2020年中国科学院大学半导体物理考研真题.docx
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ei 对应的能带具有色散关系:E(kx , ky ) = ei + J0 + 2J1 (cos kxa + cos kya) ,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 NA11016cm-3,硼的电离能 EA1 EA1EV0.045eV,铟的电离能 EA2EA2EV0.16eV。求该半导体中铟的浓19度NA2。(设 = 0.590,空穴迁移率p200cm2/Vs ,电子电量q=1.610C,电子静止质量 m0=9.110 -31kg,普朗克常数 h6.6310 -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 510 11cm-3。设少子寿命为 10s ,少子迁移率为 500cm2/Vs,波耳兹曼常数 k1.3810-23J/K,电子电量 q=1.610-19C,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c=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=2.81015 cm-3,导带的有效状态密度 NC=2.81019 cm-3,求热平衡时有机半导体一边的势垒高度 qfns、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e0=8.8510-14F/cm,硅的相对介电常数er=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=1.01010 cm-3,室温下 kT=0.026eV)