半導(dǎo)體器件物理與工藝復(fù)習(xí)題

1、半導(dǎo)體器件物理復(fù)習(xí)題第二章:1）帶隙：導(dǎo)帶的最低點(diǎn)和價(jià)帶的最高點(diǎn)的能量之差，也稱能隙。物理意義：帶隙越大,電子由價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶越難，本征載流子濃度就越低,電導(dǎo)率也就越低2）什么是半導(dǎo)體的直接帶隙和間接帶隙？其價(jià)帶頂部與導(dǎo)帶最低處發(fā)生在相同動量處（p=0）。因此，當(dāng)電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)換到導(dǎo)帶時,不需要動量轉(zhuǎn)換。這類半導(dǎo)體稱為直接帶隙半導(dǎo)體。3）能態(tài)密度:能量介于EE+AE之間的量子態(tài)數(shù)目AZ與能量差A(yù)E之比4）熱平衡狀態(tài)：即在恒溫下的穩(wěn)定狀態(tài).（且無任何外來干擾，如照光、壓力或電場）.在恒溫下,連續(xù)的熱擾動造成電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時在價(jià)帶留下等量的空穴.半導(dǎo)體的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級,電子和空

2、穴的激發(fā)與復(fù)合達(dá)到了動態(tài)平衡，其濃度是恒定的,載流子的數(shù)量與能量都是平衡。即熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度不變。5）費(fèi)米分布函數(shù)表達(dá)式？物理意義:它描述了在熱平衡狀態(tài)下,在一個費(fèi)米粒子系統(tǒng)（如電子系統(tǒng)）中屬于能量E的一個量子態(tài)被一個電子占據(jù)的概率。n=NexpfEcEf'CIkT,(16)(E-E)p=NexpfvV(kT丿(17)6）本征半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子濃度:本征半導(dǎo)體價(jià)帶中的空穴濃度：7）本征費(fèi)米能級Ei:本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級。在什么條件下，本征Fermi能級靠近禁帶的中央:在室溫下可以近似認(rèn)為費(fèi)米能級處于帶隙中央8）本征載流子濃度n:對本征半導(dǎo)體而言,導(dǎo)帶中每單位體積的電子數(shù)與價(jià)帶每單

3、位體積的空穴數(shù)相同,1即濃度相同,稱為本征載流子濃度，可表示為n=p=n或:np=n2119）簡并半導(dǎo)體：當(dāng)雜質(zhì)濃度超過一定數(shù)量后,費(fèi)米能級進(jìn)入了價(jià)帶或?qū)У陌雽?dǎo)體。10)n=nexpi(EE)(28)同理：p=nexpifEE)(29)kT丿kT'丿非簡并半導(dǎo)體載流子濃度:且有：np=n.2其中：n型半導(dǎo)體多子和少子的濃度分別為n=Np=n2/N1nDniDp型半導(dǎo)體多子和少子的濃度分別為:第三章:1）遷移率：是指載流子（電子和空穴）在單位電場作用下的平均漂移速度，即載流子在電場作用下運(yùn)動速度的快慢的量度，運(yùn)動得越快,遷移率越大。定義為:qT|LX=cm2）漂移電流：載流子在熱運(yùn)動的

4、同時,由于電場作用而產(chǎn)生的沿電場力方向的定向運(yùn)動稱作漂移運(yùn)動。所構(gòu)成的電流為漂移電流。定向運(yùn)動的平均速度叫做漂移速度。在弱電場下，載流子的漂移速度V與電場強(qiáng)度E成正比，定義為：J=qRnEnn3）擴(kuò)散電流：在半導(dǎo)體物質(zhì)中，若載流子的濃度有一個空間上的變化，則這些載流子傾向于從高濃度的區(qū)域移往低濃度的區(qū)域，這個電流成分即為擴(kuò)散電流。定義為：J=qD也nndx(27)4）非平衡載流子:處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是nO和p0（此處0是下標(biāo)），可以比他們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。非平衡載流子多半是少數(shù)載流子。5）復(fù)合中心：半導(dǎo)體中對電子和空穴起復(fù)合作用

5、的雜質(zhì)或缺陷。6）間接復(fù)合：通過禁帶復(fù)合中心進(jìn)行的復(fù)合，通常在間接禁帶半導(dǎo)體中較為顯著如硅晶.7）親和力，功函數(shù)？8）隧穿效應(yīng):能量比勢壘低的粒子，具有一定的概率穿透勢壘的現(xiàn)象。9）強(qiáng)電場效應(yīng):當(dāng)半導(dǎo)體施加大電場時，。成為電場的函數(shù)，出現(xiàn)非線性傳導(dǎo)現(xiàn)象，即偏離歐姆定律的強(qiáng)電場效應(yīng)。10）雪崩過程（現(xiàn)象）:在強(qiáng)電場的加速下，載流子將得到足夠的動能，這些有較高能量的載流子與晶格中性原子相遇發(fā)生碰撞產(chǎn)生電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對。這些新產(chǎn)生的電子和空穴又會在電場的作用下，重新獲得能量，碰撞其它的中性原子使之電離，再產(chǎn)生更多的電子-空穴對。這種連鎖反應(yīng)繼續(xù)下去，使空間的載流子數(shù)量劇增，就像雪崩一樣.第

