而保证了纵向电阻率的均匀性。

九、用区熔原料硅(即纯硅)每拉出硅单晶锭100 g ,且要求g = l/2处(晶锭中

部)的p = gQn,问要掺杂质硼多少毫克?q"?6xl02(醴),d=2.33 (g/cm3)W 10.811 K=0.85 (已知:=5OOC/n2/V5,/V o=6.02X I023(/H^/)_,)

如果我们需要拉制M克的硅单晶,则需要加入的杂质量m (克)为

M_A___________ 1 ______

m~ ° 兀_ qppKQ-gfi)万兀式中d为硅的密度。N0为阿弗加徳罗常数,A为杂质元素的原子量,A/N0为每个杂质原子的质量。

1 M A

m ----------------------------

qppKQ-小“I〃No

1.6xIO-19 x|x500x0.85xO.5_OJ5

100 10.811

233 X 6.03 xlO23

十、硅单晶中位错的存在对材料有什么影响?简单举例说明。

(1)位错对载流子迁移率的影响:对于金刚石结构类型的硅单晶,如果存在棱位鉛,

在位铅线附近剩下有一个“悬挂键”,往往成为受主能级。有人曾经将N型错单晶弯曲, 发现N型诸变为P型错°因此,棱位错对N型半导体的影响,较P型严重。N型半导体中,位错线将俘获电子而带负电。这样对载流子的散射加强,使迁移率降低。在通常的情况下,螺位错不带有不成对的键,因此在晶体的电学特性方面它们影响是不重要的。

(2)位错对非平衡少子寿命T的影响①在位错密度低于103 cm-2时,T随。s增加而升高,②当os在103 - 104 cm-2时,T有最长的寿命值;③当o s >104 cm-2时,T随os 的增加而降低。

十一、在实际工艺中如何来控制和减少位错及重金属杂质沾污?

⑴位错的控制:

a.籽晶的选择籽晶的质量选择:要求尽可能地选择位错特别少的单晶作籽晶。籽晶

形状的选择:为了减少晶休内位错总数,常曲使籽晶端点截面小一些。籽晶的衣面处理:表面的损伤或沾污也是常见的产生位错的原因,因此在使用籽品前必须进行很好的腐蚀和严格地清洁处理。籽晶晶轴方向的选择:在选取籽晶晶轴方向吋,应使生长轴与{111}簇面中最小夹角尽可能的大,以使位钮线

尽可能地延伸到表面。b.拉晶工艺过程的控制c.位错均匀性的控制

(2)垂金属杂质沾污的控制

%1降低硅单?晶的重金属杂质含量②建立超净条件,使用超纯试剂和气休③杂质“吸除” 技术a.氧化物玻璃吸除b.位错“吸除” c.背面淀积Si3N4的吸除d.背面离子注入损伤的

吸除作用

十二、何为漩涡缺陷?分别用空位团模型和硅自间隙原子模型解释其成因。

山于这些坑集合在硅片上形成旋涡状图形,故称英为“旋涡缺陷”。

空位团模型:在晶体生长过程屮,形成碳的花纹分布,碳在硅中处于代替位置。山于它的原子半径小,引起晶格收缩畸变,促使氧向此晶格畸变区域聚集,而空位又极易与冬种杂质元索结合。硅门间隙原子模型:液滴的周围存在着斥缩应力,液滴的存在,使硅晶体在接近熔点温度下的平衡硅自间隙原子经扩散进入液滴中,使其中硅原子数比同休积硅晶休中的硅原子数高出9% -10%。随着晶休片的再凝固,液滴多出一部分硅原子。这些硅原子就以自间隙的形式凝聚成非本征的小平面而插入在晶休之间,其周围便形成止的Frank位错坏, 此即为“微缺陷”。

十三、微缺陷的存在对硅材料性能有哪些影响?在实际工艺中如何控制和消除微缺陷?

微缺陷对材料和器件性能的影响可归纳成两方面:一方面它在外延、氧化等工艺过程中会转化为层错。另一方面是微缺陷(或已转化成氧化层错)有吸引其他杂质的作用,尤其是吸引重金属杂质而成为电活性中心,使少子寿命降低,同时使载流子迁移率降低。

微缺陷的控制及清除措施:(1)使原生硅单品中没有微缺陷,包括减少氧和碳的含量, 以减少凝集成团的核化中心,可以减少微缺陷。(2)控制晶体生长时的冷却速率(或控制拉速)(3)采用吸除技术消除微缺陷:外吸除法和内吸除法。

十四、试述氧、碳对Cz-Si都有哪些影响?

山于氧対Si材料电阻率、寿命等电学性质的稳定性有很大影响,而II它有助于微缺陷、氧化层错、外延层错筹的形成,所以氧含量被列为Si虹晶的重要质量指标之一。氧在硅中处于晶格间隙位置,热处理时形成的Si-0键合态及相应的电阻率的变化,在晶体冷却到室温时都会保留下來,于是热施主的出现引起材料电阻率发生变化,使得按原來电阻率设计要求的器件电参数不能达到预定值。氧的存在还会严重影响少子寿命,氧极易与重金属杂质结合,造成Si中少子寿命虚假地增大,测出的是假寿命,较高温度下的热处理吋氧与重金属杂质的结合解体,寿命会很快降低。但硅中适当的SiO2沉淀物,如果处在体内远离有源区的地方,则与所诱生的缺陷一起将起到本征吸除(内吸除)的作用,对提高器件性能是有利的,并能提高器件抗辐射的能力。并且溶解[Oi]与位错间的“钉扎效应“,使得对位错的滑移有抑制作用。

碳在硅中的影响可归纳为,SiC沉淀物的析出将影响器件漏电流和耐压,尤其是大功率器件。碳对

旋涡缺陷起着成核稳定的作用,而旋涡缺陷对于Si器件的影响十分明显。

十五、何为生长层条纹?硅单晶生长过程中杂质条纹是如何形成的?

