半導體器件物理哈理工復習資料縮印

1、121.PN結：采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體和N型半導體制作在同一塊半導體基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結。2.雪崩擊穿：隨著PN結反向電壓的增加，勢壘中電場強度也在增加。當電場強度達到一定程度后，勢壘區(qū)中載流子就會碰撞電離出新的電子空穴對。新的電子空穴對在電場作用下繼續(xù)碰撞產生新的載流子，如此反復即碰撞電離率增加，流過PN結的電流急劇增大，擊穿PN結。3.空間電荷區(qū)：在PN結中，由于自由電子的擴散運動和漂移運動，使PN結中間產生一個很薄的電荷區(qū)，就是空間電荷區(qū)。4.耗盡層電容：由于耗盡層內空間電荷隨偏壓變化所引起的電容稱為PN結耗盡層電容。5.MOS閾值電壓

2、：閾值電壓是形成強反型層時所需要的最小柵極電壓。它的第一項表示在形成強反型層時，要用一部分電壓去支撐空間電荷QB；第二項表示要用一部分電壓為半導體表面提供達到強反型時需要的表面勢。6.強反型：當表面電子濃度等于體內平衡多子濃度時，半導體表面形成強反型層。7.載流子擴散漂移觀點分析空間電荷區(qū)形成當N型P型材料放在一起時，P型材料中多的空穴向N型擴散，N型多的電子向P型擴散，由于擴散，在互相靠近N側和P側分別出現施主離子和受主離子，這些空間電荷建立一個電場，即空間電荷區(qū)。8.載流子擴散漂移分析PN結單向導電性若在PN結加正向電壓，PN結勢壘高度下降，減小的勢壘高度有助于擴散通過PN結，形成大的電流

3、，若加反向電壓，勢壘高度增加，漂移作用增強，阻擋載流子通過PN結擴散，所以PN結單向導電1.5種半導體器件：PN結，光電二極管，JFET,MOSFET，太陽能電池。2.PN結隧道電流產生條件：費米能級進入能帶；空間電荷層的寬度很窄，因而有高的隧道3.穿透概率；在相同的能力水平上，在一側的能帶中有電子而在另一側的能帶中有空的狀態(tài)。4.PN結正向注入：PN結加上正向偏壓時，在結邊緣np>np0,pn>pn0 反向抽?。篜N結加反向偏壓時，將偏壓V換成VR，此時，np<np0,pn<pn05.電荷存儲效應:當加一恒定的正向偏壓時，載流子被注入并保持在PN結二極管中。6.耗盡層

4、電容：由于耗盡層內空間電荷隨偏壓變化所引起的電容稱為PN結耗盡層電容。7.BJT四種工作模式及工作條件：正向有源模式（VE>0,VC<0)反向有源（< >）飽和模式（>>）截止模式（<<）8.處于放大區(qū)的晶體管內各電流分量及它們之間滿足的關系：IE=InE+IpE+IRE, IB=IpE+IRE+(InE-InC)-IC0, IC=InC+IC0 , IE=IB+IC9.雙極型晶體管放大作用的基本原理：BJT的輸入電流的變化將引起輸出電流的變化，如果在集電極回路中接入適當的負載RL就可以實現電壓信號放大，這就是8.列舉三種雙極型晶體管的非理想效應

5、：基區(qū)寬度調變效應；基區(qū)擴展電阻，電流集聚效應；緩變基區(qū)晶體管。9.金屬和N型半導體接觸當 M> S，整流結；當M<S，歐姆結。P型相反10指出金屬和重摻雜半導體接觸形成是歐姆結還是整流結并簡述原因非整流的歐姆結 原因：空間電荷區(qū)薄，易于隧穿，沒有方向性11.使用的Si肖特基勢壘二極管主要有哪三種結構簡單接觸結構 金屬搭接結構 采用保護環(huán)二極管結構12.解釋肖特基效應對于肖特基勢壘，這個勢能將疊加到理想肖特基勢壘能帶圖上，使原來的理想肖特基勢壘的電子能量曲線在x=0處下降，也就是說使肖特基勢壘高度下降，這種現象稱為肖特基勢壘的鏡像力降低，又稱為肖特基效應。13.-畫出肖特基勢壘鉗位

6、晶體管電路和集成結構圖并解釋其工作原理肖特基勢壘鉗位晶體管是按其集成結構以集成電路的形式實現的，鋁在輕摻雜的N型集電區(qū)上形成極好的肖特基勢壘，同時在重摻雜的P型基區(qū)上形成優(yōu)良的歐姆接觸，這兩種接觸可以只通過一步金屬化實現，不需要額外工藝。14.解釋JFET溝道長度調制效應夾斷條件規(guī)定為兩個空間電荷區(qū)在溝道中心相遇，如圖，夾斷首先發(fā)生在漏端，當漏極電壓進一步增加時，溝道中更多的自由載流子被耗盡，結果使耗盡區(qū)的長度增加，夾斷點向源端移動，電中性的溝道長度減小，這種現象稱為溝道長度調制效應。14-寫出理想JFET的基本假設并導出I-V特性方程 1、單邊突變結 2、溝道內雜質分布均勻3、溝道內載流子遷