6、四章:1）異質(zhì)結(jié)：由不同種半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)（如硅-鍺）2）單邊突變結(jié):在交界面處，雜質(zhì)濃度會產(chǎn)生突變,稱為突變結(jié)。實(shí)際的突變結(jié)，兩邊的雜質(zhì)濃度相差很多，稱為單邊突變結(jié)3）什么是內(nèi)建電勢?它是如何保持熱平衡的？W-i'2e（Vbi-V）（27）W_Js芒（27）4）單邊突變結(jié)耗盡區(qū)寬度與偏壓的關(guān)系：qNBB5）小注入：注入的非平衡載流子濃度大于平衡時的少子濃度，遠(yuǎn)小于平衡時的多子濃度，稱為小注入.n型：p0<ApnO,或p型：n0Dn<<p0，且：An=Dp6)在熱平衡時，n=nexp1qV)bi(45)n0p01kT丿(47)n=nexpnpp=pexp1qV)bi

7、(46)p0n01kT丿，其中:nn和np分別當(dāng)加上偏壓V后，在耗盡區(qū)邊界上電子的濃度為:表示?7）擴(kuò)散長度?8）理想二極管方程式：其中：Js為飽和電qDpqDn流密度ln0+LT7700nn(55a)9）三種復(fù)合機(jī)制：直接復(fù)合，通過復(fù)合中心復(fù)合和表面復(fù)合通過復(fù)合中心間接復(fù)合包括四種情況：電子從導(dǎo)帶落入到復(fù)合中心稱電子俘獲；電子從復(fù)合中心落入價(jià)帶稱空穴俘獲;電子從復(fù)合中心被激發(fā)到導(dǎo)帶稱電子發(fā)射;電子從價(jià)帶被激發(fā)到復(fù)合中心稱空穴發(fā)射。10）p-n結(jié)產(chǎn)生電流的物理機(jī)制：p-n結(jié)在反向偏壓下，勢壘區(qū)處于載流子嚴(yán)重欠缺的非平衡狀態(tài)為了恢復(fù)平衡,其中的復(fù)合中心就表現(xiàn)為產(chǎn)生載流子的產(chǎn)生中心（電子發(fā)射和空穴

8、發(fā)射!，產(chǎn)生出大量的電子和空穴;并且電子被電場拉向n型半導(dǎo)體一邊、空穴被電場拉向p型半導(dǎo)體一邊從而就形成了反向電流。J二JWqGdxuqGW二竺巴（58）第五章：0ug1）雙極型三極管：空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電濃度最高的P+區(qū)域稱為發(fā)射區(qū)；中間較窄的n型區(qū)域，其雜質(zhì)濃度中等，稱為基區(qū)，基區(qū)的寬度需遠(yuǎn)小于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度;濃度最小的p型區(qū)域稱為集電區(qū)。2）雙極型晶體管有哪四種工作模式？各模式射-基結(jié)和集-基結(jié)的偏壓如何？其中，放大模式下，射基結(jié)是正向偏壓，集基結(jié)是反向偏壓.為什么？3）共射電流增益定義為：P=丄（35）oAI1aB0，其中為共基電流增益，定義為:三尹（4）E4）簡述擴(kuò)散電

9、容的物理機(jī)理：對于正偏P-n結(jié)，當(dāng)外加偏壓增大時，注入n區(qū)的空穴增加，在n區(qū)的空穴擴(kuò)散區(qū)內(nèi)形成空穴積累，為保持電中性條件，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電子濃度也相應(yīng)增加（外電路提供）。電子注入P區(qū)情形類似,這種擴(kuò)散區(qū)中電荷隨外加偏壓變化而變化所產(chǎn)生的電荷存儲效應(yīng)等效為電容，稱擴(kuò)散電容。（即：非平衡少數(shù)載流子在P-n結(jié)兩邊的中性區(qū)內(nèi)的電荷存儲所造成的）5）勢壘電容：在p-n結(jié)勢壘區(qū)，當(dāng)外加電壓變化時，引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充、放電過程相同。耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容。6）共射截止頻率：是BJT使得電流放大系數(shù)下降為0.707倍時的信號