晶体性能沿生长方向出现周期性的或间歇性的(即非周期性的)变化,晶体的性能起伏可归因于固溶体(晶体)中杂质浓度的起伏造成的,故又称为“杂质条纹”。

生长条纹的形成:如单晶炉机械传动装置的机械蠕动和振动,使提拉式熔区移动速率产生无规则起伏;山于晶休转轴和温度场对称轴不同轴,使生长速率发生起伏;山于加热器功率或热量损耗的瞬间变化引起生长速率的变化;山于熔体液流状态非稳流动,如熔体中存在着涡流,却可归结为对品体生长速

率产生影响,从而造成了品体中杂质浓度的起伏。

一、试比较皿一V族化合物半导体与Si半导体在晶体结构和物理性能方面

有什么异同点。

晶体结构:III-v族化合物的晶体结构在许多方面与IV族半导休所具有的相似,除少数几种III-V族化合物(如BN, AIN, GaN, InN)的晶格为“纤维锌矿”结构外,大多数III-V

族化合物(包括AIP, AlAs, GaP, GaAs、GaSb, InP, InAs, InSb)的晶格都是“闪锌矿型” 结构。闪锌矿结构与金刚石结构不同的地方是:金刚石结构中全部山一种原子组成,而闪锌矿结构则山二种原子组

成,每一个原子的近邻是四个异类原子。

物理性能:差别的來源在于构成原子的负电性。它使亲和力具有离子成分。特别是离子成分的引

入,使得II1?V族的总能量高于相対应的IV族元索的总能量。它们的结合是较强的。

因而熔点较高。同样相对应的禁带宽度也较大,I何且比起熔点来增大的更快。某些III-V族化合物具有IV族元素半导休Ge、Si所没有的或不及的优良性质。衣现在:①迁移率高。② ③能带结构是直接跃迁型。

二、何谓ni-v族化合物半导体的“极性” ?它对晶体解理性和对晶体生长的影响是怎样的?

已知两种原子的负电性之差愈大,离子键占比例愈大,极化亦愈大。山于极化现象,电子云有向B 处移动的趋向。这又导致在B处出现负有效电荷,A处出现止有效电荷。混合键的两种效应迭加的结果,一般在A和B处将出现止负有效电荷。上述这种除共价键以外, 还有附加的离子键的特点,被称为III-V族化合物的“极性”。

极性对解理性的影响:闪锌矿结构与金刚石结构中晶体解理而是不同的。Ge、Si元素半导体{111}面是最密排面而口有垠大而间距,面与面间结合力较弱,因而比较容易沿这些晶面裂开。然

而,对闪锌矿结构的III-V族化合物晶体,虽然{111?间距大于{110}ffi间距,但晶体沿着(110)而最容易发生解理,这是因为闪锌矿结构除共价键外还有离子键成分。

极性対晶体生长方而的影响:III族原子在其止三价态时不是四而体价键分布的,所以第二步会引起价键分布的变化,亦即会产生原子排列的畸变。格托斯等人认为价键的重新排列郴应于品体有向其它方向生长的趋向(即晶体完:整性不好)。这就是为什么沿A方向生长时常常得到挛晶或多晶的原因。

三、ni—v族化合物半导体与si半导体比较有哪些优良性质?

①迁移率高。可作高频,高速器件。

%1禁带宽度大。可用作高温,大功率器件。

%1能带结构是直接跃迁型。因此转换成光的效率高,可作半导体激光器和发光二极管等。

四、皿一v族化合物相图在液相时有什么共同特点?

III族和V族元素在液相时可以在任何纽分下无限溶成为均匀的液态溶液,它们在【II族

与V族原子比为1:1处生成一?个固液同纽成的化合物,口该化合物在冷却过程中纽份不变。

因此,要制备这些化合物的品体时,可先制备纽.分为1:1的液态溶液,然后再结品(即所谓直接按化学计量比的合成法制取III-V族化台物晶体材料)。

五、何谓化合物的离解压?简述合成GaAs的基本原理?

对于纯元素来说,每一温度下都对?应着一个饱和蒸汽压值,对于化合物来说,每一-温度下也同样

对应看一个饱和蒸气压值。我们把溶点处对应的固-液平衡时化合物的饱和蒸气压称为化合物的离解压。

原理:GaAs英熔点是1238°C,砂很易挥发,而且在高温下有很高的蒸气压,在不到800V 时即己超过10个大气压了,如把Ga和As放在一-起加热,那么在未充分化合Z前就可能使反应器(如石英管)炸掉。如果用高压合成的GaAs材术斗,在熔化拉晶吋,山GaAs的P-T图6-22可知,在熔点

(1238°C)处GaAs固液相平衡时的碑气压为0.936大气压(即GaAs的离解压)。因此,只有始终维持或大于这个碑压的条件下,才能长出GaAs晶体。也就是说, 在熔点1238°C处,存在着和固-液二相平衡的大小为0.936个大气压的碑蒸气。

这种平衡情况可以认为是在GaAs熔点处有不少的GaAs分子分解为砂原子和铢原子,同时又有和等数量的砌原子和铢原子和化合而成GaAs分子,即达到动态平衡。其化学反应式可表示为:As + Ga = GaAs (可逆)如果设法将上述的As减少,警如把容器中的仙蒸气抽走(即砂蒸气压小于0.936个大气压),则GaAs将不断分解产生砂蒸气,于是反应式自右向左进行,反之,若设法在GaAs熔点附近继续不断地维持足够的神蒸气,并让神蒸气压保持在0.936大气压,则反应式就不断地从左向右进行,直到全部稼和砂蒸气合成碑化稼为止。

六、两段式加热炉合成GaAs时的温度各是多少?为什么?(列出反应式详细说明)

高温区的温度为T1,保持在GaAs熔点1238°C恒温,或高于熔点20°C左右,低温区的温度T2,选择在使神压为1个大气压(即GaAs的离解压0.936个大气压)的615°C。铢的熔点很低,只有29.8°C,早己熔化为液态,它在GaAs熔点的高温区T1处与山T2提供的约1个大气压的砂蒸气发生反应,即气态砂不断溶入液态稼中同吋发生化学反应,其反应式可写成:(1 —液)+ <5As(汽)oGa-.ASp(液)英中r=x + ^(l-x)