7、移率為常數 4、忽略有源區(qū)以外源區(qū)、漏區(qū)以及接觸上的電壓降，于是溝道長度為L 5、緩變溝道近似，即空間電荷區(qū)內電場沿y方向（/y/x），而導電溝道內的電場只有x方向上的分量（/x/y）。 6、長溝道近似，L2（2a），于是W沿著L改變很小，可看做矩形溝道。I-V特性方程15-畫出JFET的基本結構并解釋其工作原理在正常工作條件下，反向偏壓加于柵極PN結的兩側，使得空間電荷區(qū)向溝道內部擴展，耗盡層中的載流子耗盡，結果溝道的截面積減小，從而溝道電導減小。這樣，源極和漏極之間流過的電流就受到柵極電壓的調制。這種通過表面電場調制半導體電導的效應就稱為場效應，這就是JFET的基本工作原理。16.-閾值電

8、壓是MOS結構的重要參量，閾值電壓定義為：形成強反型所需要的最小柵極電壓。17-為什么MOS結構在出現反型層以后，特別是接近強反型層是反型層中電子電荷q1的積累與外加電壓信號的頻率密切相關根據公式可得表面電容由表面電荷隨表面勢的變化率決定，在MOS器件進入反型區(qū)以后，由，其中為反型層中電子電荷，為耗盡層中電離受主電荷。而反型層中的電荷主要是由耗盡層中的電子-空穴對的產生與復合影響的，高頻時，耗盡層中電子空穴對的產生與復合跟不上信號的變化，故，這時增大導致增大減小。低頻時耗盡層中電子空穴對的產生能跟上信號的變化，則對電容貢獻是主要的，（而耗盡層的寬度和電荷不變，），由于變化很快，故很大，18.-

9、解釋理想MOS結構半導體半導體表面空間電荷區(qū)的載流子反型現象由于少數載流子電子濃度高于本征載流子濃度，而多數載流子空穴的濃度低于本征載流子濃度，這一層半導體有P型變成了N型，稱為反型層，這種現象稱為載流子反型。19-試推導理想MOS結構半導體表面空間電荷區(qū)的載流子反型和強反型條件，寫出必要的推導過程當ns=ni時，半導體表面呈現本征狀態(tài)，此后半導體表面開始發(fā)生反型，所以載流子反型條件為s=f 即當半導體表面勢等于體內費米勢時，半導體表面開始反型規(guī)定當表面電子濃度等于體內平衡多子濃度時，半導體表面形成強反型層 si =2f20. 載流子的積累，耗盡，反型積累：半導體表面多數載流子濃度高于體內多數

10、載流子濃度的現象耗盡：表面空穴濃度低于體內熱平衡值，造成多數載流子空穴的耗盡反型：由于少數載流子電子濃度高于本征載流子濃度，而多數載流子空穴的濃度低于本征載流子的濃度這一層半導體由P型變成N型這種現象叫載流子的反型20.歐姆接觸:是這樣的一種接觸,它在所使用的結構上不會添加較大的寄生電阻,且不足以改變半導體內的平衡載流子濃度使器件特性受到影響.Pn結與m-s對比1.高的工作頻率和開關速度 2.大的飽和電流3.低的正向壓降，更高的反向電流 缺點：額外的漏電流（軟擊穿）4.多子數目起伏小，噪聲小5.肖特基具有更穩(wěn)定的溫度特性。21.解釋PN結空間電荷正偏復合電流產生的原因：正偏時，由于空間電荷區(qū)有

11、非平衡載流子的注入，邊緣的載流子濃度增加，以至于大與平衡載流子濃度。這些過量的載流子穿越空間電荷區(qū)，似的載流子濃度超過平衡值。空間電荷區(qū)會有復合，即：空間電荷區(qū)內存在復合電流。23.MOS場效應晶體管的類型M0SFET共有四種類型:N溝道增強型、N溝道耗盡型、P溝道增強型和P溝道耗盡型。N溝道增強型MOSFET在零柵極電壓時不存在導電溝道，欲使器件導通則需要加正的柵極偏壓使半導體表面反型。N溝道耗盡型MOSFFT在零柵極偏壓時就存在導電溝道，欲使器件截止則需要加負的柵極偏壓以耗盡溝道內的載流子。P溝道增強型M0SFET在零柵極電壓時不存在導電溝道，欲使器件導通則需要加負的柵極偏壓使半導體表面反

12、型。P溝道耗盡型MOSFET在零柵極偏壓時就存在導電溝道，欲使器件截止則需要加正的柵極偏壓以耗盡溝道內的載流子(見圖6-21中的轉移特性圖) 24.雙極晶體管的四種工作模式和少子分布四種工作模式如下。（1）正向有源工作模式()：基區(qū)少子滿足的邊界條件為。E-M方程為(2) 反向有源工作模式()：相應的邊界條件為E-M方程為(3) 飽和工作模式()相應的邊界條件為E-M方程為(4) 截止工作模式()相應的邊界條件為E-M方程為加上邊界條件習題3.2一個NPN硅晶體管具有下列參數: ,再均勻摻雜基區(qū),.若集電結被反向偏置, ,計算在發(fā)射極基區(qū)一邊的過量電子濃度,發(fā)射結電壓以及基區(qū)輸運因子.習題4.5已知肖特基二