2020年中国科学院大学硕士研究生考试真题之半导体物理.pdf
科目名称:半导体物理 第 1 页共 2 页 中国科学院大学 2020 年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题 科目名称:半导体物理 考生须知: 1本试卷满分为 150 分,全部考试时间总计 180 分钟。 2所有答案必须写在答题纸上,写在试题纸上或草稿纸上一律无效。 3 可以使用无字典存储和编程功能的电子计算器。 一、( 共 50 分 ,每题 5 分 )解释下列名词 或 概念 1. 等同的 能谷 间 散射 2. 杂质 电离能 3. 理想 MIS 结构的平带状态 4. 准费米能级 5. pn 结扩散电容 6. 价带的有效状态密度 7. 表面复合速度 8. 自由载流子吸收 9. 费米分布函数 10. 半导体的汤姆逊效应 二、( 共 20 分,每题 10 分 )简答题 1. 简述理想 MIS 结构的高频 C-V 特性 (以 p 型半导体为例) 。 2. 1963 年, Gunn 发现,给 n 型 GaAs 两端电极加以电压 使得 GaAs 内电场超 过 3103V/cm时,电流 便会 以很高的频率振荡,这个效应称为耿氏效应( Gunn effect)。 1964 年 Koremer 指出,这与微分负阻理论一致。请结合 GaAs 的能 带结构,简述 GaAs 在高场下出现负阻效应的原因。 三、( 20 分) 某 正方结构 二维晶体,晶格常数为 a。与原子能级 i 对应的能带具 有色散关系: )c o s( c o s2),( 10 akakJJkkE yxiyx , J0 和 J1 为 小于零 的 常数。 (1) 该二维晶体的倒格子是什么结构?给出第一布里渊区 k 的取值范围。 (2) 画出第一布里渊区内沿 1,1方向,电子有效质量随波矢 k 的变化关系曲线 me*(k)。 (3) 设该能带为满带,在能带底处去除一个电子,形成一个空穴,计算 倒空间 中 沿 1,1方向 的 空穴的有效质量和运动速度。 科目名称:半导体物理 第 2 页共 2 页 四、( 20 分) 掺硼的非简并 p 型硅中含有一定浓度的铟,在室温( 300K)下,测 得电阻率 2.84cm。已知所掺硼浓度 为 NA1 1016cm-3,硼的电离能 EA1 EA1 EV 0.045eV,铟的电离能 EA2 EA2 EV 0.16eV。求 该 半导体中铟的浓 度 NA2。( 设 = 0.590, 空穴迁移率 p 200cm2/Vs, 电子电量 q=1.610 19C, 电子静止质量 m0=9.110-31kg,普朗克常数 h 6.6310-34Js,波耳兹曼常数 k=1.3810-23J/K) 五、( 20 分) n 型硅片表面受均匀恒定的 高能光子 照射,在表面注入的非平衡少 数载流子浓度为 51011cm-3。 设少子寿命为 10s, 少子 迁移率为 500cm2/Vs,波 耳兹曼常数 k 1.38 10-23J/K,电子电量 q=1.6 10-19C,样品足够厚 。 计算室温 (300K)下 : (1) 非平衡少数载流子的扩散长度 LP; (2) 在距离表面 2Lp处少子的净复合率; (3) 在距离表面 2Lp处 少子的扩散电流密度。 六、( 20 分) 有机 /无机复合接触 能够 形成整流接触, 可 在很多方面得到应用。 现 有一高电导 的 有机半导体 Q(功函数 WQ=5.06eV) 和 n型 晶体 Si (亲合能 =4.06eV) 形成整流 接触 ,设 该接触 类似 理想 金属 -半导体整流接触 (界面 间隙为零 , 不存 在表面态 ,不考虑镜像力和隧道效应等) , 且 位于室温 300K 下 。 (1) 示意地画出热平衡时 Q/n-Si 接触的 理想能带图 ; (2) 设 n 型硅的掺杂浓度 ND=2.8 1015 cm-3,导带的有效状态密度 NC=2.8 1019 cm-3, 求 热平衡时 有机半导体 一 边 的势垒高度 qns、 硅这 边 的势垒高度 qVD 和 硅 中 的耗尽区宽度 Xd; (3) 分别 写出 小注入下多子电流和少子电流的 J-V 关系 。设 少子寿命为 100s , 少子 迁移率为 500cm2/Vs, 计算室温下 少子与 多子电流 密度 的比值 。 ( 真空 介电常数 0=8.85 10-14F/cm, 硅 的 相对 介电常数 r=12, 电子 电量 q=1.6 10-19C, 有效理查逊常数 A*=240A/cm2K2, 本征载流子浓度 ni=1.0 1010 cm-3, 室温下 kT=0.026eV)