只有当PAs二Px时,体系达到平衡。所以在合成'过疥中应严格控制T2,使PAs= 0.936大气压(约1大气压),才能使系统达平衡状态,此时产生离解压约为1大气压的GaAs熔体—定是1:1的GaAs化合物。从液相化合物Gal-xAsx中纽分碑占的13■分比來看,当xv50%时,山图6-25看出Px

七、解释“化学比”和“偏离化学比”的含义。

化学比:所谓“化学比”是指二元化合物中两纽?元有一定的简单整数比例n

偏离化学比:对于固休,I丄I于存在缺陷,在纽成化合物固体时,可能发生偏离化学比的现象。即称之谓偏离化学比

八、叙述HB法生长GaAs单晶的基本原理。

在前节讲到的GaAs合成Z后,不把温度降低而让高温炉(T1)以一定速度沿水平方向移动,使石英舟中熔融GaAs从--头开始慢慢地凝固。如果在凝固过程屮只有一个晶核不断长大,当凝固全部结束后,就可以得到一个完整的单晶锭。这就是HB法生长GaAs单晶的基本原理。

九、液态密封法生长GaAs单晶中所用的惰性液体应具备哪些条件?

①密度比化合物材料小、熔化后能浮在化合物熔体上面。②透明,便于观察晶体生长情况。③不与化合物及石英划堰反应,而口在化合物及英组分中溶解度小。④易提纯,蒸气压低,易去除。

十、叙述液态密封法合成和拉制GaAs单晶的工艺过程。

在单晶炉内有一石英杯内盛Ga,另一石英瓶(泡)盛As、B2O3预先在900-1000°C下脱水,装入石英堆埸后在1240°C. 10-4 下脱水二小时,同时将Ga、As瓶调到炉上或炉边适当距离烘烤,同时去除氧化膜。除氧后,将温度降到600-700°C将Ga倒入石英堆

圳内,充以1.5个大气压的Ar。合成时将砂泡下端毛细管尖端通过B2O3层插入Ga液中,再逐渐升温至合成温度,使碑瓶内的神压大于单晶炉内的惰性气体的压力,这样碑瓶中的碑蒸气便会通过毛细管进入Ga熔体中与Ga合成为GaAs,合成完毕后,迅速将砂管拔出B2O3 表面。此后,即按硅直拉法顺序(引晶放肩等)拉制成GaAs单晶锭。

十一、GaAs液相外延与汽相外延相比都有哪些优点?

液相外延与汽相外延相比,它的优点是:①生长装置比较简单,②生长速率较快,③晶体纯度较

高,④晶体结构完整性较好;⑤掺杂剂的选择范围大。

十二、试讨论MBE生长GaAs时掺杂剂的选用情况。

作为N型掺杂剂有Si、Ge、Sno它们的粘附系数都接近于1。常使用Sn,它的缺点是在表面有一定程度的分凝。不过Sn比Ge容易获得高的迁移率,Sn也比Si容易处理。但Si 和Ge具有较强的两性特性,既可做施主又可以做受主,这取决于GaAs是在As稳定述是在Ga稳定条件生长的。除Sn之外,Si 也常用来做施主掺杂剂。

作为P型掺杂剂的有Zn和Cd,但它们的粘附系数A小,在MBE生长GaAs时不易掺入。

所以一般采用Ge和Mg, Ge只能在Ga稳定条件下,被强制掺入,因此很难保证表面平滑, Mg掺杂效率很低。为了寻找更好的P型掺杂剂,人们试用离化的Zn,可把粘附系数提高到10-2o Be的粘附系数接近于1,而且掺Be可获得光滑生长农而,因此,目前用Be做P型掺

杂剂的较多。

十三、试比较生长GaAs单晶的三温区HB法比双温区HB法有什么优点?

为什么?(列出反应式详细说明)

该法比二温区多了一个温区,以改变炉温分布,可以抑制Si的沾污。

4Ga(液)+ SiO2固)+ 2Ga2O(气)(3. 23)

3Ga2O(气)+ A?(气)Ga2O s(固)+ 4GaAs (固)(3.26 )

反应式(3.23 )引起的沾污受反应式(3.26)消耗Ga2O后而加强,但反应式(3.26 )与温度有关,温度升高会防止Ga2O的反应,从而可抑制反应式(3.23 )中Si的产生和溶解。基于以上道理,设计了三温区炉,其温度分布曲线如图6-40所示。控制炉温使TW1250?

1270°C, T2=1050?1220°C, T3=605?620°C。三温区与二温区比较,增加了T2温区,它起

着重要作用,借助T2的中间高温部分(1050—12201)的作用,可防止Ga2O气体通过反应式(3.26 )发生凝结。这是因为反应式(3.26 )在低温下向右进行,在高温下不发生反应的缘

故。从而抑制了反应式(3.23)向右的进行,从而减少了Si的产生和沾污。

十四、形成HLV族多元半导体化合物连续固溶体的决定因素是什么?

(1)品体结构方面:两种纽元必须有相同的晶格结构(只不过品格帘数因组元不同有

些变化)。才能形成无限互溶的连续固溶体;形成连续固溶体吋,组元间是代位的。(2)原子半径大小:两种组元的原子半径差别愈小愈能形成连续固溶体,反Z,则较难其至不可能形成。

十五、N型氧化物薄膜半导体的导电机理是什么?