10、頻率，其值決定于管子的結(jié)構(gòu)與是共基截止頻率fa的關(guān)系為：喬（1。0）f（40）第六章：1）當(dāng)理想M0S二極管偏壓為正或負(fù)時，半導(dǎo)體表面可能會出現(xiàn)3種狀況：積累現(xiàn)象，耗盡現(xiàn)象和反型現(xiàn)象.2）反型現(xiàn)象：當(dāng)M0S二極管外加一很大的正電壓時，在半導(dǎo)體表面的電子（少數(shù)載流子）數(shù)目大于空穴（多數(shù)載流子），表面載流子呈現(xiàn)反型，稱為反型現(xiàn)象畫出在強(qiáng)反型情況下，半導(dǎo)體表面附近的能帶示意圖.3）閾值電壓：在正常情況下，柵極電壓產(chǎn)生的電場控制著源漏間溝道內(nèi)載流子的產(chǎn)生。在強(qiáng)反型剛發(fā)生時的柵極電壓稱為閾值電壓.4）平帶電壓：對于實(shí)際的MOS系統(tǒng)，由于金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差©ms和Si-SiO2系統(tǒng)中電荷Qf的

11、影響，在外加?xùn)艠O電壓為0時，半導(dǎo)體表面的能帶即發(fā)生了彎曲，從而這時需要另外再加上一定的電壓才能使能帶拉平，這個額外所加的電壓就稱為平帶電壓.5）溝道：半導(dǎo)體中由于外加電場引起的沿長度方向的導(dǎo)電層。如M0S結(jié)構(gòu)中當(dāng)在柵極和源極之間施加外部電壓時在半導(dǎo)體表面形成的積累層及反型層。P溝道和N溝道場效應(yīng)管，區(qū)別是它們的導(dǎo)電溝道區(qū)是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體.n溝道增強(qiáng)型管必須在柵極上施加正向偏壓，且只有柵源電壓大于閾值電壓VT時才有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生.6）增強(qiáng)型管導(dǎo)電溝道的形成機(jī)制：當(dāng)柵源電壓VGS數(shù)值較小,吸引電子的能力不強(qiáng)，漏一源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn)。VGS增加時，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當(dāng)VG

12、S達(dá)到某一數(shù)值時，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個N型薄層，且與兩個N+區(qū)相連通，在漏一源極間形成N型導(dǎo)電溝道。Vgs越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)，吸引到P襯底表面的電子就越多,導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。7）什么是短溝道效應(yīng)：溝道長度減小到一定程度后出現(xiàn)的一系列二級物理效應(yīng)統(tǒng)稱為短溝道效應(yīng).包括：影響閾值電壓,遷移率場相關(guān)效應(yīng)及載流子速度飽和效應(yīng),影響器件壽命和亞閾特性退化，器件夾不斷.其中影響閾值電壓的原因:對于短溝道MOSFET器件,隨著漏電壓的增大，源漏空間電荷區(qū)會嚴(yán)重的延伸到溝道區(qū)，致使有效溝道長度變短，柵壓控制的體電荷減少，從而造成閾值電壓的偏移。第七章：1）肖特基接

13、觸:具有整流特性的金屬-半導(dǎo)體接觸.指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸的時候,在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢壘。勢壘的存在才導(dǎo)致了大的界面電阻2）肖特基勢壘二極管與p-n結(jié)的比較:相同點(diǎn)：單向?qū)щ娦圆煌c(diǎn)：pn結(jié)正向電流為非平衡少子擴(kuò)散形成的電流，有顯著的電荷存儲效應(yīng)；肖特基勢壘二極管的正向電流主要是半導(dǎo)體多數(shù)載流子進(jìn)入金JJsexp1qv(kT丿-1(17)屬形成的,是多子器件,無積累,因此高頻特性更好.3）在熱電子發(fā)射的情形下，金屬-半導(dǎo)體接觸的電流電壓特性可以表示為其中Js為飽和電流密度：ja*t2expqBn（17a）sIkT丿4）增強(qiáng)型和耗盡型場效應(yīng)晶體管區(qū)別：場效應(yīng)晶體管可區(qū)分為耗盡型和增強(qiáng)型兩種。耗盡型場效應(yīng)晶體管（D-FET）就是在0柵偏壓時存在溝道、能夠?qū)щ姷腇ET;增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管（E-FET）就是在0柵偏壓時不存在溝道、不能夠?qū)щ姷腇ET。5）肖特基柵控制原理：是通過柵極Schottky勢壘下面耗盡層厚度的變化來控制導(dǎo)電溝道寬度、并從而控制輸出源-漏電流的。6）概述MESFET的工作原理：N溝道MESFETX作時，需要在柵-源極