N型氧化物半导体

金屈氧化物(M0)中的金屈掺杂替代原子和氧空位都将提供电子,使材料变成N烈半导体。例如掺Sn的ln2O3薄膜(IT0膜),其掺杂反应可表示为:

InQ、------ In +2-x(Sn4^Sn 4+与In 3+的半径相近,于是Sn 4+很容易置换部

分In 3+o易变价的Sn4+俘获一个电子|伯变成Sn 4+?e ,即Sn 3+ jfu保持电中性。这个电子与Sn4+的联系是弱束缚的,是载流子來源之一。

十六、试阐述阳极氧化法生长纳米管阵列的三个阶段。

整个氧化过程大致可分为3个阶段:在氧化的最初阶段,金属钛在F-溶液中快速溶解, 并产生大最Ti 4+离子,接着Ti 4+离子与介质中的含氧离子快速作用形成致密的TiO2薄膜,即形成了阻挡层。在氧化的笫二阶段,即多孔层的初始形成阶段,TiO2阻挡层受电场作用和F-溶液腐蚀,发生击穿,形成孔核,在孔核逐渐转变为孔的过程中,孔屮的Ti 4+不断露出,乂不断与含氧离子结合生成新的阻挡层。在氧化的第三阶段,即多孔膜层的稳定生长阶段,阻挡层两侧的离子迁移趋于稳定,多孔膜层逐渐生长成纳米管。

十七、说明移动加热法制备Hgl?xCdxTe体单晶材料的平衡生长过程及其原理。

THM方法可以看成是一种连续的液相外延过程。具体操作是将反应器缓慢通过加热器, 在均匀的固态物料上形成一个熔区。在上面的固液界面,温度高,固相(浓度CO)溶入溶剂区,在温度较低的固液

下界面即生长界面,材料以同一浓度CO结品。这是一?种近平衡的生长过程,结晶生长是在恒温下进行的。

用移动加热法(THM)制备MCT体单晶,较好地解决了其在“冶金学”中的困难。比如晶体的均匀性、纯度、生长晶向等。THM法能形成稳态生长,山于生长温度低,避免了高温、高蒸气压带来的弊

端,还可以対物料进行纯化,并可以利用籽晶定向生长。

THM生长MCT单晶的生长温度一般为600-700°C,生长速度较慢,一般为每天1.5-5 mm。为了加快生长速率,可以旋转反应器,起到搅拌作用,促进溶质向生长界面的输运,

可使生长速率达到8.5 mm/do用水平THM法生长HgCdTe单晶时,旋转反应器,対单晶

组分均匀性的改善也有促进作用。

十八、简单描述化合物半导体单晶材料点缺陷的六种类型?

(1)空位:是指山于原子热振动,离开了原晶格位置留下的空格点。

在化合物MX中,其晶格可看成是山M (金属原子或阳离子,或表示止电性强的元素)和X (非金屈原子或阴离子,或表示负电性强的元素)两套晶格套构而成的。在T>OK时,山于晶格热振动,能量大的原子离开原格点进入晶格间隙或进入表面,或蒸发到外界,血失原子的晶格位置则出现空缺即生成空位。

(2)肖特基(Schttky)缺陷:如果对一个按化学计量比组成的化合物MX晶体,在产生VM的同吋,也产生相同数日的VX,此时产生的缺陷称肖特基缺陷,记作(VM+VX)。

(3)间隙原子:指原子插在晶格间隙位置,如果此原子不是外來原子,而是来自晶格本身,则称自间隙原子,记作(Mi + Xi)。

(4)州仑克尔(Frenkel)缺陷:在化合物半导体中,ill于M和X原子半径一般相差较大,所以产生自间隙原子是较困难的。如果此自间隙原子是來自原來品格位置,此时产生的缺陷称弗仑克尔缺陷,记作(VM + Mi)。

(5)代为原子:代位原子是品体格点原來的原子、被另一原子所代替,若不考虑外来原子作

用,则在化合物中可产生MX或XM代为原子的形式。

(6)反结构缺陷:如果在生成MX的同时,也生成相同数目的XM,此种缺陷称为反结构缺陷(substitional),记为(MX + XM )。

半导体物理试卷b答案

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 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。 2.本征半导体:不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体,它的电子和空穴数量相同。 3.简并半导体:半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导 体称为简并半导体。 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△0和空穴△0称为过剩载流子。 4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 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。 5. 等电子复合中心 等电子复合中心:在 V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子,取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别,中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子,形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。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: 甲.含铝1×10-153乙.含硼和磷各1×10-173丙.含镓1×10-173 室温下,这些样品的电子迁移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 ) 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命正比于(C ) A.10 B.1/△n C.10 D.1/△p 5.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 6.以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是( D )

半导体物理 课后习题答案

第一章习题 1.设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近 能量E V (k)分别为: E c =02 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求:为电子惯性质量,nm a a k 314.0,1==π (1)禁带宽度; (2) 导带底电子有效质量; (3)价带顶电子有效质量; (4)价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解:(1) eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 2121022 20 202 02022210 1202== -==<-===-==>=+===-+ 因此:取极大值处,所以又因为得价带: 取极小值处,所以:在又因为:得:由导带: 04 32 2 2 *8 3)2(1 m dk E d m k k C nC = ==

s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3 002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以:准动量的定义: 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格,当外加102V/m ,107 V/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:根据:t k h qE f ??== 得qE k t -?=? s a t s a t 137 19282 19 11027.810106.1) 0(1027.81010 6.1)0(----?=??-- = ??=??-- = ?π π 第三章习题和答案 1. 计算能量在E=E c 到2 *n 2 C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。 解 3 2 2233 *28100E 212 33*22100E 00212 3 3 *231000 L 8100)(3222)(22)(1Z V Z Z )(Z )(22)(23 22 C 22C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dE E g d E E m V E g c n c C n l m h E C n l m E C n n c n c πππππ=+-=-=== =-=*++??** )()(单位体积内的量子态数) (

常用半导体器件复习题

第1章常用半导体器件 一、判断题(正确打“√”,错误打“×”,每题1分) 1.在N型半导体中,如果掺入足够量的三价元素,可将其改型成为P型半导体。()2.在N型半导体中,由于多数载流子是自由电子,所以N型半导体带负电。()3.本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体。() 4.PN结在无光照、无外加电压时,结电流为零。() 5.使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏,且集电结也是正偏。()6.晶体三极管的β值,在任何电路中都是越大越好。( ) 7.模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。( ) 8.稳压二极管正常工作时,应为正向导体状态。( ) 9.发光二极管不论外加正向电压或反向电压均可发光。( ) 10.光电二极管外加合适的正向电压时,可以正常发光。( ) 一、判断题答案:(每题1分) 1.√; 2.×; 3.√; 4.√; 5.×; 6.×; 7.√; 8.×; 9.×; 10.×。

二、填空题(每题1分) 1.N型半导体中的多数载流子是电子,P型半导体中的多数载流子是。2.由于浓度不同而产生的电荷运动称为。 3.晶体二极管的核心部件是一个,它具有单向导电性。 4.二极管的单向导电性表现为:外加正向电压时,外加反向电压时截止。5.三极管具有放大作用的外部条件是发射结正向偏置,集电结偏置。6.场效应管与晶体三极管各电极的对应关系是:场效应管的栅极G对应晶体三极管的基极b,源极S对应晶体三极管,漏极D对应晶体三极管的集电极c。7.PN结加正向电压时,空间电荷区将。 8.稳压二极管正常工作时,在稳压管两端加上一定的电压,并且在其电路中串联一支限流电阻,在一定电流围表现出稳压特性,且能保证其正常可靠地工作。 9.晶体三极管三个电极的电流I E 、I B 、I C 的关系为:。 10.发光二极管的发光颜色决定于所用的,目前有红、绿、蓝、黄、橙等颜色。 二、填空题答案:(每题1分) 1.空穴 2.扩散运动 3.PN结 4.导通 5.反向 6.发射机e 7.变薄 8.反向 9.I E =I B +I C 10.材料 三、单项选择题(将正确的答案题号及容一起填入横线上,每题1分)

半导体物理试卷b答案

半导体物理试卷b答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

一、名词解释(本大题共5题每题4分,共20分) 1. 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。 2.本征半导体:不含任何杂质的纯净半导体称为本征半导体,它的电子和空穴数量相同。 3.简并半导体:半导体中电子分布不符合波尔兹满分布的半导体称为简并半导体。 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-n 和空穴 称为过剩载流子。 △p=p-p 4. 有效质量、纵向有效质量与横向有效质量 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。 5. 等电子复合中心 等电子复合中心:在III- V族化合物半导体中掺入一定量与主原子等价的某种杂质原子,取代格点上的原子。由于杂质原子与主原子之间电性上的差别,中性杂质原子可以束缚电子或空穴而成为带电中心。带电中心吸引与被束缚载流子符号相反的载流子,形成一个激子束缚态。这种激子束缚态叫做等电子复合中心。 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: 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,这些样品的电子迁移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

半导体材料课后题答案

绪论 1. 半导体的基本特性? ①电阻率大体在10-3~109Ω?cm范围 ②整流效应 ③负电阻温度系数 ④光电导效应 ⑤光生伏特效应 ⑥霍尔效应 2. 为什么说有一天,硅微电子技术可能会走到尽头? ①功耗的问题 存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记忆的,当芯片集成度越来越高耗电量也会越来越大,如何解决散热的问题? ②掺杂原子均匀性的问题 一个平方厘米有一亿到十亿个器件,掺杂原子只有几十个,怎么保证在每一个期间的杂质原子的分布式一模一样的呢?是硅微电子技术发展遇到的又一个难题 ③SiO2层量子隧穿漏电的问题 随着器件尺寸的减小,绝缘介质SiO2的厚度也在减小,当减小到几个纳米的时候,及时很小的电压,也有可能使器件击穿或漏电。量子隧穿漏电时硅微电子技术所遇到的另一个问题。 ④量子效应的问题 如果硅的尺寸达到几个纳米时,那么量子效应就不能忽略了,现有的集成电路的工作原理就可能不再适用 第一章 ⒈比较SiHCl3氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点? ⑴三氯氢硅还原法 优点:产率大,质量高,成本低,是目前国内外制备高纯硅的主要方法。 缺点:基硼、基磷量较大。

⑵硅烷法 优点 ①除硼效果好;(硼以复盐形式留在液相中) ②无腐蚀,降低污染;(无卤素及卤化氢产生) ③无需还原剂,分解效率高; ④制备多晶硅金属杂质含量低(SiH4的沸点低) 缺点:安全性问题 相图 写出合金Ⅳ由0经1-2-3的变化过程 第二章 ⒈什么是分凝现象?平衡分凝系数?有效分凝系数? 答:⑴分凝现象:含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时,杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同,这种现象较分凝现象。 ⑵平衡分凝系数:固液两相达到平衡时,固相中的杂质浓度和液相中的杂 质浓度是不同的,把它们的比值称为平衡分凝系数,用K0表示。 K0=C S/C L

半导体器件物理 试题库

半导体器件试题库 常用单位: 在室温(T = 300K )时,硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 (一)名词解释题 杂质补偿:半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时,施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用,通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子:半导体处于非平衡态时,附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度, 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率:载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志,即单位电场下的漂移速度。 晶向: 晶面: (二)填空题 1.根据半导体材料内部原子排列的有序程度,可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2.根据杂质原子在半导体晶格中所处位置,可分为 杂质和 杂质两种。 3.点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4.线缺陷,也称位错,包括 、 两种。 5.根据能带理论,当半导体获得电子时,能带向 弯曲,获得空穴时,能带 向 弯曲。 6.能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质;能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7.对于N 型半导体,根据导带低E C 和E F 的相对位置,半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8.载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。

9.在Si-SiO 2系统中,存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10.对于N 型半导体,当掺杂浓度提高时,费米能级分别向 移动;对于P 型半 导体,当温度升高时,费米能级向 移动。 (三)简答题 1.什么是有效质量,引入有效质量的意义何在?有效质量与惯性质量的区别是什么? 2.说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用? 3.说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围? 4.什么是杂质的补偿,补偿的意义是什么? (四)问答题 1.说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同? 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么? (五)计算题 1.金刚石结构晶胞的晶格常数为a ,计算晶面(100)、(110)的面间距和原子面密度。 2.掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ,已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ,而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3,由此计算: (a )该样品的离化杂质浓度是多少? (b )该样品的少子浓度是多少? (c )未离化杂质浓度是多少? (d )施主杂质浓度是多少? 3.室温下的Si ,实验测得430 4.510 cm n -=?,153510 cm D N -=?, (a )该半导体是N 型还是P 型的? (b )分别求出其多子浓度和少子浓度。 (c )样品的电导率是多少? (d )计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4.室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?,1931.110 cm v N -=?,0.026 eV B k T =,禁带 宽度 1.12 eV g E =,如果忽略禁带宽度随温度的变化

半导体集成电路习题及答案

第1章 集成电路的基本制造工艺 1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答:集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。 第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题 2.2 利用截锥体电阻公式,计算TTL “与非”门输出管的CS r 2.2 所示。 提示:先求截锥体的高度 up BL epi mc jc epi T x x T T -----= 然后利用公式: b a a b WL T r c -? = /ln 1ρ , 2 1 2?? =--BL C E BL S C W L R r b a a b WL T r c -? = /ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++= 注意:在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。 2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管,试问当横向PNP 器件在4种可能 的偏置情况下,哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答:当横向PNP 管处于饱和状态时,会使得寄生晶体管的影响最大。 2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管,要求其在20mA 的电流负载下 ,OL V ≤0.4V ,请在坐标纸上放大500倍画出其版图。给出设计条件如下: 答: 解题思路 ⑴由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ; ⑵由设计条件画图 ①先画发射区引线孔; ②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔; ③由A D 先画出基区扩散孔的三边; ④由B E D -画出基区引线孔; ⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边;

⑥由A D 先画出外延岛的三边; ⑦由C B D -画出集电极接触孔; ⑧由A D 画出外延岛的另一边; ⑨由I d 画出隔离槽的四周; ⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V OL 4.0≤的条件,若不满足,则要对所作 的图进行修正,直至满足V V OL 4.0≤的条件。(CS C OL r I V V 00 ES += 及己知 V V C 05.00ES =) 第3章 集成电路中的无源元件 复 习 思 考 题 3.3 设计一个4k Ω的基区扩散电阻及其版图。 试求: (1) 可取的电阻最小线宽min R W =?你取多少? 答:12μm (2) 粗估一下电阻长度,根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头? 答:一个弯头 第4章 晶体管 (TTL)电路 复 习 思 考 题 4.4 某个TTL 与非门的输出低电平测试结果为 OL V =1V 。试问这个器件合格吗?上 机使用时有什么问题? 答:不合格。 4.5 试分析图题4.5所示STTL 电路在导通态和截止态时各节点的电压和电流,假定各管的 β=20, BEF V 和一般NPN 管相同, BCF V =0.55V , CES V =0.4~0.5V , 1 CES V =0.1~0.2V 。 答:(1)导通态(输出为低电平) V V B 1.21= , V V B 55.12= ,V V B 2.13= ,V V B 5.04= ,V V B 8.05= ,

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

《半导体集成电路》考试题目及参考答案(DOC)

第一部分考试试题 第0章绪论 1.什么叫半导体集成电路? 2.按照半导体集成电路的集成度来分,分为哪些类型,请同时写出它们对应的英文缩写? 3.按照器件类型分,半导体集成电路分为哪几类? 4.按电路功能或信号类型分,半导体集成电路分为哪几类? 5.什么是特征尺寸?它对集成电路工艺有何影响? 6.名词解释:集成度、wafer size、die size、摩尔定律? 第1章集成电路的基本制造工艺 1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用? 2.在制作晶体管的时候,衬底材料电阻率的选取对器件有何影响?。 3.简单叙述一下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤? 4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤? 5.以p阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些不足? 6.以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点?并请提出改进方法。 7. 请画出NPN晶体管的版图,并且标注各层掺杂区域类型。 8.请画出CMOS反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输入输出端子。 第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应 1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略?。 2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应? 3. 什么是MOS晶体管的有源寄生效应? 4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应,其对晶体管有什么影响? 5. 消除“Latch-up”效应的方法? 6.如何解决MOS器件的场区寄生MOSFET效应? 7. 如何解决MOS器件中的寄生双极晶体管效应? 第3章集成电路中的无源元件 1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些? 2.集成电路中常用的电容有哪些。 3. 为什么基区薄层电阻需要修正。 4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。 5. 运用基区扩散电阻,设计一个方块电阻200欧,阻值为1K的电阻,已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。 第4章TTL电路 1.名词解释

半导体物理学期末复习试题及答案一

1.与绝缘体相比,半导体的价带电子激发到导带所需要的能量 ( B )。 A. 比绝缘体的大 B.比绝缘体的小 C. 和绝缘体的相同 2.受主杂质电离后向半导体提供( B ),施主杂质电离后向半 导体提供( C ),本征激发向半导体提供( A )。 A. 电子和空穴 B.空穴 C. 电子 3.对于一定的N型半导体材料,在温度一定时,减小掺杂浓度,费 米能级会( B )。 A.上移 B.下移 C.不变 4.在热平衡状态时,P型半导体中的电子浓度和空穴浓度的乘积为 常数,它和( B )有关 A.杂质浓度和温度 B.温度和禁带宽度 C.杂质浓度和禁带宽度 D.杂质类型和温度 5.MIS结构发生多子积累时,表面的导电类型与体材料的类型 ( B )。 A.相同 B.不同 C.无关 6.空穴是( B )。 A.带正电的质量为正的粒子 B.带正电的质量为正的准粒子 C.带正电的质量为负的准粒子 D.带负电的质量为负的准粒子 7.砷化稼的能带结构是( A )能隙结构。 A. 直接 B.间接 8.将Si掺杂入GaAs中,若Si取代Ga则起( A )杂质作

用,若Si 取代As 则起( B )杂质作用。 A. 施主 B. 受主 C. 陷阱 D. 复合中心 9. 在热力学温度零度时,能量比F E 小的量子态被电子占据的概率为 ( D ),当温度大于热力学温度零度时,能量比F E 小的 量子态被电子占据的概率为( A )。 A. 大于1/2 B. 小于1/2 C. 等于1/2 D. 等于1 E. 等于0 10. 如图所示的P 型半导体MIS 结构 的C-V 特性图中,AB 段代表 ( A ),CD 段代表(B )。 A. 多子积累 B. 多子耗尽 C. 少子反型 D. 平带状态 11. P 型半导体发生强反型的条件( B )。 A. ???? ??=i A S n N q T k V ln 0 B. ??? ? ??≥i A S n N q T k V ln 20 C. ???? ??=i D S n N q T k V ln 0 D. ??? ? ??≥i D S n N q T k V ln 20 12. 金属和半导体接触分为:( B )。 A. 整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 B. 整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 C. 非整流的肖特基接触和整流的欧姆接触 D. 非整流的肖特基接触和非整流的欧姆接触 13. 一块半导体材料,光照在材料中会产生非平衡载流子,若光照

半导体物理学-(第七版)-习题答案分解

3-7.(P 81)①在室温下,锗的有效状态密度Nc =1.05×1019cm -3,Nv =5.7×1018cm -3 ,试求锗的载流子有效质量m n *和m p * 。计算77k 时的Nc 和Nv 。已知300k 时,Eg =0.67eV 。77k 时Eg =0.76eV 。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77k ,锗的电子浓度为1017 cm -3 ,假定浓度为零,而Ec -E D =0.01eV,求锗中施主浓度N D 为多少? [解] ①室温下,T=300k (27℃),k 0=1.380×10-23J/K ,h=6.625×10-34 J·S, 对于锗:Nc =1.05×1019cm -3,Nv=5.7×1018cm -3 : ﹟求300k 时的Nc 和Nv : 根据(3-18)式: Kg T k Nc h m h T k m Nc n n 3123 32 19 234032 2*32 3 0* 100968.5300 1038.114.32)21005.1()10625.6(2)2()2(2---?=??????=?=??=ππ根据(3-23)式: Kg T k Nv h m h T k m Nv p p 3123 3 2 18 2340 32 2 *32 3 0*1039173.33001038.114.32)2107.5()10625.6(2)2()2(2---?=??????=?=??=ππ﹟求77k 时的Nc 和Nv : 19192 3 23'233 2 30* 3 2 30*'10365.11005.1)30077()'(;)'()2(2) '2(2?=??===??=c c n n c c N T T N T T h T k m h T k m N N ππ 同理: 17182 3 23' 1041.7107.5)300 77()'(?=??==v v N T T N ﹟求300k 时的n i : 13181902 11096.1)052 .067 .0exp()107.51005.1()2exp()(?=-???=- =T k Eg NcNv n i 求77k 时的n i : 723 1918 1902 110094.1)77 1038.12106.176.0exp()107.51005.1()2exp()(---?=?????-???=-=T k Eg NcNv n i ②77k 时,由(3-46)式得到: Ec -E D =0.01eV =0.01×1.6×10-19;T =77k ;k 0=1.38×10-23;n 0=1017;Nc =1.365×1019cm -3 ; ;==-1619 2231917200106.610 365.12)]771038.12106.101.0exp(10[2)]2exp([??????????-=-Nc T k E Ec n N D D [毕] 3-8.(P 82)利用题7所给的Nc 和Nv 数值及Eg =0.67eV ,求温度为300k 和500k 时,含施主浓度N D =5×1015cm -3,受主浓度N A =2×109cm -3的锗中电子及空穴浓度为多少? [解]1) T =300k 时,对于锗:N D =5×1015cm -3,N A =2×109cm -3:

半导体器件复习题与参考答案

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、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 型中性区存

半导体集成电路制造PIE常识

Question Answer & PIE

PIE 1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺? 答:Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率(yield)稳定良好。 2. 200mm,300mm Wafer 代表何意义? 答:8吋硅片(wafer)直径为200mm , 直径为300mm硅片即12吋. 3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺?未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer工艺? 答:当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。未来北京厂工艺wafer将使用300mm(12英寸)。 4. 我们为何需要300mm? 答:wafer size 变大,单一wafer 上的芯片数(chip)变多,单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义? 答:是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时,整个器件就可以变的越小,工作速度也越快。 6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义? 答:栅极线的宽(该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低)做的越小时,工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型(type),何谓N, P-type wafer? 答:N-type wafer 是指掺杂negative元素(5价电荷元素,例如:P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素(3价电荷元素, 例如:B、In)的硅片。 200mm300mm 8〞12〞

半导体物理课后习题解答

半导体物理习题解答 1-1.(P 32)设晶格常数为a 的一维晶格,导带极小值附近能量E c (k )和价带极大值附近能量E v (k )分别为: E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h -0 2 23m k h ; m 0为电子惯性质量,k 1=1/2a ;a =0.314nm 。试求: ①禁带宽度; ②导带底电子有效质量; ③价带顶电子有效质量; ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(=0232m k h +0 12)(2m k k h -=0;可求出对应导带能量极小值E min 的k 值: k min = 14 3 k , 由题中E C 式可得:E min =E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ; 由题中E V 式可看出,对应价带能量极大值Emax 的k 值为:k max =0; 并且E min =E V (k)|k=k max =02126m k h ;∴Eg =E min -E max =021212m k h =2 02 48a m h =11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????=0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=;∴ m n =022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=,∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k =h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1-2.(P 33)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

1章 常用半导体器件题解

第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 (1)在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改型为P 型半导体。( √ ) (2)因为N 型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。( × ) (3)PN 结在无光照、无外加电压时,结电流为零。( √ ) (4)处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的。 ( ×) (5)结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压,才能保证其R G S 大的特点。( ) (6)若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零,则其输入电阻会明显变小。( ) 解:(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)× 二、选择正确答案填入空内。 (1)PN 结加正向电压时,空间电荷区将 A 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽(加上正向电压时,内电场被削弱,空间电荷区变窄) (2)设二极管的端电压为U ,则二极管的电流方程是 C 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S -T U U I (3)稳压管的稳压区是其工作在 C 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 (4)当晶体管工作在放大区时,发射结电压和集电结电压应为 B 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 (5)U G S =0V 时,能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解:(1)A (2)C (3)C (4)B (5)A C

三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值,设二极管导通电压U D=0.7V。 图T1.3 解:U O1≈1.3V,U O2=0,U O3≈-1.3V,U O4≈2V,U O5≈1.3V, U O6≈-2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z=6V,稳定电流的最小值I Z m i n=5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解:U O1=6V,U O2=5V。

2009半导体物理试卷-B卷答案

………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学二零 九 至二零 一零 学年第 一 学期期 末 考试 半导体物理 课程考试题 B 卷 ( 120分钟) 考试形式: 闭卷 考试日期 2010年 元月 18日 课程成绩构成:平时 10 分, 期中 5 分, 实验 15 分, 期末 70 分 一、填空题: (共16分,每空1 分) 1. 简并半导体一般是 重 掺杂半导体,忽略。 2. 处在饱和电离区的N 型Si 半导体在温度升高后,电子迁移率会 下降/减小 ,电阻 3. 4. 随温度的增加,P 型半导体的霍尔系数的符号 由正变为负 。 5. 在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质,它们具有 杂质补偿 的作用,在制 造各种半导体器件时,往往利用这种作用改变半导体的导电性能。 6. ZnO 是一种宽禁带半导体,真空制备过程中通常会导致材料缺氧形成氧空位,存在 氧空位的ZnO 半导体为 N/电子 型半导体。 7. 相对Si 而言,InSb 是制作霍尔器件的较好材料,是因为其电子迁移率较 高/ 8. 掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体Si 中是一种 深能级 9. 有效质量 概括了晶体内部势场对载流子的作用,可通过回旋共振实验来测量。 10. 某N 型Si 半导体的功函数W S 是4.3eV ,金属Al 的功函数W m 是4.2 eV , 该半导

………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 体和金属接触时的界面将会形成 反阻挡层接触/欧姆接触 。 11. 有效复合中心的能级位置靠近 禁带中心能级/本征费米能级/E i 。 12. MIS 结构中半导体表面处于临界强反型时,表面少子浓度等于内部多子浓度,表面 13. 金属和n 型半导体接触形成肖特基势垒,若外加正向偏压于金属,则半导体表面电 二、选择题(共15分,每题1 分) 1. 如果对半导体进行重掺杂,会出现的现象是 D 。 A. 禁带变宽 B. 少子迁移率增大 C. 多子浓度减小 D. 简并化 2. 已知室温下Si 的本征载流子浓度为310105.1-?=cm n i 。处于稳态的某掺杂Si 半导体 中电子浓度315105.1-?=cm n ,空穴浓度为312105.1-?=cm p ,则该半导体 A 。 A. 存在小注入的非平衡载流子 B. 存在大注入的非平衡载流子 C. 处于热平衡态 D. 是简并半导体 3. 下面说法错误的是 D 。 A. 若半导体导带中发现电子的几率为0,则该半导体必定处于绝对零度 B. 计算简并半导体载流子浓度时不能用波尔兹曼统计代替费米统计 C. 处于低温弱电离区的半导体,其迁移率和电导率都随温度升高而增大 D. 半导体中,导带电子都处于导带底E c 能级位置 4. 下面说法正确的是 D 。 A. 空穴是一种真实存在的微观粒子 B. MIS 结构电容可等效为绝缘层电容与半导体表面电容的的并联 C. 稳态和热平衡态的物理含义是一样的

纳米材料习题答案

纳米材料习题答案 1、简单论述纳米材料的定义与分类。 答:最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围,或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数,纳米材料可分为三大类: 零维:指在空间三维尺度均在纳米尺度,如:纳米颗粒,原子团簇等。 一维:指在空间有两处处于纳米尺度,如:纳米丝,纳米棒,纳米管等。 二维:指在三维空间中有一维处在纳米尺度,如:超薄膜,多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质,所以对零维,一维,二维的基本单元,分别又具有量子点,量子线和量子阱之称。 2、什么是原子团簇谈谈它的分类。 3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管如何计算单壁碳纳米管直径 答:利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线,这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。 100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰,单臂纳米管特有的环呼吸振动模式;1609cm-1,这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比,即d = 224/w d:单壁管的直径,nm;w:为特征拉曼峰的波数cm-1

4、论述碳纳米管的生长机理(图)。 答:碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面(六元环)生长机理。 (1)V-L-S机理:金属和碳原子形成液滴合金,当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。 ①顶端生长机理:在碳纳米管顶部,催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分,吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子,碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处,实现碳纳米管的生长,在碳纳米管的生长过程中,催化剂始终在碳纳米管的顶端,随着碳纳米管的生长而迁移; ②根部生长机理:碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络,挤压而形成碳纳米管,底部生长机理最主要的特征是:碳管一末端与催化剂微粒相连,另一端是不含有金属微粒的封闭端; (2)表面(六元环)生长机理:碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管,不形成合金。 ①表面扩散机理:用苯环坐原料来生长碳纳米管,如果苯环进入催化剂内部,会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。说明苯环没有进入催化剂液滴内部,而只是在催化剂表面脱氢生长,也符合“帽式”生长机理。 5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 (1)气相法反应机理包括:V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。 ①V-L-S机理:反应物在高温下蒸发,在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴,小液滴相互聚合形成大液滴,并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴,最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。 ②V-S机理:首先沉底经过处理,在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘,这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置,并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径,从而使生长的丝为纳米级。 ③碳纳米管模板法:采用碳纳米管作为模板,在一定温度和气氛下,与氧化物反应,碳纳米管一方面提供碳源,同时消耗自身;另一方面提供了纳米线生长的场所,同时也限制了生成物的生长方向。 ④金属原位生长: (2)溶液法反应机理包括溶液液相固相、选择性吸附。 ①S-L-S机理:SLS 法和 VLS 法很相似,二者的主要差别在于 SLS 法纳米线成长的 液态团簇来源于溶液相,而 VLS 法则来自蒸气相。

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